Знак четырех

Перевод: Артем Вахитов

  Печатные платы составляют основу современной электроники. Они присутствуют во множестве устройств — от смартфонов до сложных промышленных машин. Важнейшую роль в обеспечении высоких эксплуатационных характеристик и надежности изделий электроники играют эффективные методики отмывки печатных плат. При реализации технологического процесса отмывки необходимо решить четыре основных вопроса: выбор оборудования, отмывочной жидкости, соблюдение норм безопасности и охрана окружающей среды.

Выбор метода отмывки

Для того чтобы сделать данный процесс эффективным, необходимо правильно выбрать метод и оборудование с учетом требований, предъявляемых к конечному результату. Неверный выбор чреват неполной отмывкой, после которой на поверхности сохраняется остаток, способный ухудшить эксплуатационные характеристики и надежность платы. Уже на этой стадии очевидно, что инвестиции в современное оборудование, предназначенное для удаления загрязнений, обеспечивают стабильность показателей отмывки печатных плат, тем самым уменьшая риск возникновения неисправностей.

Ручная отмывка

Такой прием подходит для мелкосерийного производства, ремонта и работы с опытными образцами. Он актуален при работе с чувствительными к влаге компонентами. Классическая схема предусматривает замачивание в отмывочном растворе на основе растворителя (в российских реалиях это чаще всего спиртобензиновая смесь), мягкую чистку (щеткой), смывание растворенных загрязняющих веществ и сушку.

Для этой операции желательно использовать специальную щетку с токопроводящей щетиной и ручкой, а также браслет заземления для оператора. Если после отмывки необходимо протереть изделие, рабочее место должно быть оснащено биполярным ионизатором. Перечисленные меры позволят защитить изделия от воздействия статического электричества в процессе отмывки.

На смену традиционным емкостям, дозаторам изопропилового спирта и щеткам для ручной отмывки все чаще приходят герметичные дозаторы-аэрозоли с насадкой-кисточкой (рис. 1), что сокращает расход материала до 70% и минимизирует контакт оператора с легковоспламеняющимися жидкостями (ЛВЖ). В настоящее время эксперты отмечают тенденцию постепенного отказа от изопропанола в пользу негорючих составов на основе HFE (Hydrofluoroether — гидрофторэфир) и лимоненов.

Водная отмывка

Это наиболее оптимальная технология для очистки крупных партий печатных плат. В качестве отмывочной жидкости обычно применяют нагретую деионизированную воду с моющим средством. Выполняются последовательные циклы отмывки и ополаскивания в специальных машинах, установленных на технологической линии. На следующем этапе печатные платы сушат нагреванием или воздухом. Системы отмывки водными растворами часто хвалят за экологичность, но важно отметить, что они отличаются значительным потреблением электроэнергии и требуют непрерывного контроля за расходом воды, а также тщательной фильтрации сточных вод. При выборе метода отмывки печатных плат необходимо учитывать затраты на дополнительные технологические этапы и их воздействие на окружающую среду.

 
Рис.1. Ручная отмывка хорошо подходит для мелкосерийного производства или в случаях локального ремонта печатной платы

Полуводная отмывка

Отмывка по данной технологии проводится в два этапа: на первом используется органический растворитель, на втором — деионизированная вода. Этот метод особенно эффективен при производстве автомобильной электроники, телеком-оборудования и изделий для промышленной автоматизации. Растворители — HFE-составы, IPA-смеси (Isopropyl Alcohol — изопропанол), полярные органические жидкости — обладают высокой проникающей способностью и растворяют различные остатки флюсов. После отмывки плату ополаскивают DI-водой (Deionized Water — деионизированная вода) и сушат.

В качестве оборудования чаше всего применяются модульные системы с замкнутым циклом, позволяющие фильтровать и повторно использовать и растворитель, и воду. Это снижает эксплуатационные затраты и нагрузку на экологию.

Отмывка в паровой фазе

В основном парофазная отмывка распространена на производствах с повышенными требованиями к надежности и качеству (изделия для авиационной отрасли, медицины, военно-промышленного комплекса). Главное преимущество технологии — способность удалять загрязнения в труднодоступных местах за счет низкого поверхностного натяжения специальных жидкостей. Однако высокая стоимость оборудования и расходников, а также экологические регламенты ограничивают использование метода в отличие от водных и полуводных технологий.

