Технологии отмывки — тенденции и перспективы развития

Отмывка является одной из важных технологических операций в процессе производства электроники. Она используется на протяжении уже многих лет для удаления при изготовлении печатных плат потенциально опасных загрязняющих веществ. К таким веществам относятся флюс, припой и остатки клея, а также более распространенные загрязнители, такие как пыль и мусор, образующиеся в ходе других производственных процессов. Предназначение отмывки в быстро развивающейся электронной промышленности заключается в существенном продлении срока службы продукции за счет обеспечения хорошего поверхностного сопротивления и предотвращения утечек тока, ведущих к выходу печатных плат из строя. На развивающемся рынке наблюдается тенденция дальнейшего снижения размеров электронных изделий и растущих требований к эффективности и надежности, которые стали строже, чем когда-либо ранее. Для получения хорошего сопротивления изоляции и обеспечения адекватной адгезии с защитными покрытиями, изолирующими слоями, а также с герметизирующими смолами, необходима чистота монтажа.
Существует много технологических стадий, требующих очистки: перед нанесением маски и пайкой — для удаления загрязнений от предшествующих процессов; после нанесения маски — для удаления излишков клея, а после пайки — для удаления коррозийных остатков флюса и избытка припойной пасты. В настоящее время многие производители перешли на «несмываемые» технологии, считая, что могут избежать процедуры отмывки после пайки.
В «несмываемых» технологиях содержание твердых компонентов флюса ниже, чем в традиционных, но в его состав по-прежнему входят канифоль и активирующие добавки. Их остатки, наряду с другими нежелательными элементами, из-за отсутствия стадии очистки накапливаются, и могут стать причиной проблем с адгезией и отрицательно повлиять на характеристики применяемых защитных материалов. Поэтому можно утверждать, что, несмотря на все преимущества новых технологий, использующих несмываемые флюсы, процедура отмывки остается одной из важных технологических операций в многостадийном процессе изготовления электроники (рис. 1). И, наконец, при необходимости внесения изменений в плату для удаления покрытий и клея также приходится проводить процедуру отмывки, позволяющую очистить сами компоненты и обеспечить чистоту самой производственную линии.

Рис. 1. Операции отмывки

По экологическим соображениям многие производители электроники начинают отказываться от традиционных очищающих реагентов, использующих вещества, ведущие к истощению озонового слоя, или содержащих большое количество летучих органических компонентов (VOC), заменяя их на более безопасные. Хотя многие очищающие реагенты позволяют проводить процесс отмывки за одну стадию, процедура отмывки с помощью очистителей на водной основе имеет несколько преимуществ: пожаробезопасность, практически отсутствие запаха, низкое содержание или полное отсутствие VOC и очень низкая токсичность.
Какой бы не был выбран способ отмывки: ультразвуковая очистка, струйная промывка при погружении или отмывка при помощи моечной машины, важно правильно подобрать очиститель на водной основе, соответствующий конкретной ситуации. В таких очистителях используются поверхностно-активные вещества (ПАВ), помогающие удалению загрязнений с печатных плат за счет снижения межфазного натяжения и превращения загрязнений во взвесь или эмульсию. Альтернативное действие очистителей на водной основе заключается в сапонификации (омылении) и нейтрализации кислот флюса. Очистители на водной основе имеют только один большой недостаток — необходимость проведения полной очистки в несколько этапов, включая два этапа промываний и заключительный процесс осушения. И, наконец, недавно появился новый тип очистителей на водной основе, не содержащих ПАВ. Основу таких очистителей составляют гликоли, и они объединяют в себе все преимущества очистителей на водной основе и очистителей на основе растворителей, требуя минимального промывания.
Safewash Total (SWAT), предложенный кампанией Electrolube Ltd., является примером такого продвинутого очистителя на водной основе. У него много достоинств, таких как универсальность применения, заключающуюся в том, что его можно использовать практически во всех типах промывочных установок, а также способность удаления широкого ряда загрязняющих веществ. Safewash Total также подходит для удаления бессвинцовых и «несмываемых» флюсов, паст и клеевых остатков, а также основных загрязнителей, таких как жир и пыль.
В дополнение к этому, Safewash Total обладает экологической безопасностью и другими потребительскими достоинствами. Поскольку он выпускается в виде концентрата, его концентрацию можно менять в зависимости от конкретного приложения. В его состав также включен ингибитор коррозии, что обеспечивает безопасность его использования с чувствительными металлами, такими как медь, серебро и алюминий. Концентрированная форма выпуска также снижает транспортные расходы, как с денежной, так и с экологической точек зрения.
Поскольку рынок очистительных средств стремится соответствовать растущим требованиям расширяющейся электронной промышленности, очень важно правильно определять достигнутый уровень чистоты. Большая часть потенциально опасных остатков флюса и загрязняющих веществ не видна невооруженным глазом, а иногда ее невозможно увидеть даже при увеличении. Поэтому жизненно необходимо использовать корректные методы для определения полученного уровня чистоты, отвечающие стандартам, принятым в электронной промышленности. Существуют два типа загрязняющих остатков: ионные и безионные и разработан ряд методов оценки уровня загрязнения после процедуры очистки, способных точно описать его в терминах «чистоты».
Безионные загрязняющие вещества, такие как смолы, жиры и масла, являются электропроводными и обычно имеют органическую природу; после изготовления плат и монтажа, они остаются в неизменном виде. Такие вещества характеризуются изоляционными свойствами, что может создавать проблемы при монтаже встроенных контактов и разъемов. Они также могут быть причиной плохой адгезии с маской для нанесения припоя, защитными покрытиями, герметиками. К тому же они могут включать в себя ионные загрязнители и отходы других технологических стадий. Типовые методы их выявления включают в себя визуальный контроль при увеличении, а также аналитические методы, например, инфракрасную спектроскопию на базе преобразований Фурье (FTIR) (рис. 2).

