Leute,
Es besteht ein großes Interesse an der Reinigung von Leiterplatten, die mit No-Clean-Lötpasten bestückt wurden.
Vor kurzem habe ich mit meinem guten Freund Mike Bixenman von Kyzen über dieses Thema gesprochen.
Dr. Ron (DR)
Mike, viele der leistungsfähigsten bleifreien und bleihaltigen Lötpasten sind heute reinigungsfrei. Sie wurden entwickelt, um Montageprobleme wie Graping und den Head-in-Pillow-Fehler zu lösen. Für die überwiegende Mehrheit der Anwendungen ist die geringe Menge an Rückständen, die eine No-Clean-Paste hinterlässt, kein Problem. Es gibt jedoch Monteure, die die Leistung von No-Clean-Produkten wünschen, aber die Rückstände von No-Clean-Produkten reinigen müssen, da sie extreme Anforderungen an die Zuverlässigkeit oder das Aussehen stellen. Gibt es Reinigungslösungen für diese Situationen?
Mike Bixenman (MB)
Ganz genau!
DR
Können Sie uns ein wenig über diese Reinigungslösungen erzählen?
MB
Bei der Entwicklung von Reinigungsmitteln für elektronische Baugruppen sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen. Zu den Konstruktionsfaktoren gehören die Zusammensetzung der Verschmutzung, die Wärmeeinwirkung, der Z-Achsen-Abstand unter den unteren Anschlusskomponenten, die Materialverträglichkeit und die Reinigungsausrüstung. Typische Prozessziele sind die Entfernung des gesamten Flussmittels in einem Reinigungszyklus, glänzende Lötstellen (kein chemischer Angriff auf die Legierung), hohe Produktionsgeschwindigkeit, keine Beeinträchtigung von Etiketten und anderen Baumaterialien, lange Lebensdauer des chemischen Bades und niedrige Betriebskonzentrationen.
Die Reinigungslösungen variieren je nach Reinigungsanlage. Für Lösemittelsysteme wird ein Lösemittel-Reinigungsmittel benötigt - mit Eigenschaften, die eine Nichtentflammbarkeit, ein konstant siedendes Gemisch und eine Umweltverträglichkeit für Arbeitnehmer und Umwelt ermöglichen. Für Lösemittelreiniger, die mit Wasser abgespült werden, wird ein Lösemittelgemisch benötigt, das mit Wasser abgespült werden kann und gleichzeitig auf den Schmutz und die Reinigungsgeräte abgestimmt ist. Bei wässrigen Reinigungsmitteln wird das Reinigungsmittel mit Eigenschaften ausgestattet, die Löslichkeit für den Schmutz, Polarität zur Induzierung eines Dipols und/oder zur Oxidation und Reduzierung des Schmutzes, niedrige Oberflächenspannung zur Verringerung des Benetzungswinkels, Puffer zur Stabilisierung des pH-Werts, Entschäumer zur Verringerung der Schaumneigung bei hohem Druck und Inhibitoren zur Erweiterung des Passivierungsbereichs auf metallischen Legierungen bieten.
Die wichtigste Eigenschaft ist die Beschaffenheit des Bodens. Da die Löttemperaturen steigen und die Zeit, in der sie höheren Temperaturen ausgesetzt sind, zunimmt, müssen die Lötpastenmaterialien die Sauerstoffbarriere verbessern und ein Ausbrennen des Flussmittels verhindern. Dies erfordert Zusammensetzungen mit höherem Molekulargewicht, die die Art der Verschmutzung und die zur Entfernung der Verschmutzung erforderliche Reinigungslösung verändern können. Andere Faktoren wie die Verarbeitungsbedingungen und die Art und Weise, wie diese Bedingungen die Reinigungseigenschaften der Verschmutzung verändern können, müssen berücksichtigt werden. So kann zum Beispiel eine übermäßige Hitzeeinwirkung die Flussmittelrückstände polymerisieren und die Verschmutzung dadurch unreinigbar machen. Um diese Faktoren besser zu verstehen und zu berücksichtigen, helfen Löslichkeitstests und die Abstimmung des Reinigungsmittels auf die Verschmutzung den Formulierern bei der Entwicklung von Reinigungsmitteln, die bei einer Vielzahl von Lötmittelrückständen wirksam sind.
DR
Welche Art von Ausrüstung wird normalerweise benötigt?
MB
Zwei Schlüsselfaktoren müssen für die Reinigung aufeinander abgestimmt werden:
1: Potentielle Energie des Reinigungsmittels für den Boden und
2: Kinetische Energie der Reinigungsmaschine für die Zuführung des Reinigungsmittels zum Boden, die erforderlich ist, um einen Strömungskanal zu schaffen, der zur schnellen Verdrängung des Bodens erforderlich ist.
