Выпуск #3/2013
А.Савельев
Отмывка печатных плат. Современные альтернативы изопропанолу, этанолу и спиртобензиновой смеси
Отмывка печатных плат. Современные альтернативы изопропанолу, этанолу и спиртобензиновой смеси
Просмотры: 1673
В качестве альтернативы опасным веществам, традиционно применяемым сейчас для отмывки печатных плат, рекомендуется использовать современные отмывочные жидкости, созданные специально для электронной промышленности.
Как правило, применяемые на ведущих предприятиях технологии отмывки соответствуют самым жестким требованиям и к качеству продукции и ее стоимости, и к безопасности процесса. Однако многие производители электроники до сих пор применяют для отмывки печатных плат изопропанол, этанол и спиртобензиновую смесь. Эти вещества уже долгое время известны как доступные и недорогие средства для отмывки трафаретов, инструментов, оснастки и печатных узлов после сборки. Их популярность обусловлена простотой использования и быстрым высыханием.
Однако современные паяльные материалы имеют достаточно сложный состав, и в большинстве случаев полное удаление их остатков простыми растворителями затруднено. Для обеспечения стабильного качества отмывки все чаще используются специально разработанные и протестированные для электронного производства жидкости; это становится особенно актуальным для производителей специальной, авиакосмической и медицинской электроники.
Дополнительными причинами перехода на современные отмывочные жидкости и новые технологии отмывки становятся изменение акцизов и ужесточение экологических требований, что приводит к изменению условий приобретения, использования и утилизации изопропанола и этанола. Недостатки изопропанола, этанола и спиртобензиновой смеси
Несмотря на то, что эти материалы давно используются для отмывки ПП и трафаретов, они имеют серьезные недостатки, которые ограничивают их применение. Из-за низкой точки вспышки (<12˚C) при температуре на предприятии ~20˚C достаточно одной искры (электрической, электростатической или от открытого пламени) для возгорания или даже взрыва паров жидкостей. Поэтому на предприятии, использующем эти жидкости, необходимо соблюдать специальные меры предосторожности при хранении и транспортировке спиртов и применять дорогое взрывозащитное оборудование.
При использовании современных паяльных паст и флюсов, не требующих отмывки, изопропанол и этанол не справляются со всей задачей – остатки флюса не всегда удаляются полностью, оставляя белый налет, состоящий из канифоли и активаторов (рис.1).
Остатки канифоли отрицательно влияют на качество последующих операций, таких как присоединение (разварка) проволочных выводов или нанесение влагозащитных покрытий (рис.2).
Гигроскопичные кислоты, входящие в состав активаторов флюса, могут снизить поверхностное сопротивление изоляции (SIR – surface insulation resistance) до недопустимых значений (ниже рекомендуемых 108 Ом, рис.3) и стать причиной электрохимической миграции и/или коррозии и, в итоге, снижения надежности устройства. При бессвинцовой пайке вероятность полного удаления остатков еще более снижается, так как бессвинцовые паяльные пасты содержат большее количество активаторов и смолы [1, 2].
Известно, что если невозможно организовать качественную отмывку, то лучше не проводить ее вообще. Это особенно важно в случае использования современных паяльных материалов [3].
Изопропанол, этанол и спиртобензиновая смесь имеют высокую скорость испарения. Это значит, что потери жидкости в процессе отмывки и, следовательно, их расход по сравнению со специализированными жидкостями будет больше.
Изопропанол – очень простой растворитель. Он изначально не предназначен для удаления флюса, так как растворимость флюса в нем крайне ограничена. Из-за слабой производительности время жизни изопропанола мало, из-за чего возникает необходимость частой замены моющего раствора. Таким образом, помимо затрат на сам материал, добавляются и затраты на утилизацию большого количества отработанных спиртов. В некоторых случаях при соблюдении всех правил утилизации стоимость этих работ может составлять существенную долю от общей себестоимости процесса производства [4].
Масштабные исследования мутагенности изопропила, проводившиеся в последние годы, выявили его негативное влияние на здоровье эмбрионов при контакте беременных женщин с этим веществом.
Вдыхание паров изопропила вызывает сонливость и головокружение. Несмотря на то, что вред изопропила по HMIS указан в паспорте безопасности как 2–3–1, это зачастую игнорируется. (Согласно системе идентификации опасных материалов HMIS, каждый материал проходит оценку его свойств по шкале от 0 до 4 по трем критериям опасности – здоровье, воспламеняемость и химическая активность Вещество с оценкой 0–0–0 наиболее безопасно, самый же опасный случай – 4–4–4.)
Помимо прямого воздействия, опасные вещества могут оказывать и косвенное влияние на здоровье персонала предприятия – часто бывает так, что крупные производственные помещения напрямую соединены с офисными площадями.
