Reinigen von No-Clean-Lötpastenrückständen bei der SMT-Montage

Hallo Leute,

Es besteht ein großes Interasse am Reinigen von PCBs, die mit No-Clean-Lötpasten montiert wurden. 

Neulich habe ich über dieses Thema mit meinem guten Freund Mike Bixenman von Kyzen diskutiert.

Dr. Ron (DR)

Mike, heute sind viele der bleifreien und bleihaltigen Lötpasten mit der besten Leistung No-Cleans.  Sie wurden entwickelt, um Montageprobleme, wie das Graping und den Head-in-Pillow-Defekt, zu lösen.  Für die überwiegende Mehrheit an Anwendungen stellen geringe Rückstandsmengen von einem No-Clean kein Problem dar.  Manche Monteure wollen jedoch die Leistung von No-Cleans, müssen aber die No-Clean-Rückstände abwaschen, da sie extreme Anforderungen an die Zuverlässigkeit oder Kosmetik haben.  Gibt es Abwaschlösungen für diese Situationen?

Mike Bixenman (MB)

Natürlich!

DR

Können Sie uns ein wenig über diese Abwaschlösungen erzählen?

MB

Beim Entwickeln von Reinigungsmitteln für Elektronikbauteile kommen verschiedene Faktoren in Betracht. Entwurfsfaktoren beinhalten die Beschaffenheit der Rückstände, Hitzeeinwirkung, den Z-Achsenfreiraum der von unten an der Platine befestigten Komponenten, die Materialkompatibilität und Reinigungsgeräte. Übliche Verfahrensziele sehen folgendermaßen aus: das gesamte Flussmittel soll in einem Reinigungszyklus entfernt werden, glänzende Lötverbindungen (keine chemischen Einflüsse auf die Legierung), schnelle Herstellungsgeschwindigkeit, keine Materialauswirkungen auf Label und andere Konstruktionsmaterialien, lange Lebensdauer der chemischen Bäder und niedrige Anwendungskonzentrationen.  

Reinigungslösungen hängen von den Reinigungsgeräten ab. Bei Lösungsmittelsystemen wird eine Reinigungsmittellösung benötigt - mit Eigenschaften wie: Nichtentflammbarkeit, konstant kochende Mischung, und Umweltfreundlichkeit gegenüber Arbeitern und der Natur ist. Für Reinigungsmittellösungen, die mit Wasser abgespült werden benötigt das Reinigungsmittel ein Lösungsmittelgemisch, das mit Wasser abgespült werden kann und das auf den Rückstand und die Reinigungsausrüstung ausgerichtet ist. Bei wässrigen Reinigungsmitteln wird das Reinigungsmittel mit Eigenschaften ausgestattet, damit der Rückstand löslich wird, damit es polar ist, um einen Dipol zu induzieren und/oder um den Rückstand zu oxidieren oder reduzieren, eine niedrige Oberflächenspannung zur Verringerung des Benetzungswinkels aufweisen, Puffer zur Stabilisierung des pH-Werts, Entschäumer, um die Schaumbildung bei hohen Drücken zu vermindern und Inhibitoren, um den Passivierungsbereich auf metallischen Legierungen zu vergrößern.

Die wichtigste Eigenschaft ist die Art des Rückstands. In dem Maße wie die Löttemperaturen und die Dauer der höheren Temperaturen sich erhöhen, müssen das Lötpastenmaterial die Sauerstoffbarriere verbessern und das Ausbrennen des Flussmittels vermeiden. Dies erfordert Rezepturen mit höherem Molekulargewicht. Dadurch kann sich die Art des Rückstands und die benötigte Reinigungslösung zum Entfernen des Rückstands verändern. Andere Faktoren, wie z. B. die Prozessbedingungen, und wie diese Bedingungen die Reinigungsbedingungen zum Entfernen der Rückstände verändern können, müssen in Betracht gezogen werden. Zum Beispiel kann durch eine exzessive Exposition gegenüber Wärme der Flussmittelrückstand polymerisieren und der Rückstand lässt sich dann nicht mehr entfernen. Um diese Faktoren besser verstehen und einplanen zu können, werden die Formulierer bei der Entwicklung von Reinigungsmitteln, die effektiv und in einem breiten Bereich von Lotmaterialrückständen effektiv sind, durch Löslichkeitstests und Anpassen der Reinigungsmittel an den Rückstand unterstützt.

DR

Welche Ausrüstung wird in der Regel benötigt?

MB

Zwei maßgebliche Faktoren müssen für die Reinigung stimmen:

1. Potenzielle Energie des Reinigungsmittels für den Rückstand und

2. Kinetische Energie des Reinigungsapparats zur Abgabe von Reinigungsmittel an den Rückstand, die notwendig ist, um einen Flusskanal zu erzeugen, um den Rückstand schnell abzuführen.  

