Ведущий российский OEM производитель печатных плат
+7 (383) 209-02-84
многоканальный номер

Процессы отмывки печатных узлов и методы контроля их чистоты

28 ноября
Чистота печатных узлов является критичным параметром для ряда изделий, но многие заказчики переоценивают негативный вклад загрязнений в работу приборов. В данной статье мы рассмотрим виды загрязнений, способы их устранения и методы контроля чистоты.
      Чистота печатных плат на этапе сборки привлекает к себе всё больше внимания, в связи с остающимися микро-загрязнениями после пайки с применением современных автоматизированных методов. Технологии очистки, проверки и современные химические средства переходят на новый этап развития, чтобы гарантировать клиентам максимально чистые изделия, которые не преподнесут негативных сюрпризов из-за скрытых дефектов.
      Чистота плат особенно важна для военной, авиационной, телекоммуникационной и медицинской промышленности. Правильные типы и пропорции моющих средств должны удалять остатки флюса для обеспечения корректной, бесперебойной работы изделия, а так же для качественного нанесения защитных покрытий. Наличие остатков флюса на плате при нанесении защитного покрытия может привести к ухудшению смачиваемости и последующему отслоению покрытия, что приведет к последующему преждевременному выходу изделия из строя.
      В современных устройствах растёт число компонентов с высокотехнологичными корпусами, такими как LGA, BGA, micro-BGA, micro-CSP и этот список можно продолжать. Такие корпуса как LGA устанавливаются заподлицо с платой и имеют контакты сложнее чем у BGA корпусов.
Если небольшое количество флюса останется под чипом на поверхности платы, то оно может изменить её сопротивление, что в конечном итоге повлияет на оптимальный уровень работы печатного узла в целом. Как уже было сказано ранее, повышенная чистота платы так же важна при нанесении любых покрытий на плату.
      Производить очистку платы после её доставки заказчику зачастую невозможно или очень затратно. Поэтому необходимо приложить все усилия для того чтобы после осуществления монтажа, плата была максимально чистой. Любая грязь, оставшаяся на поверхности платы в момент её монтажа в конечное изделие, снижает его итоговую производительность.
      Остающиеся на поверхности платы загрязнения могут быть ионными и не ионными. Ионные загрязнения образуются при применении моющего раствора, они могут полностью диссоциировать на положительные или отрицательные частицы. В этом случае происходит изменение общей проводимости раствора, при подаче воды она ионизируется либо в положительную сторону, либо в отрицательную.
Ионные загрязнения могут включать остатки флюса, конденсат, химическое покрытие и многое другое. А в процессе отмывки они могут изменить проводимость раствора. Таким образом процесс очистки изменяется относительно изначально предусмотренного технологией, таким образом технологию очистки плат нужно подбирать в соответствии с её будущей областью применения.
      Если рассматривать не ионные загрязнения, то они не обладают проводимостью и не склонны вызывать проблемы. Это, как правило, органические соединения, содержащиеся в веществах, используемых при монтаже и включают в себя в основном смолы, масла, смазки или средства личной гигиены. Не смотря на то, что они не представляют опасности для изделия рекомендуется очищать плату от них после монтажа.
      В настоящий момент достаточно большое количество отечественных производителей используют для отмывки спиртобензиновую смесь, что весьма пожароопасно. Зарубежные коллеги большую часть изделий очищают с помощью деионизированной или дистиллированной воды. Деионизированною воду, как правило, нагревают до температуры 40-50 С, она содержит 3-5% активных химических веществ.
Когда дело доходит до сложных реагентов, которые не могут быть удалены при стандартной температуре, то в таких случаях вносятся коррективы в технологию отмывки. Эти действия включают в себя изменение концентрации моющего средства, температуры цикла отмывки и скорость цикла полоскания. Существует большое количество комбинаций типовых действий, способных увеличить степень очистки.
      В некоторых случаях существуют ограничения, где дистиллированная вода может быть использована для очистки, так как реакция некоторых веществ на плате может пройти не так, как запланировано в типовом процессе очистки. Специальные методы отмывки, обычно обозначаются заказчиком контрактного производства и могут быть применены для удаления остатков флюса, паяльной пасты и общих загрязнений. Они как правило включают в себя использование особых химически активных средств.
Так же существуют ограничения, где деионизированная вода не может быть использована для очистки, так как определенное компоненты не реагируют с водой достаточно хорошо.
