Выпуск #6/2008
Ж.Абид.
Согласование процесса очистки печатного узла с паяльной пастой
Согласование процесса очистки печатного узла с паяльной пастой
Просмотры: 1126
Для получения надежного изделия необходима очистка собранного узла. Экспериментально можно показать, как очистительный процесс согласуется с используемой паяльной пастой.
Очищенные электронные узлы составляют совсем небольшую часть рынка электронных устройств, так как большинство компаний использует безочистные процессы сборки. В то же время в некоторых секторах рынка, таких как аэрокосмический, медицинский, автомобильный, чистота и надежность устройств очень важны, поэтому очистка остатков безочистной паяльной пасты после процесса сборки необходима.
Требования к очистке изменяются в зависимости от конкретного изделия. Например, аэрокосмическая промышленность нуждается в продукции с долговременной надежностью, в то время как приоритетами медицинской промышленности являются высоконадежные схемы для имплантатов. Некоторые изделия покрываются защитным лаком или конформным покрытием, для которых требуется тщательная очистка поверхности перед их нанесением. С химической точки зрения остатки флюса и паяльной пасты должны быть совместимы с применяемыми моющими средствами. Разработка таких средств будет способствовать успешной очистке печатных узлов.
Загрязнения печатных узлов (ПУ) в основном органические, поступающие во время изготовления печатных плат (ПП) или сборочного процесса. Флюсы обладают свойствами восстановления и раскисляют контактные площадки и компоненты, а также паяльную пасту, обеспечивая хорошую смачиваемость сплава. В соответствии с современными нормами термин "безочистной" означает, что остатки химически безопасны и могут быть оставлены на ПУ. Испытание на коррозионную стойкость, прочность поверхностной изоляции, электромиграцию и другие специализированные испытания определяют содержание галогенов/галогенидов для оценки безочистной безопасности для собранного узла. Однако для высоконадежной продукции никакие остатки или другие загрязнения нельзя оставлять на печатной плате. Скрытые под компонентами галогениды могут вызвать пагубные последствия от выделения их ионов, что приведет к росту дендрита, вызывающего разрыв цепи в схеме.
Печатные узлы становятся все более высокой плотности, а это означает, что для удаления безочистных остатков нужны очистители более высокого качества. Остатки паяльных паст и безочистных флюсов труднее поддаются очистке, чем флюсы старых рецептов. Кроме того, профиль оплавления для бессвинцовых паяльных паст почти на 20°С выше, чем для свинцовых.
Чистящие средства должны отвечать требованиям, обусловленным развитием технологии, а также изменениями в законодательстве о том, какие химические вещества нельзя применять в составе очистителей. В последние годы созданы новые технологические процессы, которые, например, ограничивают применение хлорфторуглеродов (фреонов) и гидрохлорфторуглеродов. Устаревшие очистители заменены безхлоридными растворителями и водорастворимыми композициями.
Для разных изделий загрязнения различны, поэтому загрязненный узел можно определить как не удовлетворяющий требованиям следующего этапа производственного процесса. Не удаленные вредные вещества могут привести ПУ к отказам при испытаниях на чистоту и невозможности его использования. Параметры, которыми следует управлять при переходе от загрязненного ПУ, прошедшего оплавление, до чистого ПУ, отвечающего требованиям стандартов чистоты, следующие.
Во-первых, это относящиеся к самому ПУ и загрязнениям (рис.1) параметры, которые подразделяются на параметры композиций и параметры применения. К параметрам композиции относится состав флюса, в который входят обычно порядка 15 компонентов, таких как активаторы, растворители, тиксотропные агенты и другие добавки. Параметры применения характеризуются химической природой материалов (безочистные, бессвинцовые, водорастворимые), основными свойствами основания (обработка поверхности, размер, геометрическая форма, наличие инородных элементов и металлических компонентов, а также время ожидания между оплавлением и очисткой).
Во-вторых, это параметры, относящиеся к процессу очистки (рис.2). Они также делятся на композиционные параметры очистительной жидкости и параметры для их применения. В композицию очистителя могут входить водный раствор, растворитель или их смеси. Растворители, углеводороды или модифицированные спирты используются в безводных системах очистки, применяющих сорастворители (смесь углеводорода и фтористоводородного эфира) или вакуумный процесс.
Водные очистительные материалы используют воду как основной ингредиент. Эти композиции содержат спиртовые агенты для содействия омыления остаточных органических материалов; растворители, обеспечивающие гидрофильные свойства, способствующие растворению в водной среде органических компонентов (эти растворители – спирт или выведены из спирта); поверхностно-активные вещества, которые снижают поверхностное напряжение и повышают скорость удаления загрязняющих веществ. Некоторые очистители могут использоваться в беспримесном и разбавленном состояниях. Беспримесное состояние очистителя позволяет ускорить растворение органических остатков, не очищаемых в воде. В то же время разбавленные очистители способствуют омылению остатков органических загрязнений в ПУ. Эти водные вещества применяются в процессах окунания или распыления.