Die Reinigungsmaschine benötigt Energie, um die Reinigungsflüssigkeit über eine bestimmte Strecke zu befördern und genügend Kraft zu erzeugen, um die Flüssigkeiten unter der Z-Achse abzulenken. Die kapillare Anziehungskraft für die Bewegung der Reinigungsflüssigkeit in und aus engen Spalten wird durch Flüssigkeitsströmung, Aufpralldruck und Oberflächenspannungseffekte erzeugt. Bei der Reinigung in engen Zwischenräumen verbessern Reinigungsmittel, die benetzen (kleine Tröpfchen bilden), die Kapillarwirkung, das Eindringen und die Benetzung der Rückstände. Die Löslichkeitsrate hängt von der Art des Bodens, den Temperatureinflüssen und der Konzentration des Reinigungsmittels ab, die zum Lösen des Bodens erforderlich ist. Harte Böden werden langsamer gereinigt und der Boden wird konzentrisch abgetragen (Tunneleffekt). Weiche Böden reinigen schnell und entfernen den Boden in einem kanalisierenden Effekt (mehrere Tunnel).
Die Höhe des Z-Achsenspaltes steht in direktem Zusammenhang mit der Energie, die erforderlich ist, um den Boden unter den Bauteilen zu durchdringen und zu entfernen, der Zeit, die für die Reinigung des Bodens benötigt wird, und der Waschtemperatur. Die Ironie dabei ist, dass niedrigere Z-Achsen-Spalte die Kapillarwirkung des Flussmittels erhöhen, so dass die Unterseite des Bauteils unterfüllt wird. In diesem Fall stauen sich die Flussmittelrückstände und verschließen die Strömungskanäle unter dem Bauteil. Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass kohärente Hochdrucksprühstrahlen erforderlich sind, da der Energieverlust geringer und die Defektenergie höher ist. Die Waschzeit, die für die Reinigung unter einem Spalt von 1-2 mil im Vergleich zu einem Spalt von 4-6 mil benötigt wird, kann 4-8 mal länger sein. Höhere Waschtemperaturen erhöhen den Aufweichungseffekt und unterstützen das Eindringen und Entfernen des Schmutzes. Der Nettoeffekt ist, dass mit abnehmender Größe der Komponenten die Z-Achsen-Spalthöhe abnimmt und die zur Reinigung des Schmutzes erforderlichen Reinigungsfaktoren zunehmen. Diese Effekte begünstigen Spritz-Luftreinigungsanlagen gegenüber Tauchreinigungsanlagen.
DR
Wie werden die Ergebnisse der Reinigung bewertet, so dass wir wissen, dass die Bretter wirklich sauber sind?
MB
Die erste Ebene, nach der wir die Reinigungsleistung beurteilen, ist das sichtbare Vorhandensein der Rückstände nach der Reinigung. Die meisten Reinigungsverfahren haben kein Problem damit, Oberflächenrückstände von der Baugruppe zu entfernen. Das Problem sind die Rückstände unter der Unterseite des Bauteils. Das macht die Sache komplizierter, da die Rückstände unter einem bestimmten Bauteil der Ort sind, an dem die meisten Ausfälle auftreten. Diese ortsspezifischen Ausfälle können das Vertrauen in die bestehenden IPC-Normen mindern, die anionische und kationische Rückstände auf der gesamten Leiterplattenoberfläche korrelieren. Daher verwenden wir bei der Entwicklung des Reinigungsprozesses Testkarten mit Komponenten, die am unteren Ende angeschlossen sind, und beurteilen die Reinigungsleistung anhand der unter diesen Komponenten verbleibenden Flussmittelrückstände. Um diesen Wert zu erreichen, werden alle Bauteile entfernt und die Oberfläche der Rückstände unter den Bauteilen abgestuft und statistisch ausgewertet.
Lassen Sie mich abschließend noch hinzufügen, dass die hochdichten Verbindungen auf den Leiterplatten in rasantem Tempo voranschreiten. Die traditionellen SMT-Komponenten hatten größere Abstände zwischen den Leitern. No-clean-Rückstände nach dem Löten stellten ein minimales Risiko für die Zuverlässigkeit dar. Das Informationszeitalter hat uns verwöhnt, weil wir eine höhere Funktionalität auf kleinerem Raum erwarten. Da die Baugruppen immer kleiner werden und die Funktionalität zunimmt, wird die Reinigung immer wichtiger. Ich hoffe, dass die in diesem Interview erörterten Reinigungsfaktoren einen Einblick in Überlegungen zur Gestaltung des Reinigungsprozesses geben, die hilfreich sein können.
DR
Mike, danke. An wen kann man sich wenden, wenn man mehr Informationen über die Reinigung von mit No-Clean-Lötpasten bestückten Platinen wünscht?
MB
Vielen Dank, dass Sie mich mit Ihren Lesern teilen lassen. Ich würde mich freuen, jedem bei seinen Reinigungsproblemen helfen zu können. Kontaktieren Sie mich unter [email protected].
Zum Wohl,
Dr. Ron
