Промывка печатных плат
Качественная промывка плат от остатков флюса очень важна для надежной работы изделия. Мы готовы рассказать о том как этот процесс организовали мы.
Для чего нужно промывать платы
Промывка платы производится для удаления остатков флюса, которые могут приводить к окислению и утечкам тока. Многие считают, что платы можно не промывать, особенно если они используют не активный флюс. Мы для себя эту дилемму решили просто — промывать платы всегда. Не хочется доверяться производителям флюсов. Например, ЛТИ-120 по данным многих сайтов не активен и не нуждается в отмывке, но мы не раз сталкивались с тем, что грязная FT232RL отказывалась работать до промывки.
Также отмывка плат обязательна перед нанесением лака, да и просто с ними гораздо приятнее работать, если они не мажутся.
Чем промывать
В зависимости от возможностей можно промывать платы растворителем, ацетоном, бензином или спиртом. Однако производители компонентов ориентируются на компонентов ориентируются на спирто-бензиновую смесь. Использование других растворителей может привести к стиранию маркировки компонентов и даже их порче. Например, корпуса пьезоизлучателей растворяются ацетоном.
Мы для отмывки печатных плат используем спирт. При большом желании его можно купить у частных лиц через социальные сети по цене около 30 долларов за 5 литров.
Также для промывки желательно использовать дистиллированную воду, которую можно купить в аптеке или автомагазине. В аптеке она стоит около 60ти рублей, в автомагазине раза в два дешевле.
Из технологического оборудования желательно иметь ультразвуковую ванну, которая обеспечивает механическое воздействие и подогрев для ускорения растворения. Мы приобрели вот такую УЗ-ванну QICK 218-35:
Еще потребуются емкости для воды, кисть или зубная щетка.
Ванночка для промывки
Как промывать
Для начала помещаем отмываемые платы в спирт в ультразвуковую ванну. В одном и том же растворе можно промыть достаточно много плат — его чистота значения не имеет, важно только растворяющая способность.
Ультразвуковые ванны имеют заранее настроенный период работы, то есть после включения она сама проработает какое-то время и отключится. Если нет ультразвуковой ванны — можно закрыть в герметичной емкости и потрясти в течении некоторого времени.
Платы в ультразвуковой ванне
После завершения цикла отмывки необходимо быстро (пока платы не высохли) переместить платы под проточную воду. Под проточной водой хорошо промыть при помощи кисточки или зубной щетки. Если этого не сделать, то остатки грязного спирта с примесями засохнут и осядут на поверхности платы.
Воду из под крана тоже лучше смыть и для этого и понадобится дистиллированная вода. Если высушить водопроводную поду на плате остаются заметные разводы. Дистиллированная вода же не оставляет после себя никаких следов. Вот несколько снимков плат после сушки:
- При использовании ЛВЖ в ультразвуковой ванне под крышкой во время работы образуются концентрированные горючие пары! Эти пары могут воспламениться от разряда статического электричества. Лучший способ защиты — не использовать горючие жидкости. Если вы все-таки используете спирт для промывке, то надевайте браслет и соблюдайте правила пожарной безопасности.
- Некоторые компоненты боятся ультразвука! Изделия с военной приемкой вообще запрещено отмывать ультразвуком. Для потребительской электроники допустима отмывка ультразвуком с последующей проверкой работоспособности. Хотя если не увлекаться мощностью и временем риск повреждения достаточно мал. Все свои изделия мы проверяем до промывки и после и не разу не замечали проблем на этом этапе.
Очень интересные статьи о промывке ультразвуком можно найти в журнале «Поверхностный монтаж»: раз и два.
Источник
Технология очистки печатных плат
Не секрет, что качество и надежность любого изделия — одни из его важнейших характеристик. Не исключение и электроника, особенно ответственного назначения, в которой цена ошибки может быть очень высокой. На надежность электронных изделий влияет очень много факторов, и среди них — чистота поверхности.
Не секрет, что качество и надежность любого изделия — одни из его важнейших характеристик. Не исключение и электроника, особенно ответственного назначения, в которой цена ошибки может быть очень высокой. На надежность электронных изделий влияет очень много факторов, и среди них — чистота поверхности [1, 2]. Она необходима в первую очередь для того, чтобы на поверхности печатной платы не осталось химических веществ, способных диссоциировать на ионы и, следовательно, проводить электрический ток.