Параметры применения включают число ванн, циклов очистки, концентрацию очистителя, температуру ванны, продолжительность контакта, тип используемого механического действия и уровень насыщения очистительной ванны.
В успешном процессе очистки все параметры оптимизированы. Для решения сложных вопросов в современной индустрии очистки специалисты фирмы Avantec проводят исследования: как проверить чистоту, каков наилучший профиль оплавления (относящийся к чистоте) для безочистных паст, не содержащих галогены, как совмещаются очиститель с данным припойным сплавом и как установить параметры очистки для получения оптимальных результатов.
Как определить наилучший способ очистки некоторого печатного узла? Можно изменить флюс или органические составляющие композиции при поддержании постоянства процесса. Использовались четыре марки паяльной пасты Avantec: 305-6, PO1 (паста А), 305-6 PO2 (паста B), 305-6, PO3 (паста C) и конкурирующая паста (D) того же типа. В процессе очистки применялось, например, водное очищающее средство (Promoclean DISPER 605) в виде 50%-ного раствора в аэрозоли в течение 5 мин. За этим следовало промывание в деионизованной воде в течение 1 мин при 20°С и 1 мин при 50°С. Время сушки горячим воздухом достигало 20 мин при 70°С. Результаты очистки изменялись из-за композиции флюса (органической части) и могли быть оптимизированы на основе этих испытаний благодаря получению пасты, которую легче очищать. Для оценки результатов применялись испытания на ионное загрязнение и визуальный контроль.
Применение очищающего средства при бессвинцовой паяльной пасте А дает хорошие визуально наблюдаемые результаты и ионное загрязнение 0,511 мкг/см2, при бессвинцовой пасте В также визуально наблюдаются хорошие результаты и ионное загрязнение 0,296 мкг/см2. Третья паста С не очищалась водным средством, и наблюдались "белые" трассы с ионным загрязнением 0,743 мкг/см2. То же очищающее средство испытывалось с бессвинцовой пастой D, разработанной безотносительно формулы очистки. Результаты – хорошие визуальные данные и ионное загрязнение 0,509 мкг/см2.
Для установления наиболее подходящей пиковой температуры расплавления для безочистной безгалогенной паяльной пасты специалисты Avantec изменяли пик температуры, поддерживая постоянными все другие переменные величины, такие, как время между оплавлением и очисткой, плотность компонентов и пр. После очистки проводились испытания на ионное загрязнение, визуальный контроль и прочность поверхностной изоляции для определения совместимости профиля со стандартами чистоты. При 215°С результаты визуального обследования показали хорошую очистку, ионное загрязнение достигло 0,532 мкг/см2 (эквивалентно NaCl),
а при испытаниях на прочность изоляции печатный узел отказал. При 220°С расплава визуальные результаты сохранялись хорошими, ионное загрязнение составляло 0,215 мкг/см2,
и ПУ прошел испытание на прочность поверхностной изоляции. Повышение температуры оплавления до 225°С привело к ионному загрязнению 0,657 мкг/см2, в то время как визуальные результаты остались хорошими и ПУ прошел испытания на прочность изоляции. Совершенно очевидно, что профиль оплавления непосредственно влияет на качество очистки. Оптимизируя результаты очистки, можно оценить лучший профиль оплавления.
При определении лучшего очистителя для выбранной паяльной пасты переменной величиной является сам очиститель. Обычное испытание способно установить, что один очиститель (А) очищает лучше другого (Б) для выбранной паяльной пасты при заданном профиле оплавления и одинаковых условиях очистки. В исследованиях использовалась установка со следующими параметрами: концентрация очистителя 30%, температура 50°С, время очистки 10 мин с полосканием дважды в деионизованной воде в течение 10 мин. Сушка выполнялась вентилируемым горячим воздухом.
Если после очистителя А визуальная проверка показала "белый осадок" (остатки флюса) и ионное загрязнение 0,211 мкг/см2, а после очистителя Б – 0,233 мкг/см2, но без "белых осадков", это говорит о том, что хотя результаты ионного загрязнения близки, после применения очистителя А происходит отказ.
При определении оптимальных параметров очистки для выбранной паяльной пасты задается профиль оплавления.
В данном случае изменяются только параметры очистки (температура, концентрация и время цикла). Единственным возможным к применению очистителем является водное моющее средство. Результаты этого испытания приведены в таблице.
