Mycie w procesie montażu PCB (Cz.3): Mycie szablonów

2.Czyszczenie szablonów poza linią (offline)

Czyszczenie szablonów jest niezbędne zarówno podczas pracy drukarki, jak również po zakończeniu cyklu i wyjęciu z niej szablonu: usuwa się wówczas pastę zgromadzoną w aperturach oraz czyści powierzchnię szablonu, zanim pasta wyschnie i stanie się twarda. Stosowane są do tego automatyczne i półautomatyczne maszyny do czyszczenia.

Opcją jest również czyszczenie manualne, jednak jest mniej polecane ze względu na mniejszą powtarzalność oraz wystawienie pracownika na oddziaływanie chemii, która w wielu przypadkach ma bardzo lotne właściwości (jak np. IPA), co stanowi wyzwanie z punktu widzenia zdrowia i bezpieczeństwa.

Istnieją różne typy automatycznych myjek szablonów. Najpopularniejsze to spray-in-air (natrysk w powietrzu) oraz ultradźwiękowe. Znacznie rzadsze są urządzenia spray-in-immersion, tj. natryskujące czynnik w zanurzeniu w płynie.

Wśród urządzeń półautomatycznych dominują konstrukcje oparte o ultradźwięki, jako czynnik dostarczający energii mechanicznej, po których następuje etap zmywania (opcjonalnie) oraz manualne lub wymuszone suszenie powietrzem.

Kluczowe elementy procesu mycia szablonu to:

1. Zanieczyszczenia
2. Powierzchnie
3. Środki chemiczne
4. Urządzenia
5. Walidacja procesu

Zanieczyszczenia.

Jak już opisywano, najpowszechniejsze zanieczyszczenia to pozostałości pasty i klejów, gdzie pozostałości pasty są przeważającym rodzajem zanieczyszczenia, a tylko niektóre procesy wymagają mycia obu rodzajów pozostałości.

Kluczowym wyzwaniem na drodze do ustanowienia prawidłowego procesu czyszczenia jest charakterystyka rozpuszczalności zanieczyszczeń i zastosowanie odpowiedniej kombinacji sprzętu i chemii. Jak już wcześniej wspominano, jako że rozpuszczalność past i klejów jest bardzo różna, do ich usuwania niezbędne są różne środki czyszczące.

Powierzchnie

Jeśli szablon jest rozpięty na ramie, wybierając środek czyszczący należy uwzględnić materiał z którego jest wykonany szablon, materiał z którego jest wykonana siatka, żywica służąca do przymocowania do ramy jak i materiał samej ramy (zazwyczaj aluminium).

Od czasu do czasu zdarza się konieczność zmycia wadliwego nadruku. Należy wówczas rozróżnić sytuację, czy wadliwy nadruk należy zmyć ze strony A (bez komponentów po procesie reflow) czy B (z komponentami po rozpływie). Strona A może być zmyta standardowymi środkami do mycia szablonów oraz spłukana wodą dejonizowaną. Prysznic wodą dejonizowaną jest polecany ze względu na konieczność eliminacji jakichkolwiek zjonizowanych pozostałości na płytce. Jeśli chodzi o stronę B, rekomenduje się jej mycie środkami do mycia PCB, ponieważ proces stosowany do mycia szablonów byłby w tym przypadku zbyt skomplikowany i bardziej kosztowny.

Chemia

Efektywność każdego procesu mycia (Rp) jest wypadkową energii chemicznej (Rs) oraz mechanicznej i termicznej (Rd). Aby ustanowić stabilny proces mycia, szczególnie ważne jest zrozumienie właściwej równowagi między tymi czynnikami. Stosowana chemia musi spełniać kilka wymogów, w tym musi być odpowiednia do posiadanych urządzeń myjących. Przy zakupie nowego sprzętu do zmywania, dobrze jest wybrać model o dużej elastyczności, w którym można stosować szeroką gamę środków. W wielu przypadkach w firmie znajduje się już jakiś sprzęt do mycia: im bardziej nie przystaje on do zmiennych wymagań procesu mycia, tym większego znaczenia nabiera dobór samego środka chemicznego.

Oznacza to też, iż ze względu na brak wymaganych warunków, proces mycia nie jest optymalny jeśli chodzi o najniższy koszt całkowity. Koszt ten nie odnosi się bowiem jedynie do kosztów zakupu środków chemicznych, lecz także do czasu mycia (wydajność), kosztów energii, kosztów utylizacji odpadów i czynników związanych z ochroną środowiska.

Mimo tego, iż środki na bazie rozpuszczalników wciąż są stosowane w myciu automatycznym, obecnie przeważa chemia skomponowana na bazie wody. Stosowanie chemii opartej na rozpuszczalnikach obwarowane jest bardziej rygorystycznymi wymaganiami wobec sprzętu: muszą być odporne na eksplozje oraz odprowadzać opary w sposób bezpieczny dla środowiska.

