Mycie w procesie montażu PCB (Cz.2): Mycie PCB

1. Zanieczyszczenia Zwykle największą uwagę poświęca się pozostałościom topnika, jednak nie należy też zapominać o odciskach palców czy innych cząsteczkach i zanieczyszczeniach. Większość standardowych procesów mycia (mimo iż czasem natrafia się na problemy) doskonale radzi sobie z usuwaniem pozostałości topnika z powierzchni PCB. Jednak największym wyzwaniem są pozostałości uwięzione pod nisko położonymi komponentami czy w wąskich szparach. Agresywne środki czyszczące, mimo iż skutecznie usuwają zanieczyszczenia z wąskich przestrzeni, mogą powodować też uszkodzenia. Celem jest znalezienie takiego środka, który efektywnie oczyści płytkę oraz nie będzie kosztował zbyt dużo: dla producentów środków czyszczących stanowi to szansę na odróżnienie się od konkurencji. Zanieczyszczenia są kluczowym elementem procesu mycia PCB. Oczywiście, nie wszystkie topniki są takie same, a każda płytka przechodzi przez proces rozpływowy czy falę o innych parametrach.

Często spotykane pozostałości topnika.

1. Pozostałości topników wodnorozpuszczalnych. Dawniej pozostałości topników wodno rozpuszczalnych były łatwo zmywalne wodą. Jednak w miarę miniaturyzacji montażu, zadanie to stawało się coraz trudniejsze ze względu na duże napięcie powierzchniowe wody, ograniczające możliwości penetracji wąskich przestrzeni. Następnie, po wprowadzeniu procesu bezołowiowego, wymagającego wyższych temperatur i bardziej agresywnych topników, zadanie mycia wąskich przestrzeni stało się jeszcze trudniejsze: wystarczy wyobrazić sobie, jak dobrze ‘zapieczone’ mogą być pozostałości topnika. Sama woda przestała wystarczać do ich usunięcia: niezbędne stały się niewielkie domieszki i odczynniki czyszczące zmniejszające napięcie powierzchniowe, pozwalające na wnikanie pod nisko zamontowane komponenty.
2. Pozostałości topników RA/RMA. Ten typ pozostałości nie już tak często spotykany jak kiedyś, jednak wciąż są one stosowane w montażu starszej generacji modułów, takich jak elektronika militarna czy lotnicza. Po wprowadzeniu technologii bezołowiowej, większość z tego typu produktów została dostosowana do technologii bezołowiowej oraz no-clean. Ponadto, pozostałości tego typu nie sprawiają większych problemów w standardowym procesie mycia.
3. Pozostałości topników ‘no-clean’. Materiały lutownicze ‘no-clean’ są obecnie najbardziej rozpowszechnioną grupą, a co za tym idzie stanowią też podstawową podstawę porównań właściwości związków stosowanych w myciu PCB. Materiały te zaprojektowane są w taki sposób, aby zamykać w swojej strukturze aktywne pozostałości, dlatego nie wymagają mycia. Z tego też powodu, ich usunięcie jest zawsze wyzwaniem dla tych, którzy jednak chcą wprowadzić etap mycia. Dochodzi do tego wyższa temperatura procesu i większa agresywność topnika, co czyni mycie jeszcze trudniejszym. Jednak, według szacunków autora tekstu, 80-90% klientów myje pozostałości topników ‘no-clean’.

Dlaczego w ogóle myć pozostałości topnika ‘no-clean’? Generalnie problemy mogą pojawić się, gdy nie w pełni powiedzie się tzw. enkapsulacja pozostałości topnika. W szczególności, w przypadku mających długi okres życia produktów Klasy 3, kombinacja zjonizowanych pozostałości, wilgoci oraz napięcia kreuje naprawdę doskonałe warunki dla zjawiska migracji elektrochemicznej (ECM, Electro Chemical Migration), która może spowodować awarię obwodu. Powszechnie uważa się też, że usunięcie opisywanych pozostałości jest bardzo pożądane przed procesem conformal coating.

2.Substraty

Substraty są kolejnym kluczowym elementem, jaki należy brać pod uwagę planując proces mycia z następujących względów:

1. Jakość. Panuje obecnie silny trend redukcji kosztów materiałów. Podczas gdy większość producentów wytwarza PCB i komponenty o wysokiej jakości, zdarzają się sytuacje gdy na płytce występują zwarcia czy producent materiału zdecydował się na kompromisy jakościowe. Skutkuje to PCB niespełniającym standardów jakościowych, które nie jest dostosowane do warunków procesu produkcyjnego i na przykład nie wytrzymuje procesu mycia.
2. Zgodność z procesem. Nawet jeśli PCB spełnia wymagania jakościowe, niektóre materiały nie tolerują pewnych związków chemicznych, stosowanych w standardowym procesie mycia. W każdym przypadku należy więc testować PCB pod kątem kompatybilności z procesem produkcyjnym.
3. Projekt PCB. Pewną rolę odgrywa też sam projekt PCB, gdzie ważnymi czynnikami są stopień upakowania komponentów, wysokość ich położenia, cienie czy nisze, w których może zostać uwięziony płyn.

Jeśli producent chce ustanowić stabilny i niezawodny proces mycia, dwa kolejne punktu muszą być rozpatrywane łącznie. W każdym procesie mycia, związki rozpuszczające pozostałości (Rs) oraz urządzenia dostarczające energii mechanicznej i termalnej (Rd) składają się na wydajność procesu mycia (Rp):

Rp=Rs+Rd

Nie tylko znalezienie, ale także dogłębne zrozumienie równowagi pomiędzy związkami chemicznymi, energią termiczną i mechaniczną, są warunkami ustanowienia i utrzymania spójnego procesu mycia.