Таким образом, можно определить оптимальную установку для выбранной паяльной пасты, когда известен профиль оплавления. Каждый параметр имеет разную значимость. Лучше изменять тот параметр, при котором очистка более действенна. Следует отметить, что поскольку каждая производственная линия отлична от других, для нее могут быть идентифицированы свои параметры.
Требования к очистке изменяются в зависимости от конкретного изделия. Например, аэрокосмическая промышленность нуждается в продукции с долговременной надежностью, в то время как приоритетами медицинской промышленности являются высоконадежные схемы для имплантатов. Некоторые изделия покрываются защитным лаком или конформным покрытием, для которых требуется тщательная очистка поверхности перед их нанесением. С химической точки зрения остатки флюса и паяльной пасты должны быть совместимы с применяемыми моющими средствами. Разработка таких средств будет способствовать успешной очистке печатных узлов.
Загрязнения печатных узлов (ПУ) в основном органические, поступающие во время изготовления печатных плат (ПП) или сборочного процесса. Флюсы обладают свойствами восстановления и раскисляют контактные площадки и компоненты, а также паяльную пасту, обеспечивая хорошую смачиваемость сплава. В соответствии с современными нормами термин "безочистной" означает, что остатки химически безопасны и могут быть оставлены на ПУ. Испытание на коррозионную стойкость, прочность поверхностной изоляции, электромиграцию и другие специализированные испытания определяют содержание галогенов/галогенидов для оценки безочистной безопасности для собранного узла. Однако для высоконадежной продукции никакие остатки или другие загрязнения нельзя оставлять на печатной плате. Скрытые под компонентами галогениды могут вызвать пагубные последствия от выделения их ионов, что приведет к росту дендрита, вызывающего разрыв цепи в схеме.
Печатные узлы становятся все более высокой плотности, а это означает, что для удаления безочистных остатков нужны очистители более высокого качества. Остатки паяльных паст и безочистных флюсов труднее поддаются очистке, чем флюсы старых рецептов. Кроме того, профиль оплавления для бессвинцовых паяльных паст почти на 20°С выше, чем для свинцовых.
Чистящие средства должны отвечать требованиям, обусловленным развитием технологии, а также изменениями в законодательстве о том, какие химические вещества нельзя применять в составе очистителей. В последние годы созданы новые технологические процессы, которые, например, ограничивают применение хлорфторуглеродов (фреонов) и гидрохлорфторуглеродов. Устаревшие очистители заменены безхлоридными растворителями и водорастворимыми композициями.
Для разных изделий загрязнения различны, поэтому загрязненный узел можно определить как не удовлетворяющий требованиям следующего этапа производственного процесса. Не удаленные вредные вещества могут привести ПУ к отказам при испытаниях на чистоту и невозможности его использования. Параметры, которыми следует управлять при переходе от загрязненного ПУ, прошедшего оплавление, до чистого ПУ, отвечающего требованиям стандартов чистоты, следующие.
Во-первых, это относящиеся к самому ПУ и загрязнениям (рис.1) параметры, которые подразделяются на параметры композиций и параметры применения. К параметрам композиции относится состав флюса, в который входят обычно порядка 15 компонентов, таких как активаторы, растворители, тиксотропные агенты и другие добавки. Параметры применения характеризуются химической природой материалов (безочистные, бессвинцовые, водорастворимые), основными свойствами основания (обработка поверхности, размер, геометрическая форма, наличие инородных элементов и металлических компонентов, а также время ожидания между оплавлением и очисткой).
Во-вторых, это параметры, относящиеся к процессу очистки (рис.2). Они также делятся на композиционные параметры очистительной жидкости и параметры для их применения. В композицию очистителя могут входить водный раствор, растворитель или их смеси. Растворители, углеводороды или модифицированные спирты используются в безводных системах очистки, применяющих сорастворители (смесь углеводорода и фтористоводородного эфира) или вакуумный процесс.
Водные очистительные материалы используют воду как основной ингредиент. Эти композиции содержат спиртовые агенты для содействия омыления остаточных органических материалов; растворители, обеспечивающие гидрофильные свойства, способствующие растворению в водной среде органических компонентов (эти растворители – спирт или выведены из спирта); поверхностно-активные вещества, которые снижают поверхностное напряжение и повышают скорость удаления загрязняющих веществ. Некоторые очистители могут использоваться в беспримесном и разбавленном состояниях. Беспримесное состояние очистителя позволяет ускорить растворение органических остатков, не очищаемых в воде. В то же время разбавленные очистители способствуют омылению остатков органических загрязнений в ПУ. Эти водные вещества применяются в процессах окунания или распыления.