Рис. 2. Результаты тестирования Safewash и типового раствора

Ионные загрязняющие вещества — это обычно остатки флюса или других опасных материалов, оставленных после пайки. Водорастворимые органические или неорганические остатки могут разделяться в растворе на заряженные ионы, что может привести к увеличению суммарной электропроводности раствора.
Они могут снижать надежность электронных компонентов и монтажа, приводя к утечкам тока между схемами; вызывать коррозию и способствовать росту дендритных структур.
Несмотря на то, что оба типа загрязняющих веществ (ионных и безионных) влияют на работу и надежность устройств, в которых они присутствуют, считается, что в их поломках чаще всего повинны ионные загрязнители.
Наиболее распространенным методом определения степени ионного загрязнения является измерение удельного сопротивления экстракта загрязнений в растворителе (ROSE), также известного как метод определения электропроводности экстракта загрязнений в растворителе (SEC). Промышленный стандарт IPCTM-650 рекомендует использовать для экстракции загрязняющих веществ раствор изопропанола и деионизированной воды, в ходе которой требуется проводить измерения изменения электропроводности. Такой метод тестирования является очень распространенным и дает быстрые результаты, но он не всегда возможен, поэтому для получения приемлемых данных могут быть использованы еще два метода: метод определения поверхностного сопротивления изоляции (SIR) и ионная хроматография (IC).
Помимо определения уровня загрязнения по окончании процедуры очистки, важно контролировать сам очищающий раствор. Метод контроля раствора зависит от химсостава используемых очистителей и типа удаляемых загрязнений. Далее обсудим несколько возможных для применения методов. Остатки кислотных флюсов, как правило, ведут к понижению рН и увеличению электропроводности. Показатель преломления BRIX позволяет оценить уровень загрязнения очищающего раствора твердыми частицами.
Хотя это и позволяет оценить уровень загрязнения, изменения показателя преломления во времени могут быть также связаны с изменениями концентрации раствора, что может происходить из-за потери раствора в процессе процедуры промывания. Все эти методы достаточно просты и могут быть проведены при помощи довольно недорогих измерительных устройств. Другим альтернативным методом контроля раствора является измерение температуры помутнения. Простой нагрев небольшой порции очищающего раствора и отслеживание температуры, при которой он становится мутным, дает возможность оценить, является ли раствор сильно загрязненным или концентрация упала из-за потерь раствора.
Эффективная очистка печатных плат и соответствующих компонентов является важной частью процесса производства электронных устройств. Она позволяет повысить надежность монтажа и уверенно проводить операции нанесения покрытий и герметизацию. Выбор типа очищающего вещества сильно зависит от производственных условий. Более того для достижения эффективной очистки необходимо корректно подбирать параметры настройки каждого конкретного приложения. Кампания Electrolube Ltd. предлагает широкий ассортимент очистителей на водной основе и на основе других растворителей, а также техническую поддержку по их применению. Серия Electrolube Safewash представляет собой семейство наиболее эффективных очистителей на водной основе, в настоящее время используемое большинством производителей с широким диапазоном очистительных установок. При минимальной стоимости и экологической безопасности она соответствует требованиям как военных, так и гражданских промышленных стандартов. В дополнение к этому Safewash Total гарантирует высокую степень очистки, позволяет гибко изменять протекание процессов и соответствует экологическим требованиям производителей современных электронных устройств.