Zapobieganie zanieczyszczeniu elektrochemicznemu w procesie napraw

Ponieważ nie ma w nim fascynujących maszyn ani żadnej wyzywającej technologii, proces napraw i przeróbek ręcznych często wymyka się uwadze inżynierów. Większość osób zajmujących się lutowaniem ręcznym jest bardzo biegła w tym co robi i dzięki ich umiejętnościom wydaje się, że zadanie jest łatwe: uspokaja to przełożonego lub kierownika produkcji w fałszywym poczuciu bezpieczeństwa. Niestety, zanieczyszczenie elektrochemiczne zwykle nie jest widoczne, dopóki nie przekształci się w krytyczną awarię. W codziennej praktyce, jeśli pojawiające się problemy są związane z zanieczyszczeniem, korozją czy upływami energii, najpierw należy spojrzeć na proces przeróbek: osiem razy na dziesięć to właśnie tam występują problemy!

Lutowanie ręczne ma inne wymagania niż pozostałe procesy i warto szczegółowo opisać te różnice, aby zrozumieć znaczenie doboru materiałów i ich prawidłowego użytkowania.

Logicznym punktem wyjścia jest spojrzenie na samo lutowanie drutem. Topnik stanowiący rdzeń drutu lutowniczego zazwyczaj zawiera duże ilości żywicy lub kalafonii i w temperaturze pokojowej jest ciałem stałym, jednak ma on niższą temperaturę topnienia niż sam otaczający go stop. Gdy grot lutownicy i drut stykają się, topnik ulega upłynnieniu i rozprowadza się po obrabianym komponencie. Następnie upłynnia się sam lut i ciągu kilku sekund tworzy się połączenie lutownicze. Ponieważ aby opuścić rdzeń drutu topnik musi zostać najpierw podgrzany, istnieje bardzo małe ryzyko przeniesienia nieaktywnego topnika na obrabiany przedmiot. Sam proces i materiały po prostu sprawiają, że jest to niezbyt prawdopodobne. Fakt, że topnik zawiera ponadto wysoki procent żywicy / kalafonii w stosunku do objętości tworzonego połączenia, również przyczynia się do bezpieczeństwa.

Podczas audytu materiałów używanych do napraw i przeróbek, pierwszą rzeczą, którą należy zrobić jest usunięcie wszystkich butelek z topnikiem. Niezmiennie spotyka się to z protestem operatorów i jest to całkowicie zrozumiałe: używanie topnika w płynie na dwa sposoby pomaga operatorowi wykonywać jego pracę: 

1) większa ilość aktywatora ułatwia zwilżanie, 

2) ciecz tworzy mostek termiczny między metalowym grotem a lutowanym obszarem i przenosi ciepło z grota na obrabiany przedmiot. Obie cechy poprawiają wydajność i prędkość lutowania, więc łatwo jest zrozumieć, dlaczego ciekły topnik jest tak popularny.

W czym jest więc problem?

Wiele topników no-clean, aby uczynić je obojętnymi, wymaga wystawienia ich na oddziaływanie ciepła. Jeśli są one stosowane w lutowaniu na fali, odpowiednia ekspozycja na ciepło zwykle jest zapewniona. Jednak w przypadku poprawek lub lutowania selektywnego, punktowe źródło ciepła może być niewystarczające do rozkładu chemicznego aktywatorów topnika, które pozostają aktywne, stwarzając w ten sposób zagrożenie dla niezawodności układu. Nawet najbardziej precyzyjnie nałożony płynny topnik może rozprzestrzenić się od 1 do 2 mm poza miejsce aplikacji i dostać się np. pod elementy, odcinając się w ten sposób od jakiegokolwiek oddziaływania ciepła. 

Ciekły topnik używany w naprawach ręcznych jest często odlewany do butelek z większych pojemników zawierających topnik używany w lutowaniu selektywnym i lutowaniu na fali. Jeśli tak się dzieje, rekomendujemy zaprzestanie tej praktyki. Dostawcy topników opracowują produkty o właściwościach specyficznych dla konkretnej aplikacji. Jeśli nie chcemy potem zajmować się zmywaniem topnika, należy stosować topnik w postaci cieczy lub pasty przeznaczony do specjalnie przeróbek, tj. nie wymagający długiej ekspozycji na ciepło. Jednak najlepiej jest stosować tylko topnik zawarty w rdzeniu w drutu lutowniczego. Operatorzy powinni dobrze zrozumieć, że stosowanie nadmiernej ilości lub niewłaściwego topnika może zagrozić niezawodności ich pracy.

Problem z IPA

Nawet jeśli zastosowany drut i topnik są bezpieczne i kompatybilne, obecność pozostałości topnika jest problemem estetycznym. Dotyczy to szczególnie prac wykonywanych przez EMS, ponieważ pozostałości są (często nieprawidłowo!) postrzegane jako miara jakości PCB. Na typowym stole warsztatowym, zwykle obok butelki z topnikiem, znajduje się podobnie wyglądająca butelka z alkoholem izopropylowym (IPA), używanym do wycierania pozostałości topnika. To kolejna okazja do wytworzenia zanieczyszczenia elektrochemicznego. IPA jest słabym rozpuszczalnikiem jeśli chodzi o pozostałości po lutowaniu i generalnie nie powinien być do tego używany. 

Pozostałości topnika są testowane jako system zgodnie z IPC J-STD-004/A/B. Jednak, gdy pozostałości topnika zostaną poddane działaniu IPA, przestają być materiałem pierwotnie badanym i w efekcie nie można potwierdzić właściwości elektrochemicznych tak powstałej, częściowo oczyszczonej pozostałości. Co gorsza, pozostałości mogą łączyć się z innymi cząsteczkami jonowymi uwolnionymi przez IPA, stając się w efekcie nieokreślonym, osobnym produktem. Ponadto waciki, ściereczki i szczotki używane do czyszczenia PCB są podatne na zanieczyszczenia krzyżowe, co sprawia, że czyszczenie topników no-clean staje się bardziej ryzykowne, niż można by się spodziewać. Badania wykazały, że częściowo oczyszczone topniki no-clean mają niższą wartość rezystywności niż topniki, które pozostawiono bez zmian. Jeśli zachodzi bezwzględna konieczność punktowego wyczyszczenia topnika, należy skonsultować się z producentem topnika i ustalić, jaka chemia jest do tego rekomendowana. Rozpuszczalniki zaprojektowane do usuwania konkretnego topnika mogą kosztować więcej, ale są bardziej skuteczną i bezpieczniejszą alternatywą dla jedynie marginalnie skutecznego IPA.

Właściwe narzędzie użyte nieprawidłowo może spowodować więcej szkód niż użycie niewłaściwego narzędzia. PCB zmontowana w procesie no-clean jest jedynie tak czysta, jak najbrudniejszy etap całego procesu. Jeśli nie czyścisz PCB, należy upewnić się, że stosowane materiały są starannie dobrane i prawidłowo używane.

Autor: Tim O’Neill, Technical Marketing Manager

Żródło: AIM