Чистота поверхности важна и для того, чтобы поверхность имела плохую смачиваемость водой, а адгезия влагозащищённого покрытия к поверхности изделия была максимальной. Иногда существует необходимость в очистке печатных плат перед монтажом. Это особенно актуально в тех случаях, когда на заводе-изготовителе на печатную плату наносится консервационное покрытие, а также когда необходимо смыть пятна смазок, мелких частичек диэлектрика, оставшихся после механических операций, и обезжирить контактные площадки для лучшего растекания припоя.
Так как основными загрязнениями, возникающими в процессе пайки, являются флюсовые остатки, а также продукты реакции окислов с этими флюсами, то выбор отмывочной жидкости будет зависеть в первую очередь от типа используемого флюса . Очевидно, что водосмываемые флюсы следует смывать водой с добавлением обезжиривающего агента, а флюсы на основе канифоли — такой жидкостью, которая способна растворить канифоль.
Исторически канифольные флюсы смывались спиртобензиновой смесью, так как канифоль неплохо растворяется в спирте, а неполярные жировые и масляные загрязнения хорошо растворяются в бензине. Данная композиция является неплохим выбором, но только в том случае, если для монтажа используются флюсы типа R или RMA, не содержащие нерастворимых в спирте активаторов. Также стоит отметить, что эта композиция химически не взаимодействует с флюсом и его остатками, а лишь растворяет их, что очень быстро истощает ее. Еще одним недостатком спиртобензиновой смеси является то, что она легковоспламеняема, а следовательно, требует особой осторожности при работе.
В последнее время очень часто для отмывки печатных плат применяются средства на водной основе. Они представляют собой водный раствор реагентов, химически взаимодействующих с канифолью и переводящих ее в водорастворимое состояние. Такие растворы будут отмывать гораздо дольше, чем спиртобензиновая смесь. Их можно использовать при нагревании и в автоматизированном оборудовании, но необходимо постоянно следить за концентрацией активного вещества.
Еще один важный недостаток таких жидкостей в том, что они имеют сильно щелочную реакцию среды и взаимодействуют с оловом, всегда присутствующем в припое. В результате внешний вид паек становится матовым из-за образования на их поверхности гидроксидов олова.
Отмывочные жидкости на основе MPC-технологии не лишены тех же недостатков, но имеют ряд неоспоримых преимуществ — это более долгий срок жизни в ванне и высокая отмывочная способность.
На взгляд авторов, наиболее эффективны для отмывки печатных плат жидкости на основе органических растворителей, способных растворять канифоль, с добавлением алканоламинов, химически взаимодействующих с канифолью и активаторами флюсов. Такие жидкости смывают остатки практически любых флюсов, кроме некоторых синтетических. Они имеют высокую точку вспышки и могут применяться в автоматизированном оборудовании (кроме установок струйной отмывки распылением), у них длительный срок жизни в ванне, они не вызывают помутнения паек, не требуется аналитический контроль концентрации активного вещества, они смываются водой, и при их использовании достигается очень высокая чистота поверхности.
Их основным недостатком является неустойчивость ряда маркировочных красок и эмали элементов к этой жидкости. Но, необходимо отметить, что практически вся импортная элементная база выдерживает отмывку в таких растворителях. До недавнего времени на российском рынке присутствовала только одна фирма, производящая жидкость такого типа, — это компания Zestron с ее линейкой одноименных продуктов. Наиболее распространенный из них — Zestron FA+.
Совсем недавно на рынке появилась аналогичная жидкость российского производства — Аквен -12. Эта жидкость при вдвое меньшей стоимости (по сравнению с Zestron FA+) имеет все преимущества отмывочной жидкости такого типа.
После того как мы разобрались со всеми типами жидкостей, применяемых для отмывки печатных плат и сборок, рассмотрим типичные технологические процессы отмывки. Начнем с отмывки в ультразвуковой ванне. Данный процесс реализуется в ряде последовательно расположенных ванн, между которыми корзина с отмываемыми модулями перемещается либо вручную оператором, либо с помощью тельфера. В первой ванне находится отмывочная жидкость (при использовании концентрата — водный раствор отмывочной жидкости), нагретая до рабочей температуры.
Как правило, температура отмывочной жидкости находится в интервале 40–55 °C. Необходимо помнить, что процесс омыления флюса — это химическая реакция, а скорость любой химической реакции при увеличении температуры на 10 °C возрастает в 2–4 раза. Также температура оказывает влияние на растворимость загрязнений в отмывочной жидкости: при увеличении температуры растворимость возрастает. То есть чем выше температура, тем быстрее и полнее очищаются модули. Но поднимать температуру выше 60 °C не рекомендуется, так как при дальнейшем ее увеличении могут начаться процессы растворения не до конца полимеризованной смолы из печатной платы, маски и нарушение герметичности корпусов некоторых микросхем.