Из всего этого следует, что изопропанол, этанол и спиртобензиновая смесь имеют больше недостатков, чем преимуществ – высокая огне- и взрывоопасность не позволяет применять их в большинстве современных отмывочных машин, из-за низкой эффективности отмывки, высокого расхода и высокой стоимости утилизации их применение невыгодно и, кроме этого, опасно для здоровья персонала и окружающей среды. Производители ищут менее опасную и экономичную альтернативу этим жидкостям.
Современные альтернативы изопропиловому и этиловому спиртам и спиртобензиновой смеси
Сегодня на рынке представлено довольно много различных типов средств для удаления остатков паяльных материалов. Наиболее популярны в традиционных процессах отмывки растворители на основе модифицированных спиртов (Zestron FA+, Zestron VD) и отмывочные MPC-жидкости (Micro Phase Cleaning – микрофазовая отмывка) на водной основе – Vigon A250, Vigon A201. В зависимости от технических требований и производительности такие средства могут использоваться для различных типов отмывки – ультразвуковом или струями в жидкости либо в воздухе.
Эти жидкости специально разработаны для удаления остатков флюса и других паяльных материалов. В отличие от изопропилового и этилового спиртов, они хорошо удаляют загрязнения, имеют долгий срок жизни и годятся для применения в современном оборудовании.
Современные растворители, которые обычно применяются в безводных и эмульсионных процессах, имеют более высокую точку вспышки и менее опасны в применении по сравнению с изопропиловым и этиловым спиртами и спиртобензиновой смесью. Они также обеспечивают более качественное удаление флюса с печатных плат и паяльной пасты с трафаретов, так как специально были разработаны для этих применений.
В отличие от растворителей, MPC-жидкости на водной основе не имеют точки вспышки. Эти средства были специально разработаны для высококачественной отмывки ПП, трафаретов и печей оплавления и безопасны для персонала, устраняя тем самым необходимость обеспечивать затратные меры предосторожности при транспортировке, хранении и работе с ними. Кром этого, MPC-жидкости содержат мало летучих органических соединений (VOC), негативно влияющих на окружающую среду.
По сравнению с изопропанолом, этанолом, спиртобензиновой смесью и средствами на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ) MPC-жидкости имеют неоспоримые преимущества (см. таблицу):
во время очистки активные компоненты практически не истощаются;
остатки флюса и паяльной пасты легко отделяются от жидкости и удаляются фильтрацией (рис. 4);
более долгий срок службы и меньшая стоимость процесса очистки.
Благодаря своей более низкой стоимости хранения и транспортировки, стоимости оборудования, экономичности и долгому сроку службы, современные отмывочные жидкости (на основе модифицированных спиртовых соединений или на водной основе) позволяют повысить качество отмывки и снизить затраты по сравнению с изопропиловым и этиловым спиртами – даже при условии, что литр специализированного средства зачастую дороже, чем литр спирта или спиртобензиновой смеси.
Можно ли полностью отказаться от спиртов и спиртобензиновой смеси?
Изопропанол и этанол были открыты задолго до появления первых паяльных материалов. Они начали применяться для отмывки, когда паяльные материалы были очень просты по составу, а требования к качеству отмывки – невысоки. Очевидно, что при всех своих недостатках эти средства имеют крайне мало шансов на их применение в современных процессах, так как на рынке имеются более эффективные и экономичные средства. Современные отмывочные жидкости Zestron FA+, Vigon A201 и Vigon A250 специально разработаны с учетом всех требований к процессу отмывки. Эффективность и безопасность их использования подтверждена на практике, производители гарантируют их совместимость с большинством материалов и компонентов, применяемых в печатных узлах.
Но, несмотря на преимущества современных специализированных отмывочных жидкостей, многие производители продолжают работать со спиртами и спиртобензиновой смесью – по причине скорее технической или психологической, нежели экономической. При применении специальных жидкостей для обеспечения высокой чистоты поверхности в большинстве случаев требуется несколько этапов ополаскивания водой. Производители, традиционно использующие изопропиловый спирт, опасаются, что готовые устройства не успеют полностью высохнуть и оставшаяся вода может испортить продукцию. Однако на практике выяснено, что в большинстве случаев современные водные процессы отмывки не наносят вреда собранному печатному узлу и его компонентам. Именно поэтому отмывочные жидкости на водной основе наиболее распространены на американском и европейском рынках. Кроме этого, современные технологические процессы и жидкости для отмывки позволяют применять растворители на основе модифицированных спиртов и для ополаскивания, позволяя при необходимости полностью исключить воду из процесса отмывки. Каждый год миллионы печатных узлов для высокотехнологичных устройств, например, военного или космического назначения, отмываются с помощью средств на водной основе или растворителями на основе модифицированных спиртов.