 
Рис. 2. Групповая отмывка оптимальна для одновременной обработки большого количества печатных плат

Выбор отмывочной жидкости

Одна из главных проблем, связанных с технологическим процессом отмывки печатных плат, состоит в выборе отмывочной жидкости. Неверный выбор может привести к повреждению, загрязнению или неполной отмывке печатной платы. Рассматривая широкий ассортимент отмывочных жидкостей и удалителей флюса, необходимо искать такой продукт, который обеспечит не только эффективную отмывку, но и отсутствие остатков. Нужно учесть и то, что быстросохнущие растворы повышают эффективность отмывки печатных плат и сокращают потребность в последующей дополнительной технологической обработке. Кроме того, важно позаботиться о совместимости отмывочной жидкости с материалами печатной платы, чтобы предотвратить ее повреждение.

Типы загрязнений

Отмывочная жидкость обязательно должна соответствовать конкретным типам загрязнений и материалам печатной платы. Невыполнение этого требования может привести к неработоспособности платы и необходимости дорогостоящего ремонта или замены. Загрязнения печатных плат подразделяются на четыре основных типа: органика, неорганика, вода и нерастворимые частицы. Для каждого из них предназначается свой отмывочный раствор.

Органические загрязнения, паяльные пасты и флюсы на базе канифоли, имеют различные степени активности и способствуют образованию прочных паяных соединений с блестящей поверхностью. В их состав обычно входят растворители, смолы (высокогигроскопичные полярные соединения или неполярные смолы) и реологические добавки. Для удаления органических загрязнений необходимы специализированные отмывочные жидкости или удалители флюса, предпочтительно мало- или среднеактивные.

Под неорганическими соединениями часто подразумевают активаторы флюса, в состав которых входят кислоты, основания и галогены. После бессвинцовых и безотмывочных флюсов могут оставаться полярные остатки, содержащие хлориды или коррозионно-активные соли. Для удаления неорганических загрязнений, особенно стойкого белого налета, зачастую необходимы агрессивные отмывочные жидкости.

Вода, формально относящаяся к неорганическим загрязнениям, создает отдельные трудности в плане отмывки. Некоторые производители используют воду для отмывки, но в таком случае первостепенное значение приобретает тщательная сушка. Вода, оставшаяся в мелких пустотах, например под компонентами, может приводить к неисправностям и отказам. Распространенный метод удаления воды — групповая сушка в паровом обезжиривателе с сепаратором воды. Выбор того или иного метода сушки, включая абсорбционную сушку и сушку методом замещения (имеется в виду замачивание в спирте, когда спирт вытесняет воду, после чего испаряется), определяется степенью загрязнения водой.

Загрязняющие частицы, нерастворимые и полярные, варьируются по размерам в диапазоне от субмикроскопических до видимых частиц — пыли, грязи, волокон и металлических опилок. Эффективный разрыв электростатических связей частиц с поверхностью печатной платы обеспечивают полярные диэлектрические отмывочные жидкости. Возмущение жидкости под воздействием щетки, ультразвуковых колебаний или распылителя способствует отрыву частиц от поверхности при отмывке.

 
Рис. 3. Для удаления неорганических загрязнений, особенно стойкого белого налета, зачастую необходимы агрессивные отмывочные жидкости 

В приоритете — безопасность

Безопасность — один из главных приоритетов при отмывке печатных плат. Пренебрежение техникой безопасности приводит к несчастным случаям, причинению вреда здоровью или воздействию потенциально опасных веществ на организм.

Следует отдавать предпочтение негорючим отмывочным жидкостям, чтобы снизить риск пожара, что имеет особое значение для массового производства. Некоторые отмывочные жидкости характеризуются таким параметром, как температура вспышки — значение температуры, при котором жидкость способна воспламениться. Чем ниже температура вспышки, тем выше вероятность возгорания жидкости и степень потенциальной опасности. Отмывочные жидкости с высокой температурой вспышки, а также те, что классифицируются как негорючие, обеспечивают бо́льшую гибкость в реализации технологических процессов отмывки без риска возникновения пожара.

