23 Апреля 2018
Автор и должность
Денис Поцелуев, начальник отдела
Отдел
ООО "Остек-Интегра"
Издание
Вектор высоких технологий №2 (37), апрель 2018
Посмотреть в формате pdf

Редко какое производство электроники специального и военного назначения обходится без жестких нормативов и утвержденных стандартов по применению определенной номенклатуры технологических материалов вплоть до конкретных наименований. Особенно это касается конструкционных материалов, таких как влагозащитные покрытия. Наиболее распространенные материалы, используемые для защиты электроники с военной приемкой — всем хорошо знакомые уретаны и эпоксидные смолы: УР-231, ЭП-20, Э-30, ЭП-9114. Использование этих материалов накладывает жесткие требования на соблюдение технологического процесса, включая предварительную качественную отмывку печатного узла. В статье на практическом примере мы рассмотрим, с какими технологическими особенностями можно столкнуться при использовании отечественных влагозащитных покрытий и как можно оптимизировать технологический процесс отмывки электроники.

В рамках ежегодного аудита производства ключевого клиента ГК Остек, одного из ведущих контрактных производителей электроники ответственного и специального назначения, была обозначена новая задача — уйти от применения изопропилового спирта при обезжиривании печатных плат. Отмывка печатных узлов организована на предприятии на очень высоком уровне: после пайки все печатные узлы отмываются в современных установках струйного типа с применением отмывочной жидкости Vigon® A 201. Качество отмывки контролируется согласно критериям стандарта IPC-А-610 «Критерии качества электронных сборок», включая дополнительный выборочный контроль с помощью специализированных наборов на определение остатков активаторов и канифоли — Zestron® Resin Test и Zestron® Flux Test.

Поскольку часть заказов клиента связана с военной приемкой, для защиты ряда изделий от неблагоприятных условий внешней среды необходимо использовать отечественные покрытия, в частности, эпоксидные смолы ЭП-20 и Э-30. И именно на этом этапе возникает проблема — смачивание на печатной плате после струйной отмывки недостаточно для хорошей адгезии отечественных покрытий, поэтому дополнительно приходится вручную обезжиривать печатные узлы изопропиловым спиртом. Несмотря на то, что отмывочная жидкость Vigon® A 201 справляется со своими задачами по удалению остатков флюсов и активаторов на отлично, в существующем техпроцессе невозможно достичь требуемой поверхностной энергии для хорошей адгезии отечественных влагозащитных покрытий.

Факт плохой адгезии обусловлен конечными свойствами отечественных влагозащитных покрытий, а не качеством отмывки в оборудовании. К примеру, современные влагозащитные покрытия HumiSeal, также используемые в производстве, не требуют дополнительных процессов отмывки и обладают достаточной адгезией.

Несмотря на небольшой и нерегулярный объем заказов с использованием эпоксидных смол ЭП-20 и Э-30 для защиты печатных узлов руководство предприятия обозначило задачу по исключению изопропилового спирта в технологии отмывки. Основные причины и связанные с этим неудобства:

  • использование ЛВЖ — необходимость принимать соответствующие меры безопасности, организовывать отдельное помещение для хранения спирта в соответствии с нормами пожаробезопасности;
  • токсичность — резкий запах и жалобы персонала;
  • ручной труд — невозможность автоматизировать процесс обезжиривания, нерациональное использование времени сотрудников.

После анализа информации специалисты Остека предложили клиенту рассмотреть отмывочную жидкость Vigon® N 640 и провести испытания в технологическом испытательном центре Zestron® в г. Ингольштадт, Германия. Vigon® N 640 — рН-нейтральная жидкость на водной основе с технологией МРС, специально разработанная для отмывки печатных узлов. Отличительные особенности этой жидкости — высокая очищающая способность широкого спектра паяльных материалов, а также высокая совместимость с материалами, включая такие металлы, как медь и никель. Основные характеристики Vigon® N 640 приведены в T1.

Таблица 1. Характеристики отмывочной жидкости Vigon® N 640

Параметр

Значение

рекомендуемая концентрация, %

15-25

рекомендуемая температура отмывки, оС

40-60 оС

pH

7,23

Поверхностная энергия, (мН/м) при 25 °C

31,5

Точка вспышки

отсутствует

Температура кипения

>98 °С

Растворимость в воде

полная

Возможность точной оценки состояния загрязненного раствора

да

Технология МРС®

да

План испытаний — сравнить поверхностную энергию трех образцов печатных узлов: необезжиренных; обезжиренных с помощью изопропила; обезжиренных с помощью Vigon® N 640.

