Основные технологии отмывки и их особенности
После того, как мы разобрались со всеми типами жидкостей, применяемых для отмывки печатных плат и сборок, рассмотрим типичные технологические процессы отмывки.
Ультразвуковая ванна
Начнем с отмывки в ультразвуковой ванне. Такой 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 40-55ºС. Необходимо помнить, что процесс омыления флюса – это химическая реакция, а скорость любой химической реакции при увеличении температуры на 10ºС возрастает в 2-4 раза. Также температура оказывает влияние на растворимость загрязнений в отмывочной жидкости – при увеличении температуры растворимость возрастает. Т.е. чем выше температура, тем быстрее и полнее очищаются модули. Но поднимать температуру выше 60ºС не рекомендуется, так как дальше уже могут идти процессы растворения не до конца полимеризованной смолы из печатной платы, маски и нарушение герметичности 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 ряде статей [3, 4]) и чувствительные компоненты необходимо либо доставлять 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 стадия осуществляется в той же ванне после выключения ультразвука, иногда для этого есть 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 нужна для того, чтобы частички загрязений, 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. Заключительным этапом такой технологии является 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, отверстий и даже капилляров и пор, всегда присутствующих в стеклотекстолите.
Отмывка струями в жидкости
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 40-50ºС 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, т.е. работа оператора заключается только в загрузке и выгрузки модулей из установки. Время струйной отмывки, как правило, больше, чем время ультразвуковой, так как ее эффективность несколько меньше и составляет 5-15 минут. После этого из камеры насосом откачивается отмывочная жидкость и подается вода для ополаскивания. Время ополаскивания 5-15 минут. Очень хорошо, если вода будет подогрета. Во многих автоматических установках струйной отмывки присутствует еще и финишное ополаскивание деионизованной водой время 2-5 минут и затем сушка.
Отмывка в парах растворителя
Последняя технология, на которой хотелось бы остановиться в данной статье – это очистка в парах растворителя. Для такой очистки нужно 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 киения растворителя не высока, в некоторых случаях не требуется и нагрев) она начинает интенсивно испарятся и в камере очистки мы имеем 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 с растворителем. Преимущества данной технологии: всегда чистый растворитель. Отсутствие контакта персонала с парами растворителя, высокая проникающая способность молекул пара под низкосидящие элементы и как следствие высокая чистота. Недостатки – сложное дорогостоящее оборудование и специальные растворители.