Технологический персонал, выполняющий отмывку, должен быть обучен обращению с отмывочными жидкостями, использовать средства индивидуальной защиты (СИЗ) и соблюдать правила техники безопасности. Культивирование осознанного отношения к безопасности имеет основополагающее значение для предотвращения несчастных случаев на производстве и поддержания здоровых условий труда.

Соблюдение экологических норм

Нормы охраны окружающей среды и требования экологической устойчивости приобретают все большую значимость в современном производственном процессе. Пренебрежение ими при отмывке печатных плат может привести к негативному воздействию на экосистему и отрицательным юридическим, экономическим и репутационным последствиям. Важно использовать экологичные отмывочные растворы, обеспечивать надлежащую утилизацию отходов и соблюдение норм, регулирующих использование определенных веществ в производстве. При подборе отмывочной жидкости следует обязательно учитывать ее экологические характеристики. Рекомендуется выбирать материалы, которые характеризуются низким содержанием летучих органических веществ (ЛОВ), а также отвечают местным нормам качества воздуха (в том числе SNAP, NRSHAP, F-Gas и REACH), если таковые установлены.

Независимо от выбора метода отмывки и отмывочных материалов воздействие на окружающую среду неизбежно. Поэтому вопросы снижения загрязнения воды, ограничения выбросов и сокращения утилизируемых отходов переходят в ранг ключевых задач.

Выводы
Решение проблем, с которыми приходится сталкиваться при реализации технологического процесса отмывки печатных плат, имеет основополагающее значение для обеспечения надежности и долговечности изделий электроники. Правильный выбор отмывочных жидкостей и оборудования, уделение приоритетного внимания безопасности и соблюдение экологических норм оказывают непосредственное влияние на повышение эффективности технологических процессов отмывки и вносят вклад в установление экологически устойчивых и ответственных производственных практик. В условиях постоянного технического прогресса внимательный и проактивный подход к решению этих проблем становится залогом соблюдения жестких стандартов, принятых в электронной промышленности. 

По материалам издания Global SMT & Packaging

Комментарий специалиста

Вячеслав Филиппов, руководитель направления, ГК «Диполь», fvv@dipaul.ru:

    В линейку технологических материалов, разработанных группой компаний «Диполь», входят отмывочные жидкости, решающие задачи отмывки с применением большинства из перечисленных методов. Существующая линейка продуктов позволяет подобрать необходимую жидкость под оборудование заказчика. Компания «Диполь» предлагает как материалы на водной основе (например, для струйной отмывки), так и жидкости для ручной и полуводной отмывки, которые благодаря максимальной очищающей способности отмывают большинство имеющихся на рынке паяльных материалов.

Таблица. Выбор жидкости в зависимости от используемого оборудования

При выборе технологических материалов важное значение имеет анализ остатков отмываемых паяльных материалов. Так, в линейке продукции «Диполь» наиболее высокой моющей способностью обладают жидкости для полуводной отмывки, в том числе УльтраКлин, ДиКлин и Аквен-12. Они поставляются в виде готовых к применению растворов органических растворителей, которые необходимо смывать водой. Помимо высокой моющей способности эти жидкости отличаются простотой в использовании, поскольку не требуют измерений концентрации и имеют длительный срок работы в ванне. При этом будет справедливо отметить такую их особенность, как более выраженный запах (по сравнению с жидкостями на водной основе). Также они более агрессивны по отношению к некоторым компонентам и имеют точку вспышки. Важное замечание: при выборе именно этих средств номенклатура отмываемых паяльных материалов максимальна. С жидкостями на водной основе стоит быть готовым к тому, что они могут не справиться с отмывкой определенных паяльных материалов.

Следует отметить еще один момент. После отмывки жидкостями для водной и полуводной отмывки платы ополаскивают водой, далее изделие необходимо высушить. Но зачастую требуется, чтобы плата была готова к тестированию, наладке или иным технологическим операциям сразу после отмывки без дополнительной сушки. В ситуации, когда требуется избежать сушки платы после отмывки, предпочтительны жидкости для ручной отмывки — Р-клинер и КиберКлин. Это современные аналоги спиртобензиновой смеси (при этом средство КиберКлин не горючее).

Формат комментария не позволяет в полной мере перечислить нюансы, важные при выборе отмывочной жидкости и технологии отмывки, но при обращении в «Диполь» можно получить развернутую консультацию у экспертов компании.