Zanieczyszczenie PCB żużlem po lutowaniu selektywnym

Jeden z uczestników bloga circuitinsight.com zwrócił się do ekspertów z problemem niezwykle drobnego ‘pyłu’ ze zgarów, który znajdował po lutowaniu selektywnym na powierzchni PCB. Pyłek był tak drobny, że aż trudny do zobaczenia gołym okiem, a posiadany przez firmę sprzęt do mycia nie był w stanie go usunąć. Firma w procesie lutowania selektywnego używa stopu SN100C i nakładanego natryskowo topnika no-clean . 

Pył żużlowy pojawiał się w pobliżu połączeń lutowniczych, ale nie bezpośrednio przy nich. Czytelnik wysunął też przypuszczenie, że żużel może być przenoszony na PCB przez osłonę azotową otaczającą dyszę. 

Szeroko na ten temat wypowiedział się Tony Lentz, inżynier aplikacyjny z firmy FCT. Pył ze zgarów może przylgnąć do maski lutowniczej, gdy zostanie ona zmiękczona w wyniku ogrzewania. Maska lutownicza twardnieje podczas ochładzania, a pył żużlowy staje się wówczas bardzo trudny do usunięcia. Tony Lentz wskazuje jednak na kilka możliwych rozwiązań tego problemu.

1. Można spróbować wygrzewania PCB przed lutowaniem selektywnym. Spowoduje to lekkie utwardzenie maski lutowniczej, w wyniku czego podczas lutowania selektywnego maska lutownicza będzie zmiękczana w mniejszym stopniu. Tony sugeruje wygrzewanie w temperaturze 150°C przez około godzinę, jeśli tylko komponenty, które ewentualnie są już zmontowane na płytce, mogą znieść taką temperaturę. 

2. Następna sugestia jest generalnie sprzeczna z zalecaną praktyką, ale też może pomóc. Można spróbować rozpylić topnik w pobliżu połączenia lutowniczego na płytkę. Topnik pokryje i schłodzi powierzchnię PCB, chroniąc ją przed przywieraniem pyłu żużlowego. Systemy natrysku są zaprojektowane tak, aby móc rozpylać topnik nawet w wąskich przestrzeniach, więc należałoby stworzyć taki program natrysku, aby rozpylać wokół połączenia lutowniczego. Alternatywnie topnik można rozpylić na płytce ręcznie, bezpośrednio przed lutowaniem selektywnym.

3. Kolejną alternatywą jest użycie w myjce środka czyszczącego na bazie środka powierzchniowo czynnego. Substancje powierzchniowo czynne prawdopodobnie są w stanie dostać się pod cząsteczki pyłu i pomóc je usunąć. 

4. Pomóc może także zmniejszenie temperatury tygla o 10–20°C, co pomoże zmniejszyć szybkość utleniania się lutu. Może to zmniejszyć ilość wytwarzanych cząstek żużlu.

5. Na koniec można też zmniejszyć natężenie przepływu azotu. Jeśli azot porywa i rozprowadza cząsteczki zgarów i przenosi je na powierzchnię płytki, pomocne może być zmniejszenie natężenia przepływu.

Zupełnie inny aspekt zgłoszonego przez czytelnika problemu widzi inny uczestnik bloga, Kris Roberson, Kierownik ds. Technologii Montażu z IPC. Po pierwsze, Kris wyraża wątpliwość, czy to, co zgłaszający problem widzi na swojej PCB, to faktycznie cząsteczki żużla, czy tylko pozostałości po topniku? Jeśli używany jest topnik o niskiej zawartości substancji stałych – co jak pisze Kris ‘specjaliści od marketingu określili jako topnik no-clean’ – możliwe jest, że to co widzi czytelnik, to po prostu osad topnika. Ponieważ w procesie używana jest osłona azotowa, szanse na to, że jest to naprawdę żużel, są mniejsze.

Po drugie, zgłaszający problem pisze, że ‘żużel jest trudny do zobaczenia bez dokładnego zbadania’, co nasuwa wątpliwości, w jaki sposób prowadzona jest inspekcja płytki. Jeśli montowana płytka nie wykracza poza standard, inspekcja powinna być przeprowadzana zgodnie z kryteriami IPC-A-610, która dopuszcza badanie wizualne nieuzbrojonym okiem. Jeśli do ustalenia, czy pozostałość może prowadzić do uszkodzeń, jest wymagane powiększenie, nie powinno one być większe niż 4x. W efekcie, jeśli do dokładnego zbadania osadu powiększenie musi być większe, może to nie być problem funkcjonalny. Dodatkowe procesy mycia łagodnych pozostałości będą kosztowne, a nawet mogą stać się kolejnym – w istocie zbędnym - etapem procesu, który może potencjalnie może prowadzić do awarii.

‘Wiem, że to nie odpowiada na pytanie, jak usunąć osad, ale może pomóc określić, czy osad jest łagodny i może nie będziesz musiał go usuwać’ kończy Kris Robertson. 

Rysunek: Przykład kulek lutowia przylegających do maski lutowniczej pomiędzy sąsiednimi pinami THT © Nordson Select, 'Selective Solder Nozzle Technology for Reduced Dross Formation and Minimizing Solder Balls'.