Информационный портал по технологиям производства электроники
Необходимость отмывки электронных изделий - ЭЛИНФОРМ
На главную страницу Обратная связь Карта сайта


Продвижение продукции, услуг и решений Реклама на портале
Подготовка технических и аналитических материалов, обзоры, информационный мониторинг Информационные услуги
Профессиональный перевод технических материалов: статей, инструкций, руководств, стандартов и проч. Технический перевод
Подписка на новости Подписаться на новости



Авторизация


Главная » Техническая информация » Статьи » Необходимость отмывки электронных изделий
30 июля 2008

Необходимость отмывки электронных изделий

Джейд Бриджез (Jade Bridges),  менеджер по научно-исследовательской работе,
Electrolube 

Аманда Стюарт (Amanda Stuart), химик-разработчик,
Electrolube

Ó Electrolube (A division of HK Wentworth Ltd),
Проект «ЭЛИНФОРМ» – перевод.

Оригинальная статья предоставлена компанией Electrolube (A division of HK Wentworth Ltd)
www.electrolube.com

Отмывка – крайне важный процесс в технологии производства электроники, применявшийся в течение многих лет для удаления потенциально опасных загрязнений при производстве устройств на печатных платах. К таким загрязнениям относятся остатки флюсов, припоя и клеев, а также другие загрязнения более общего характера: пыль и другие частицы, появляющиеся в результате других производственных процессов. Цель отмывки, в особенности в условиях быстрого роста электронной промышленности, заключается в существенном увеличении срока эксплуатации изделий за счет обеспечения высокого поверхностного сопротивления и предотвращения токов утечки, приводящих к выходу плат из строя. На этом развивающемся рынке современные и грядущие электронные изделия становятся все меньше и меньше, и в настоящее время требования к характеристикам и надежности стали жесткими как никогда. Для достижения высокого сопротивления изоляции необходимо обеспечить чистоту электронного узла. Это может быть достигнуто только за счет совместных действий разработчиков электронных изделий и производителей флюсов и клеев, моющих средств и отмывочного оборудования, направленных на обеспечение оптимального выполнения отмывки.

Отмывка требуется на многих этапах техпроцесса: перед нанесением пасты трафаретной печатью и оплавлением с целью удаления загрязнений, возникших на всех предыдущих операциях, после трафаретной печати для удаления излишков клея, а также после пайки, чтобы удалить приводящие к коррозии остатки флюса и избытки паяльной пасты при ее наличии. В настоящее время многие производители обращаются к безотмывочной технологии, предполагающей отсутствие необходимости в отмывке после пайки. В безотмывочной технологии содержание твердых веществ во флюсе меньше, чем в традиционных флюсах, однако такие флюсы все равно содержат канифоль и активаторы, которые не удаляются до следующего этапа процесса: нанесения покрытия или герметизации.

 Рис. 1. Оператор помещает печатные узлы в настольную систему отмывки

Такие загрязнения наряду с другими нежелательными веществами, накопленными из-за того, что отмывка не была выполнена, могут ухудшить адгезию и потенциально способны повлиять на функционирование изделия. Поэтому можно констатировать, что даже с учетом всех преимуществ новых технологий, таких как не требующие отмывки флюсы, отмывка остается очень важной операцией для электронной промышленности, выполняемой на нескольких этапах техпроцесса. Наконец, также требуются операции отмывки для удаления покрытий и клея в случае выполнения ремонта, для очистки компонентов и при проведении обслуживания производственных линий.

В настоящее время существует две разновидности моющих средств: на основе растворителя и на водной основе. Средства на основе растворителей, такие как 1,1,1-трихлорэтан (метилхлороформ) и 1,1,3-трихлортрифторэтан, традиционно преобладали на рынке, однако из-за их потенциальной способности вызывать истощение озонового слоя, сейчас их заменил более разнообразный ассортимент моющих средств этой разновидности. Этот тип средств в настоящее время разделяют на три подтипа: средства на основе горючих, негорючих и негорючих галогенированных растворителей, таких как гидрофторуглеродные (HFC) и гидрофторэфирные (HFE). Все три подтипа имеют свои достоинства и недостатки, но моющие средства на основе растворителей в целом можно охарактеризовать, как быстро улетучивающиеся вещества для одностадийного процесса. Однако при работе с ними требуется специальное оборудование и вытяжка для защиты от токсичности и других опасных факторов.