Параметры применения включают число ванн, циклов очистки, концентрацию очистителя, температуру ванны, продолжительность контакта, тип используемого механического действия и уровень насыщения очистительной ванны.
В успешном процессе очистки все параметры оптимизированы. Для решения сложных вопросов в современной индустрии очистки специалисты фирмы Avantec проводят исследования: как проверить чистоту, каков наилучший профиль оплавления (относящийся к чистоте) для безочистных паст, не содержащих галогены, как совмещаются очиститель с данным припойным сплавом и как установить параметры очистки для получения оптимальных результатов.
Как определить наилучший способ очистки некоторого печатного узла? Можно изменить флюс или органические составляющие композиции при поддержании постоянства процесса. Использовались четыре марки паяльной пасты Avantec: 305-6, PO1 (паста А), 305-6 PO2 (паста B), 305-6, PO3 (паста C) и конкурирующая паста (D) того же типа. В процессе очистки применялось, например, водное очищающее средство (Promoclean DISPER 605) в виде 50%-ного раствора в аэрозоли в течение 5 мин. За этим следовало промывание в деионизованной воде в течение 1 мин при 20°С и 1 мин при 50°С. Время сушки горячим воздухом достигало 20 мин при 70°С. Результаты очистки изменялись из-за композиции флюса (органической части) и могли быть оптимизированы на основе этих испытаний благодаря получению пасты, которую легче очищать. Для оценки результатов применялись испытания на ионное загрязнение и визуальный контроль.
Применение очищающего средства при бессвинцовой паяльной пасте А дает хорошие визуально наблюдаемые результаты и ионное загрязнение 0,511 мкг/см2, при бессвинцовой пасте В также визуально наблюдаются хорошие результаты и ионное загрязнение 0,296 мкг/см2. Третья паста С не очищалась водным средством, и наблюдались "белые" трассы с ионным загрязнением 0,743 мкг/см2. То же очищающее средство испытывалось с бессвинцовой пастой D, разработанной безотносительно формулы очистки. Результаты – хорошие визуальные данные и ионное загрязнение 0,509 мкг/см2.
Для установления наиболее подходящей пиковой температуры расплавления для безочистной безгалогенной паяльной пасты специалисты Avantec изменяли пик температуры, поддерживая постоянными все другие переменные величины, такие, как время между оплавлением и очисткой, плотность компонентов и пр. После очистки проводились испытания на ионное загрязнение, визуальный контроль и прочность поверхностной изоляции для определения совместимости профиля со стандартами чистоты. При 215°С результаты визуального обследования показали хорошую очистку, ионное загрязнение достигло 0,532 мкг/см2 (эквивалентно NaCl),
а при испытаниях на прочность изоляции печатный узел отказал. При 220°С расплава визуальные результаты сохранялись хорошими, ионное загрязнение составляло 0,215 мкг/см2,
и ПУ прошел испытание на прочность поверхностной изоляции. Повышение температуры оплавления до 225°С привело к ионному загрязнению 0,657 мкг/см2, в то время как визуальные результаты остались хорошими и ПУ прошел испытания на прочность изоляции. Совершенно очевидно, что профиль оплавления непосредственно влияет на качество очистки. Оптимизируя результаты очистки, можно оценить лучший профиль оплавления.
При определении лучшего очистителя для выбранной паяльной пасты переменной величиной является сам очиститель. Обычное испытание способно установить, что один очиститель (А) очищает лучше другого (Б) для выбранной паяльной пасты при заданном профиле оплавления и одинаковых условиях очистки. В исследованиях использовалась установка со следующими параметрами: концентрация очистителя 30%, температура 50°С, время очистки 10 мин с полосканием дважды в деионизованной воде в течение 10 мин. Сушка выполнялась вентилируемым горячим воздухом.
Если после очистителя А визуальная проверка показала "белый осадок" (остатки флюса) и ионное загрязнение 0,211 мкг/см2, а после очистителя Б – 0,233 мкг/см2, но без "белых осадков", это говорит о том, что хотя результаты ионного загрязнения близки, после применения очистителя А происходит отказ.
При определении оптимальных параметров очистки для выбранной паяльной пасты задается профиль оплавления.
В данном случае изменяются только параметры очистки (температура, концентрация и время цикла). Единственным возможным к применению очистителем является водное моющее средство. Результаты этого испытания приведены в таблице.
Таким образом, можно определить оптимальную установку для выбранной паяльной пасты, когда известен профиль оплавления. Каждый параметр имеет разную значимость. Лучше изменять тот параметр, при котором очистка более действенна. Следует отметить, что поскольку каждая производственная линия отлична от других, для нее могут быть идентифицированы свои параметры.
Отзывы читателей