Urządzenia

Zadaniem urządzeń do mycia jest dostarczenie energii mechanicznej i termicznej, niezbędnej do uzyskania pożądanych rezultatów procesu. Jak wspomniano wcześniej, najczęściej spotyka się urządzenia wykorzystujące natrysk (spray-in-air) oraz ultradźwięki. Choć niektóre modele dostarczają także energii cieplnej, w większości przypadków mycie szablonów przebiega w temperaturze otoczenia (20°-25°C). Nie zawsze jest też stosowanie spłukiwanie, którego zadaniem jest usunięcie wszelkich pozostałości z powierzchni szablonu (ewentualnie źle nadrukowanej płytki): w konsekwencji jego brak ogranicza wybór środków czyszczących.

1. Natrysk (spray-in-air): Dostępny jest szereg modeli wykorzystujących natrysk, zapewniający odpowiedni poziom energii mechanicznej w procesie mycia. W zależności od producenta, maszyny te mogą być również wyposażone w opcje spłukiwania i grzania.
2. Ultradźwięki: Wiele modeli wykorzystuje ultradźwięki jako sposób dostarczenia energii mechanicznej. Podobnie jak w poprzednim przypadku, są one opcjonalnie wyposażone w opcje spłukiwania i grzania. O ile urządzenia natryskowe zwykle są w pełni zautomatyzowane, to urządzenia ultradźwiękowe są albo automatyczne, albo półautomatyczne. W systemach automatycznych, po umieszczeniu szablonu w komorze, sprzęt przeprowadzi kolejno etapy mycia, spłukiwania i suszenia. W systemach półautomatycznych, użytkownik musi manualnie przełożyć szablon z etapu mycia do spłukiwania i suszenia. W niektórych przypadkach spłukiwanie i suszenie są całkowicie manualne.

Opcja grzania znacznie przyśpiesza proces usuwania problematycznych zanieczyszczeń, takich jak pozostałości past bezołowiowych i niektórych klejów. W każdym przypadku, temperatura musi być utrzymywania poniżej <50°C (122°F), a najlepiej poniżej ≤45°C (113°F). Jeśli temperatura wzrasta powyżej, może to nie tylko być szkodliwe dla samego szablonu, ale przede wszystkim nie tyle zmyć, co utwardzić pozostałości kleju, czyniąc ich usunięcie nieomal niemożliwym.

Jeśli to tylko możliwe, rekomendowane jest aby dokonywać wyboru chemii i urządzeń jednocześnie. Jeśli nie jest to możliwe, należy znaleźć balans procesu kierując się równaniem

Rp= Rs + Rd.

Walidacja procesu

Proces mycia szablonów wymaga również uważnej oceny poszczególnych elementów i parametrów oraz weryfikacji, czy w istocie spełnia on oczekiwania. Pomocni w procesie walidacji mogą być producenci środków czyszczących, dysponują oni bowiem znaczną wiedzą i doświadczeniem o rozmaitych procesach mycia.

Manualne mycie szablonów. Produkty w Klasie 3 muszą sprostać bardzo wysokim wymaganiom i muszą pracować w ekstremalnych temperaturach, takich jak bardzo wysoka lub bardzo niska temperatura. Jako że w przypadku manualnego mycia szablonów jego wyniki zależą od operatora i nie są powtarzalne, zdecydowanie nie rekomenduje się go w przypadku najbardziej wymagających aplikacji. Co więcej, sam operator wystawiony jest na oddziaływanie chemikaliów, co przy braku środków zabezpieczających może być niebezpieczne dla zdrowia. Rysunek po prawej przedstawia jakie mogą być efekty manualnego mycia szablonów bez odpowiedniego nadzoru.

Podsumowanie

Podsumowując należy stwierdzić, iż podobnie jak w przypadku drugiej części cyklu artykułów, traktującym o mycia PCB, kluczowe elementy procesu mycia szablonów są dosłownie te same: rodzaj zanieczyszczeń (nie wszystkie są takie same!), substraty [rozumiane jako powierzchnie] (projekt, kompatybilność), środki czyszczące (energia statyczna) oraz urządzenia (energia dynamiczna). Wytwórcy środków czyszczących, poprzez swoje doświadczenie i zaplecze laboratoryjne, mogą okazać się bardzo pomocni w opracowaniu całościowego procesu mycia, spełniającego wymagania producenta.

Przejdź do 1 części cyklu, poświęconej podstawom procesu mycia.

Przejdź do 2 części cyklu, poświęconej myciu PCB.

Przejdź do 4 części cyklu, poświęconej utrzymaniu maszyn.

Artykuł powstał we współpracy z firmą Lenz.

Źródło: Kyzen