Рис. 2. Предлагаются различные составы моющих средств на основе расворителей

Моющие средства на водной основе также разработаны для того, чтобы заменить вещества, разрушающие озоновый слой, а также для применения растворов, позволяющих снизить количество отходов с содержанием растворителя. Отмывка с помощью средств на водной основе имеет ряд преимуществ перед средствами на основе растворителей, среди которых негорючесть, слабый запах, низкое содержание или отсутствие летучих органических соединений и очень низкая токсичность. Существует много способов применения отмывки, и все они зависят от типа имеющегося оборудования. Будь то ультразвуковой способ, струйный с погружением или по типу посудомоечной машины, необходимо правильно подобрать моющее средство на водной основе для конкретной задачи. Средства на водной основе обычно бывают значительно более сложными, чем их аналоги на основе растворителей. В них применяется механизм поверхностно-активных веществ (ПАВ), помогающий удалить загрязнения с платы путем снижения поверхностного натяжения и взвешивания или эмульгирования их в растворе. При другом варианте, вещества для удаления флюсов работают за счет омыления, нейтрализуя входящие в состав флюса кислоты. Единственный большой недостаток моющих средств на водной основе заключается в том, что они требуют несколько стадий при выполнении операции отмывки, включая двухстадийное полоскание и стадию сушки в конце операции. Наконец, существует также новый тип средств на водной основе, не содержащих ПАВ. Эти вещества основаны на гликоли и объединяют в себе достоинства средств на водной основе и на основе растворителей, требуя при этом минимального полоскания.

Поскольку рынок материалов для отмывки непрерывно развивается, отвечая потребностям роста отрасли в целом, важно четко определить требующийся уровень чистоты изделий. Значительная концентрация потенциально опасных остатков флюса и других загрязнений не может быть замечена невооруженным глазом и даже при помощи увеличительных приборов. Поэтому жизненно необходимо применять правильный метод определения того факта, что полученный уровень чистоты изделия соответствует требованиям стандарта, указанного инженером-разработчиком. Различают два вида загрязнений: ионогенные и неионогенные, и существует ряд способов, позволяющих оценить уровень загрязнения после выполнения отмывки и точно описать понятие «чистый».

Рис. 3. Система отмывки моющими средствами на водной основе может потребовать проведения большего числа этапов, чем использующая моющие средства на основе растворителей, однако имеет перед ней ряд преимуществ

Неионогенные загрязнения, включающие канифоль, масла и смазочные материалы, являются неэлектропроводными и обычно представляют собой органические продукты, остающиеся после изготовления или сборки платы. Они обладают изоляционными свойствами, вызывающими проблемы при наличии в изделии контактов разъемных соединений. Они могут вызвать плохую адгезию паяльной маски, конформных покрытий и заливочных компаундов, а также задерживать ионогенные загрязнения и инородные частицы.

Ионогенные загрязнения обычно представляют собой остатки флюса или вредных веществ, которые оставляет после себя процесс пайки. Водорастворимые органические и неорганические вещества могут расщепляться в растворе на заряженные ионы, повышая общую проводимость раствора. Они могут приводить к снижению надежности электронных компонентов и узлов, способствуя токам утечки между цепями схемы, что вызывает коррозию и стимулирует рост дендритов. При том что как ионогенные, так и неионогенные загрязнения оказывают влияние на функционирование и надежность изделия, в котором они присутствуют, ионогенные загрязнения являются причиной большей части отказов.

Существует несколько способов контроля уровня как ионогенных, так и неионогенных загрязнений. Простейшим методом, подходящим для контроля обоих типов загрязнений, является визуальный осмотр. Несмотря на то, что этот способ не предоставляет количественной информации, его стоит применять всегда, наряду с другими методами. Для оценки качества достаточно увеличения 10-15X, и такой контроль предоставит информацию о выполнении этапов техпроцесса, включая транспортировку и упаковку, и их вклад в загрязнение изделия.

Помимо визуального осмотра простых методов контроля наличия неионогенных загрязнений не существует. Наиболее широкое применение среди методов анализа для эффективной точной идентификации загрязнений получил метод инфракрасной Фурье спектроскопии (ИК-Фурье спектроскопия; ИКС; FTIR). Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ; HPLC) и ультрафиолетовая/видимая спектроскопия (УФ-Вид или UV-Vis спектроскопия) применяются для определения остатков канифоли. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ; SEM; также, растровая микроскопия), энергодисперсионный рентгеновский анализ (ЭДР; EDX) и Оже-анализ также подходят для определения наличия загрязнений на плате, и каждый из них имеет свои специфические преимущества. Оборудование, необходимое для проведения таких экспериментов, имеет большую стоимость и требует значительного объема обслуживания, поэтому оно редко применяется в условиях производства.