Время отмывки в ультразвуке, как правило, составляет от 2 до 15 минут в зависимости от типа и количества загрязнений. Следует помнить, что ультразвук может повреждать некоторые компоненты (подробно эта проблема рассмотрена в статьях [3, 4]), поэтому чувствительные компоненты необходимо либо доустанавливать после основной отмывки, либо модули, содержащие такие компоненты, должны отмываться другими методами (вручную, в струйном оборудовании, очистка в парах растворителя и т. д.).
Как правило, после ультразвуковой отмывки идет стадия ополаскивания в отмывочной жидкости. Иногда эта операция осуществляется в той же ванне после выключения ультразвука, в другом случае для этого имеется отдельная ванна. Ополаскивание осуществляется при той же температуре, что и отмывка, и при перемешивании. Перемешивание раствора достигается либо пузырьками воздуха (барботаж), либо нагнетаемыми струями жидкости (jet). Эта операция необходима для того, чтобы частички загрязнений, оторванные от поверхности ультразвуком, были смыты движущейся жидкостью, а также чтобы снять диффузионные ограничения растворения флюсовых остатков. Время ополаскивания отмывочной жидкостью, как правило, составляет 2–10 минут.
Следующая операция — это ополаскивание в чистом растворителе. В зависимости от технологии этим растворителем может быть вода, спирт, чистая отмывочная жидкость (при использовании жидкостей с нейтральным pH). Очень хорошо, если на этой стадии используется теплая вода (или растворитель), так как при нагреве уменьшается поверхностное натяжение жидкости, и она легче вымывает оставшиеся загрязнения и отмывочную жидкость из-под низкосидящих компонентов.
Заключительный этап этой технологии — финишное ополаскивание. В водной и полуводной технологии оно осуществляется в деионизованной воде с сопротивлением не менее 1 МОм. После этого следует сушка для удаления воды или растворителя. Хотим обратить особое внимание на операцию сушки, так как необходимо удалить жидкость не только с поверхности, но и из-под низкосидящих компонентов, из отверстий и даже из капилляров и пор, всегда присутствующих в стеклотекстолите.
Еще одна распространенная технология очистки печатных плат — отмывка струями жидкости (спрей-технология). Она применима только для водных растворов отмывочных жидкостей. В этом случае нагретый до 40–50 °C раствор распыляется через форсунки на отмываемую плату. Для того чтобы не было теневых зон, в которые не может попасть отмывочная жидкость, форсунки могут вращаться или же могут перемещаться корзины с платами. Расход отмывочной жидкости в этой технологии очень небольшой, и, как правило, весь цикл отмывки осуществляется в одной камере автоматически, то есть работа оператора заключается только в загрузке и выгрузке модулей из установки.
Время струйной отмывки, как правило, больше, чем время ультразвуковой, так как ее эффективность несколько меньше, и составляет 5–15 минут. После чего из камеры насосом откачивается отмывочная жидкость и подается вода для ополаскивания. Время ополаскивания — 5–15 минут. Очень хорошо, если вода будет подогрета. Во многих автоматизированных установках струйной отмывки присутствует еще и финишное ополаскивание деионизованной водой. Время ополаскивания — 2–5 минут, и затем сушка.
Еще одна технология — это очистка в парах растворителя. Для такой очистки необходимо специальное, достаточно сложное оборудование и специальные жидкости. Их особенностью является то, что это либо индивидуальные растворители, либо азеотропные смеси (нераздельно кипящие). Сущность технологии заключается в том, что отмывочная жидкость находится под камерой очистки в открытом нагреваемом баке.
При нагреве до температуры кипения жидкости (в большинстве случаев процесс ведется под вакуумом, и температура кипения растворителя невысока, в некоторых случаях не требуется и нагрев) она начинает интенсивно испаряться, и в камере очистки создается насыщенный пар растворителя. Пары конденсируются на поверхности модулей и растворяют загрязнения, а затем стекают обратно в бак с растворителем. Так как в парогазовую фазу переходит только чистый растворитель, то процесс все время происходит в чистом растворителе, а все загрязнения остаются в баке.
Преимущества данной технологии: всегда чистый растворитель, отсутствие контакта персонала с парами растворителя, высокая проникающая способность молекул пара под низкосидящие элементы и, как следствие, высокий уровень чистоты. Недостатки — сложное дорогостоящее оборудование и специальные растворители.
На данный момент существует большое количество различных отмывочных жидкостей , но чтобы правильно выбрать подходящую именно вам, необходимо понимать возможности имеющегося у вас или покупаемого оборудования и требуемую чистоту поверхности.
Источник