Литература
Савельев А. Современный подход к поиску новых решений в отмывке печатных узлов высокой плотности монтажа. – Поверхностный монтаж, 2011, №4 (96), с.30–32.
Ковенский В. Действительная стоимость процесса отмывки. – Поверхностный монтаж, 2011, №6 (92), с.34–36.
Ефремов А. Отмывка печатных узлов. – Компоненты и Технологии, 2004, №6.
Как сэкономить деньги при отмывке изделий электроники. – Поверхностный монтаж, 2004, №10 (36), с.10–12.
Однако современные паяльные материалы имеют достаточно сложный состав, и в большинстве случаев полное удаление их остатков простыми растворителями затруднено. Для обеспечения стабильного качества отмывки все чаще используются специально разработанные и протестированные для электронного производства жидкости; это становится особенно актуальным для производителей специальной, авиакосмической и медицинской электроники.
Дополнительными причинами перехода на современные отмывочные жидкости и новые технологии отмывки становятся изменение акцизов и ужесточение экологических требований, что приводит к изменению условий приобретения, использования и утилизации изопропанола и этанола. Недостатки изопропанола, этанола и спиртобензиновой смеси
Несмотря на то, что эти материалы давно используются для отмывки ПП и трафаретов, они имеют серьезные недостатки, которые ограничивают их применение. Из-за низкой точки вспышки (<12˚C) при температуре на предприятии ~20˚C достаточно одной искры (электрической, электростатической или от открытого пламени) для возгорания или даже взрыва паров жидкостей. Поэтому на предприятии, использующем эти жидкости, необходимо соблюдать специальные меры предосторожности при хранении и транспортировке спиртов и применять дорогое взрывозащитное оборудование.
При использовании современных паяльных паст и флюсов, не требующих отмывки, изопропанол и этанол не справляются со всей задачей – остатки флюса не всегда удаляются полностью, оставляя белый налет, состоящий из канифоли и активаторов (рис.1).
Остатки канифоли отрицательно влияют на качество последующих операций, таких как присоединение (разварка) проволочных выводов или нанесение влагозащитных покрытий (рис.2).
Гигроскопичные кислоты, входящие в состав активаторов флюса, могут снизить поверхностное сопротивление изоляции (SIR – surface insulation resistance) до недопустимых значений (ниже рекомендуемых 108 Ом, рис.3) и стать причиной электрохимической миграции и/или коррозии и, в итоге, снижения надежности устройства. При бессвинцовой пайке вероятность полного удаления остатков еще более снижается, так как бессвинцовые паяльные пасты содержат большее количество активаторов и смолы [1, 2].
Известно, что если невозможно организовать качественную отмывку, то лучше не проводить ее вообще. Это особенно важно в случае использования современных паяльных материалов [3].
Изопропанол, этанол и спиртобензиновая смесь имеют высокую скорость испарения. Это значит, что потери жидкости в процессе отмывки и, следовательно, их расход по сравнению со специализированными жидкостями будет больше.
Изопропанол – очень простой растворитель. Он изначально не предназначен для удаления флюса, так как растворимость флюса в нем крайне ограничена. Из-за слабой производительности время жизни изопропанола мало, из-за чего возникает необходимость частой замены моющего раствора. Таким образом, помимо затрат на сам материал, добавляются и затраты на утилизацию большого количества отработанных спиртов. В некоторых случаях при соблюдении всех правил утилизации стоимость этих работ может составлять существенную долю от общей себестоимости процесса производства [4].
Масштабные исследования мутагенности изопропила, проводившиеся в последние годы, выявили его негативное влияние на здоровье эмбрионов при контакте беременных женщин с этим веществом.
Вдыхание паров изопропила вызывает сонливость и головокружение. Несмотря на то, что вред изопропила по HMIS указан в паспорте безопасности как 2–3–1, это зачастую игнорируется. (Согласно системе идентификации опасных материалов HMIS, каждый материал проходит оценку его свойств по шкале от 0 до 4 по трем критериям опасности – здоровье, воспламеняемость и химическая активность Вещество с оценкой 0–0–0 наиболее безопасно, самый же опасный случай – 4–4–4.)
Помимо прямого воздействия, опасные вещества могут оказывать и косвенное влияние на здоровье персонала предприятия – часто бывает так, что крупные производственные помещения напрямую соединены с офисными площадями.
Из всего этого следует, что изопропанол, этанол и спиртобензиновая смесь имеют больше недостатков, чем преимуществ – высокая огне- и взрывоопасность не позволяет применять их в большинстве современных отмывочных машин, из-за низкой эффективности отмывки, высокого расхода и высокой стоимости утилизации их применение невыгодно и, кроме этого, опасно для здоровья персонала и окружающей среды. Производители ищут менее опасную и экономичную альтернативу этим жидкостям.