Широко распространен метод определения уровня ионогенных загрязнений, заключающийся в измерении сопротивления экстракта в растворителе (метод ROSE), также называемый методом проводимости экстракта в растворителе (метод SEC). Теоретической основой метода ROSE является то, что при увеличении концентрации ионов в растворе сопротивление падает. Простые устройства для автоматизации метода ROSE – тестеры Omega Meter, Ionograph и ZeroIon – используются рядом сборочных производств электронных изделий для контроля качества. В промышленном стандарте IPC-TM-650 для экстрагирования загрязнений предлагается применять смесь изопропанола и деионизированной воды в процессе того, как с помощью измерительного прибора производится контроль изменения проводимости. Этот тип контроля широко распространен и позволяет быстро получить результаты, однако его применение может быть ограничено. Поскольку метод изначально разработан для контроля остатков традиционных флюсов на канифольной основе, и в нем применяется дешевый легко доступный растворитель (изопропиловый спирт), границы применения данного метода несколько устарели, и при его применении можно оказаться непредупрежденным о последствиях возможных изменений, которые приводят к появлению нерастворимых остатков. Изменения допустимых уровней чистоты также подчеркивают важность развития направления отмывки. Традиционно для ранее упомянутых моющих средств на основе трихлортрифторэтана (CFC-113) стандарт ANSI/J-STD-001 устанавливал допустимый уровень загрязнений 1,56 мкг/см2 (10 мкг/кв. дюйм) в эквиваленте NaCI. В настоящее время сборщики электронных изделий достигают уровней намного ниже, как правило, в пределах 0-1 мкг/кв. дюйм. Кроме того, этот метод может применяться только для контроля ионогенных загрязнений и не позволяет точно определять, где и какое именно загрязнение имеется на плате.

Два следующих метода, позволяющие получить значимую информацию, – это метод измерения поверхностного сопротивления (метод SIR) и метод ионной хромотографии. Первый метод основан на наблюдении изменения во времени электрического тока между областями проводящего рисунка платы, имеющими форму чередующихся гребенок. Контроль обычно проводится при повышенной температуре и влажности. Наличие загрязнений снижает сопротивление материала между проводящими областями. Второй метод, ионная хромотография, является более современным способом оценки чистоты изделия и может быть использован для идентификации и определения количественных параметров конкретных ионогенных продуктов, присутствующих на электронном устройстве. В данном методе определен список ионогенных загрязнений, которые могут быть удалены конкретным веществом. Последующий анализ жидкостей позволяет выделить, идентифицировать и дать количественную оценку конкретному загрязнению. Перемещение и подготовка подложки очень критичны для этого метода, что делает его чрезвычайно дорогим и требующим значительных временных затрат. Поэтому этот метод применяется не для обычных задач контроля качества, а как метод анализа для специальных целей.

Рис. 4. Этапы отмывки моющими средствами Safewash на водной основе. 1 - Отмывка моющими средствами Safewash на водной основе. Ультразвуковая и/или струйная с погружением. 2 - Ополаскивание водой. Струйное или ультразвуковое ополаскивание. Вода сбрасывается либо направляется в систему рециркуляции. 3 - Тонкая очистка. Применяется деионизированная вода. 4 - Сушка горячим воздухом.

Эффективная отмывка плат и компонентов, входящих в состав электронных узлов, очень важный элемент производства электроники. Она повышает надежность изделий и позволяет уверенно выполнять операции нанесения покрытий и герметизации Тип выбираемого моющего средства в большой степени зависит от условий производства. При этом выбран ли способ с применением средства на основе растворителя или на водной основе, крайне необходимо использовать правильный метод и режимы отмывки, чтобы достичь хороших результатов. Разработано множество инструкций для оценки чистоты изделий, тем не менее, промышленным стандартом является стандарт IPC TM-650. Он определяет методики многих способов контроля отмывки, описанных выше, предоставляя четкие рекомендации для проведения исследований. Очевидно, что некоторые методы дорогие и требуют значительных временных затрат, однако с их помощью возможно получить очень точную информацию о типе, расположении и количестве загрязнений. Другие, менее мощные, методы могут быть использованы для быстрого и эффективного контроля качества. Итак, выбор наиболее подходящего процесса отмывки, который в свою очередь обеспечивает требуемый уровень чистоты изделия, – это ключ к обеспечению максимальной надежности при минимальных затратах.


Оцените материал

Оценка полезности информации:
Оценка полноты информации:  
Оценка изложения информации:  
Комментарий:  
 



Новое на форуме

Re: Дозатор высокой точности
Re: Продается оборудование для SMD монтажа
Re: Паяльные пасты Российского производства
Продается линия SMD-монтажа

Последние новости

Госкорпорация Ростех утвердила новый менеджмент «Росэлектроники»
подробнее
«Микрон» совершенствует систему экологического менеджмента в соответствии с новыми стандартами ISO
подробнее
Группа компаний Остек приглашает на тренинг по стандарту IPC-7711/7721 «Восстановление, модернизация и ремонт печатных плат и электронных сборок»
подробнее
Росэлектроника покажет в «Патриоте» более двухсот устройств и систем для нужд обороны
подробнее
Rehm отправится в Индию
подробнее
ЭЛИКС приглашает на семинар-демонстрацию новейшего цифрового осциллографа TEKTRONIX MSO54 5-BW-350
подробнее
Льготные условия на приобретение программного обеспечения Altium Designer по программе Минпромторга
подробнее
© “Элинформ” 2007-2017.
Информационный портал для производителей электроники:
монтаж печатных плат, бессвинцовые технологии, поверхностный монтаж, производство электроники, автоматизация производства