Der Reinigungsapparat benötigt Energie, um die Reinigungsflüssigkeit über eine Distanz abzugeben und genügend Kraft aufzubringen, um die Flüssigkeiten unter die Z-Achse umzuleiten. Die Kapillarwirkung zum Bewegen der Flüssigkeit in eine enge Lücke wird durch den Flüssigkeitsströmung, Druck infolge des Sprühaufpralls und der Oberflächenspannung erzeugt. Beim Reinigen unter Aufbauten mit geringem Abstand, verbessern Reinigungsmittel, die benetzen (kleine Tröpfchen bilden), die Kapillarwirkung, das Eindringen in den Rückstand und das Benetzen des Rückstands. Die Löslichkeitsrate hängt vom Rückstand, der Temperatur und der Konzentration des zum Lösen des Rückstands erforderlichen Reinigungsmittels ab. Feste Rückstände lassen sich langsamer reinigen und der Rückstand wird in einer konzentrierten Art entfernt (Tunneleffekt) Weiche Rückstände lassen sich schneller reinigen und der Rückstand wird mit einem Channeling-Effekt (Multitunneleffekt) beseitigt.

Die Höhe der Z-Achsenlücke steht in direktem Zusammenhang mit der erforderlichen Energie, um den Rückstand unter Komponenten zu durchdringen und zu entfernen, der erforderlichen Zeit zur Reinigung des Rückstands und der Waschtemperatur.  Ironischerweise erhöht sich bei kleineren Z-Achsenlücken die Kapillarwirkung des Flussmittels zur Unterfüllung der Unterseite der Komponente erhöht. Falls dies geschieht, staut sich der Flussmittelrückstand auf und verschließt die Fließkanäle unter der Komponente. Forschungsergebnisse weisen darauf hin, dass ein kohärenter Hochdruck-Spritzstrahl benötigt wird, da der Energieabfall geringer und die Reinigungsenergie höher ist. Die erforderliche Waschzeit für das Reinigen unter einer 1-2-Mil-Lücke kann im Vergleich mit einer 4-6-Mil-Lücke 4 bis 8 mal länger dauern. Höhere Waschtemperaturen erhöhen den Erweichungseffekt und helfen beim Durchdringen und Entfernen der Rückstands. Unterm Strich führt es dazu, dass die Komponenten kleiner werden, die Höhe der Z-Achsen-Lücke sich verringert und sich die Faktoren zum Reinigen des Rückstands erhöhen. Diese Wirkungen favorisieren ein Reinigungsgerät zum Spritzen in der Luft gegenüber einem Gerät zum Eintauchen.

DR

Wie werden die Reinigungsergebnisse bewertet, damit wir wissen, ob die Platinen tatsächlich sauber sind?

MB

In erster Linie beurteilen wir die Reinigungsleistung über eine Sichtprüfung auf Rückstände nach dem Reinigen. Die meisten Reinigungsprozesse haben beim Entfernen von oberflächlichen Rückstanden von der Baugruppe keine Probleme. Probleme bereiten die Rückstände unter der Unterseite der Komponente. Dies erschwert das Problem, da hauptsächlich durch die Rückstände unter einer bestimmten Komponente die Fehler auftreten. Dieses ortsspezifische Versagen kann das Vertrauen in die bestehenden IPC-Standards verringern, die anionische und kationische Rückstände über die gesamte Platinenoberfläche korrelieren. Beim Entwickeln eines Reinigungsverfahrens verwenden wir daher Testkarten mit von unten an der Platine befestigten Komponenten und beurteilen die Reinigungsleistung an Hand der Flussmittelrückstandsmenge unter diesen Komponenten. Um diesen Wert zu erzielen werden alle Komponenten entfernt und der Oberflächenbereich des Rückstands unter den Komponenten bewertet und statistisch analysiert.

Lassen Sie mich damit enden, dass ich noch erwähne, dass hochdichte Bauelemente, die auf Schaltungsplatten angebracht sind, einen rasanten Fortschritt machen. Der Abstand zwischen den Leitungen war bei traditionellen SMT-Komponenten größer. No-Clean-Rückstände nach dem Löten stellen eine minimale Gefahr für die Zuverlässigkeit dar. Das Informationszeitalter verwöhnt uns, indem wir auf kleineren Räumen eine höhere Funktionalität erwarten Da sich die Baugruppen in ihrer Größe vermindern und sich ihre Funktionalität vergrößert, wird das Reinigen wichtiger.  Ich hoffe, dass die in diesem Interview diskutierten Faktoren über die Überlegungen zur Reinigung einen hilfreichen Einblick in die Entwicklung des Reinigungsprozess geben.

DR

Vielen Dank Mike.  An ihn sollte man sich wenden, um weitere Informationen zum Reinigen von Platinen zu erhalten, die mit No-Clean-Lötpasten gefertigt wurden.

MB

Danke, dass ich meine Meinung mit deinen Lesern teilen durfte.   Ich würde mich freuen, wenn ich jemandem bei den Herausforderungen helfen kann, die beim Reinigen auftreten.  Sie können über mikeb@kyzen.com mit mir Kontakt aufnehmen.

Bis bald!

Dr. Ron 

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