Современные альтернативы изопропиловому и этиловому спиртам и спиртобензиновой смеси
Сегодня на рынке представлено довольно много различных типов средств для удаления остатков паяльных материалов. Наиболее популярны в традиционных процессах отмывки растворители на основе модифицированных спиртов (Zestron FA+, Zestron VD) и отмывочные MPC-жидкости (Micro Phase Cleaning – микрофазовая отмывка) на водной основе – Vigon A250, Vigon A201. В зависимости от технических требований и производительности такие средства могут использоваться для различных типов отмывки – ультразвуковом или струями в жидкости либо в воздухе.
Эти жидкости специально разработаны для удаления остатков флюса и других паяльных материалов. В отличие от изопропилового и этилового спиртов, они хорошо удаляют загрязнения, имеют долгий срок жизни и годятся для применения в современном оборудовании.
Современные растворители, которые обычно применяются в безводных и эмульсионных процессах, имеют более высокую точку вспышки и менее опасны в применении по сравнению с изопропиловым и этиловым спиртами и спиртобензиновой смесью. Они также обеспечивают более качественное удаление флюса с печатных плат и паяльной пасты с трафаретов, так как специально были разработаны для этих применений.
В отличие от растворителей, MPC-жидкости на водной основе не имеют точки вспышки. Эти средства были специально разработаны для высококачественной отмывки ПП, трафаретов и печей оплавления и безопасны для персонала, устраняя тем самым необходимость обеспечивать затратные меры предосторожности при транспортировке, хранении и работе с ними. Кром этого, MPC-жидкости содержат мало летучих органических соединений (VOC), негативно влияющих на окружающую среду.
По сравнению с изопропанолом, этанолом, спиртобензиновой смесью и средствами на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ) MPC-жидкости имеют неоспоримые преимущества (см. таблицу):
во время очистки активные компоненты практически не истощаются;
остатки флюса и паяльной пасты легко отделяются от жидкости и удаляются фильтрацией (рис. 4);
более долгий срок службы и меньшая стоимость процесса очистки.
Благодаря своей более низкой стоимости хранения и транспортировки, стоимости оборудования, экономичности и долгому сроку службы, современные отмывочные жидкости (на основе модифицированных спиртовых соединений или на водной основе) позволяют повысить качество отмывки и снизить затраты по сравнению с изопропиловым и этиловым спиртами – даже при условии, что литр специализированного средства зачастую дороже, чем литр спирта или спиртобензиновой смеси.
Можно ли полностью отказаться от спиртов и спиртобензиновой смеси?
Изопропанол и этанол были открыты задолго до появления первых паяльных материалов. Они начали применяться для отмывки, когда паяльные материалы были очень просты по составу, а требования к качеству отмывки – невысоки. Очевидно, что при всех своих недостатках эти средства имеют крайне мало шансов на их применение в современных процессах, так как на рынке имеются более эффективные и экономичные средства. Современные отмывочные жидкости Zestron FA+, Vigon A201 и Vigon A250 специально разработаны с учетом всех требований к процессу отмывки. Эффективность и безопасность их использования подтверждена на практике, производители гарантируют их совместимость с большинством материалов и компонентов, применяемых в печатных узлах.
Но, несмотря на преимущества современных специализированных отмывочных жидкостей, многие производители продолжают работать со спиртами и спиртобензиновой смесью – по причине скорее технической или психологической, нежели экономической. При применении специальных жидкостей для обеспечения высокой чистоты поверхности в большинстве случаев требуется несколько этапов ополаскивания водой. Производители, традиционно использующие изопропиловый спирт, опасаются, что готовые устройства не успеют полностью высохнуть и оставшаяся вода может испортить продукцию. Однако на практике выяснено, что в большинстве случаев современные водные процессы отмывки не наносят вреда собранному печатному узлу и его компонентам. Именно поэтому отмывочные жидкости на водной основе наиболее распространены на американском и европейском рынках. Кроме этого, современные технологические процессы и жидкости для отмывки позволяют применять растворители на основе модифицированных спиртов и для ополаскивания, позволяя при необходимости полностью исключить воду из процесса отмывки. Каждый год миллионы печатных узлов для высокотехнологичных устройств, например, военного или космического назначения, отмываются с помощью средств на водной основе или растворителями на основе модифицированных спиртов.
Литература
Савельев А. Современный подход к поиску новых решений в отмывке печатных узлов высокой плотности монтажа. – Поверхностный монтаж, 2011, №4 (96), с.30–32.
Ковенский В. Действительная стоимость процесса отмывки. – Поверхностный монтаж, 2011, №6 (92), с.34–36.
Ефремов А. Отмывка печатных узлов. – Компоненты и Технологии, 2004, №6.
Как сэкономить деньги при отмывке изделий электроники. – Поверхностный монтаж, 2004, №10 (36), с.10–12.
Отзывы читателей