      Наиболее распространённые химические реагенты, применяемые при пайке: RMA флюсы, гибриды RMA, обычная канифоль и прочее. RMA флюсы легко вступают в реакцию и не очень агрессивны, они содержат меньше активаторов по сравнению с водорастворимыми флюсами, также они оставляют меньше следов на плате после пайки. RMA флюсы наиболее эффективно смывается растворами обезжиривателя при температуре 40-70 С, с последующем ополаскиванием деионизированной водой.
      Гибридные RMA флюсы также оставляют меньше следов на плате, однако они не смываются деионизированной водой. И могут возникнуть проблемы с удалением флюса в труднодоступных местах, таких как нижняя поверхность LGA или между контактами uBGA. Гибридные RMA требуют обработки специальными растворителями или очищенной водой. Отмывка проводится в замкнутом пространстве, допускается повторное использование раствора для очистки нескольких партий плат.
      Очистка плат паром осуществляется путём ополаскивания плат в прогретом резервуаре с последующим испарением ополаскивателя и выдержке плат в атмосфере пара. Преимуществом является возможность повторного использования очищающего раствора. Установки для паровой очистки отличаются небольшими размерами и экономичностью, недостатками является низкая скорость за счёт ограниченных объёмов камеры.
      Другие методы химической очистки включают в себя сложные активные вещества, применяемые для тщательной очистки очень загрязнённых плат. Тем не менее заказчик должен иметь ввиду, что при выборе особого вида флюса нужно учитывать сферу применения конечного изделия и применяемых материалов, для возможности подбора химически активных средств очистки, а также необходимости тщательного контроля чистоты. Так же заказчик должен оценивать обоснованность дополнительных затрат на отмывку в случае, если изделия относятся к классу 1 по IPC.
     Существует ряд причин, по которым необходимо добиваться повышенной чистоты спаянных изделий и все они относятся к поддержанию высокой надёжности. Этот вопрос особенно актуален для изделий военной, авиационной, телекоммуникационной и медицинской электроники. Ионные загрязнения могут стать причиной периодических сбоев, в следствии изменения проводимости или роста дендритов, которые вызывают замыкания и вскрытия защитных покрытий. Дендриты – это металлические нити, которые способны цепляться за небольшие дефекты печатной платы. Природа дендритов аналогична «оловянным усам», которые возникают в результате химической реакции и вызывают аналогичные проблемы. Дендриты особенно опасны для элементов малых размеров плотно расположенных друг к другу, например, uBGA, uCSP и другие малые корпуса с плотным расположением контактов.
      Контрактные производители должны бороться с обширным списком возможных загрязнений, поэтому необходимы различные методики проверки. Наиболее распространённой является ионная хроматография. Этот метод обеспечивает высокую точность проверки на наличие ионных загрязнений, присутствующих на поверхности печатной платы.
      Другие распространённые способы проверки включают в себя тест удельного сопротивления (ROSE, SEC), IPC стандарт TM650, тест поверхностной изоляции (SIR). При наличии загрязнения на поверхности общее сопротивление цепи возрастает пропорционально.
      ROSE тест является наиболее распространённым. Существует ряд машин, способных проводить ROSE тест автоматически, такие как Omega, Ionograph, Zero Ion. После выполнения цикла проверки эти машины выдают результат в количестве частиц на единицу площади (PPA) в соответствии IPC стандартами. ROSE тест имеет определённые ограничения. Данный тест способен распознать ионные загрязнения, но он не видит не ионные; он определяет загрязнения после монтажа, но не определяет их источник и равномерность распределения загрязнений по площади платы.
      TM650 по стандарту IPC является одним из самых распространённых видов проверок. Плату погружают в растворитель на водной основе с большим содержанием спирта при определённой температуре на определённый период времени. Многие параметры этого теста могут быть изменены: температура, концентрации воды и спирта и некоторые другие. Этим тестом можно измерить уровень различных типов загрязнений: фториды, хлориды, бромиды, нитраты, фосфаты, сульфаты и органические кислоты.
      Между тем, метод SIR эффективней измеряет объём загрязнений, оставшихся на плате. Испытание электрическим током проводится от точки к точке. Имеющиеся загрязнения тестируются при определённом уровне влажности и температуры. После того как характеристики изделия измерены, можно оценить количество загрязнений, оставшихся на плате.
      Мониторинг и оценка качества очистки являются крайне важными для изделий, претендующих на класс 3 по IPC. Существует множество способов очистки плат для гражданской электронной промышленности. Но качество очистки является критически важным параметром для ряда изделий, поэтому методики, описанные выше призваны наилучшим образом способствовать попаданию на рынок качественного продукта.