Отмывка печатных узлов жидкостью Vigon® N 640 проводилась в установке струйной отмывки (параметры процесса отмывки приведены в T2).

Таблица 2. Параметры процесса отмывки жидкостью Vigon N 640 в струйной установке

Отмывка

Отмывочная жидкость

Vigon N 640

Время отмывки

12 мин

Температура отмывки

60 С

Давление струй

< 3 мбар

Ополаскивание: циклы 1, 2

Жидкость

Деионизованная вода

Время ополаскивания

4 мин

Температура

комнатная

Давление струй

< 3 мбар

Ополаскивание: цикл 3

Время ополаскивания

3 мин

Температура

40 С

Давление струй

< 3 мбар

Сушка

Метод

Сушка горячим воздухом

Время сушки

20 мин

Температура сушки

80 С

Оценка поверхностной энергии проводилась двумя способами:

  • с помощью специальных чернил DYNE PEN;
  • с помощью оборудования для оценки краевого угла смачивания.

Предварительная оценка поверхностной энергии на необезжиренных платах, а также на обезжиренных с помощью изопропила показала неоднородность смачиваемости на разных участках платы. Разница в значениях составляла до 6 мН/м. Это также могло быть причиной плохой или недостаточной адгезии влагозащитных покрытий.

Результаты сравнительной оценки поверхностной энергии печатных плат приведены в T3 — как видно из таблицы, разница в показателях несущественная. Однако дополнительная оценка поверхностной энергии платы, обезжиренной с помощью Vigon® N 640, в разных частях показала, что существенный разброс показателей смачиваемости отсутствует. Меньший разброс показателей по поверхностной энергии способствует уменьшению дефектов при нанесении влагозащитных покрытий.

Таблица 3. Результаты сравнительной оценки поверхностной энергии

Сторона печатной платы

Образец платы

Поверхностная энергия, mN/m

первичная

Необезжиренная

34-40

Обезжиренная изопропилом

34-38

Обезжиренная Vigon N 640

37-39

вторичная

Необезжиренная

36,5

Обезжиренная изопропилом

36,6

Обезжиренная Vigon N 640

37,3

Отчет с результатами испытаний, а также образцы плат были предоставлены заказчику. Платы, обезжиренные с помощью Vigon® N 640, были покрыты эпоксидной смолой ЭП-20 и показали хорошую адгезию влагозащитного покрытия к поверхности печатного узла. По итогам эксперимента руководство предприятия приняло решение о переходе на технологию обезжиривания с применением отмывочной жидкости Vigon® N 640, обозначив следующие преимущества:

  • не требуется хранение и использование ЛВЖ в процессе отмывки;
  • возможность автоматизации процесса обезжиривания в ультразвуковой ванне1;
  • стабильность результатов;
  • экономическая эффективность (снижение трудозатрат; снижение расхода жидкости благодаря возможности фильтрации и технологии МРС).

Номенклатура компании Zestron® включает свыше 70 отмывочных жидкостей для решения самых различных задач. Не потеряться в этом многообразии и сделать правильный выбор помогут специалисты Остека. Накопленный опыт и знания, а также тесное сотрудничество с производителем позволяют качественно и детально анализировать задачи заказчика, оперативно осуществлять обратную связь по всем вопросам, подключать представителей поставщика на любом этапе проекта.

Исследовательская лаборатория Zestron® обладает широкими возможностями и самым современным оборудованием для проведения всесторонних и масштабных исследований в области качества отмывки электроники, а специалисты мирового уровня готовы участвовать в решении задач любого уровня сложности.

Все вопросы по отмывочным жидкостям Zestron® и организации процессов отмывки, а также заявки на проведение испытаний и оценку качества отмывки направляйте на электронную почту materials@ostec-group.ru или по телефону 8(495)788-44-44.


1Vigon® N640 рекомендован к применению в машинах струйного типа с ограниченным или недостаточным перемешиванием моющего раствора в баке. Для использования раствора в УЗВ необходимы испытания