Избегаем теневых зон: вакуум как способ повышения качества струйной отмывки

Отмывка и сушка печатных плат в процессе монтажа – важный этап производства любой электроники. Мельчайшие загрязнения (например, остатками паяльных материалов класса WS) или коррозия на плате, образовавшаяся от невысушенной во­ды, могут привести к нарушению работы схемы. Поэтому плата должна быть идеально очищена и высушена. Однако сложный профиль, создаваемый мелкими компонентами, а также применяемые материалы, требовательные к температуре и другим параметрам, делают процесс очистки сложной задачей. Так, большой проблемой является эффект поверхностного натяжения во­ды. В мелких апертурах, диаметр которых может достигать 0,165 мм, или под низко посаженными компонентами образуются пузырьки воздуха, не пропускающие моющее средство (ТМС) к загрязнениям. Имеются и другие проблемы, о которых речь пойдет ниже.

Для того чтобы эффективно очищать платы и другие изделия со сложным профилем, разработан довольно широкий ряд технологий (рис. 1), которые различаются типами агитации ТМС. Здесь под словом агитация понимается способ привести моющее средство в движение (от лат. agitatio – движение). Каждая из этих технологий имеет как свои преимущества, так и ограничения.

Рис. 1. Основные технологии для очистки сложнопрофильных изделий

Ручная отмывка – самая простая технология, но подходит только для мелкосерийного производства, а ее эффективность сильно зависит от человеческого фактора. Барботаж (подача сжатого воздуха в жидкость, в которую погружена плата) используется для ополаскивания, но редко для отмывки из-за низкой эффективности. Ультразвуковая отмывка отличается высокой эффективностью, но она агрессивна и подойдет не для каждой поверхности. Центрифугирование подходит то­же не всем видам плат: для эффективной очистки в центрифуге высота компонентов на очищаемой поверхности должна увеличиваться к периферии. Есть еще одна относительно новая технология – вакуумная отмывка в модифицированных спиртах. Она очень эффективна, однако это дорогое решение, потому что работать такая установка может только с модифицированными спиртами.

Но сегодня мы рассмотрим технологии струйной отмывки. Как указывает название, струйная отмывка использует струи под напором, которые распыляются из форсунок на платы, помещенные внутрь отмывочной камеры. Если обработка происходит в объеме воздуха, то это технология «струи в воздухе». Она достаточно эффективна, хорошо подходит для ополаскивания, но не допускает применения взрыво? и пожароопасных моющих средств – спирта, бензина, ацетона. Другой вариант струйной отмывки – плату погружают в моющее средство, а потом воздействуют на нее струями. Тогда технология называется «струи в жидкости». Ее преимущество в том, что она позволяет применять для отмывки пожароопасные жидкости.

Однако и в первом, и во втором случае уязвимым местом струйных технологий остается эффект натяжения жидкости, создающий так называемые теневые зо­ны – места, ку­да моющее средство не попадает. Чтобы не оставалось таких зон, вращают форсунки или перемещают корзины с платами, однако, как показывает практика, это не всегда обеспечивает стопроцентный результат. Еще с образованием пузырьков воздуха из-за поверхностного натяжения можно бороться с помощью повышения температуры. Однако для некоторых чувствительных компонентов это нежелательно. Сложности возникают и с сушкой плат после отмывки. Чтобы в дальнейшем не образовалось коррозии на элементах схемы, влага должна быть удалена полностью, для че­го их помещают в сушильные шкафы как перед монтажом, так и после отмывки, где они сушатся на протяжении 8–12 часов, то есть достаточно долго.

При всех сложностях, струйная отмывка востребована и применяется в производстве. Но есть ли решение, способное разрешить указанные проблемы? Решение есть, и особенно приятно, что предложено оно отечественными инженерами. Компания ООО «ПРОТЕХ», специализирующаяся на создании новых технологий для автоматизации, решила использовать для этого вакуум и разработала третий вариант струйной обработки – «струи в вакууме». А ее дочернее предприятие ООО «НПП ПРОТОН», разработчик и производитель высокотехнологичного оборудования для ультразвуковой и струйной отмывки, создало установку «УСОТП?1», где эта технология реализована. Таким образом, это полностью российское решение, не имеющее аналогов в мире.

«УСОТП-1» – это установка для отмывки изделий с помощью технологии «струи в воздухе», а также для их сушки, дополнительно оснащенная системой вакуумирования (рис. 2). Вакуум дает два основных преимущества: во?первых, удаляет воздух из самых мелких углублений, во?вторых, понижает температуру кипения ТМС. В процессе отмывки в камере создается контролируемое разрежение с остаточным давлением до 0,4 атм. Самые мелкие пузырьки воздуха при этом начинают увеличиваться в размерах и наконец покидают углубление, которое занимает моющее средство. Циклическое изменение давления в совокупности с нагревом жидкости позволяет вытянуть воздух из труднодоступных мест и под низко посаженными компонентами изделий, а затем заместить его очищающей жидкостью. Таким образом, теневых зон не остается, все компоненты на плате полностью промываются.

Рис. 2. Установка «УСОТП?1»: а – на выставке ExpoElectronica 2024, б – панель управления с выставленными параметрами

При сушке в камере тоже создается разрежение, которое обеспечивает полное удаление влаги. Кроме то­го, благодаря вакууму процесс сушки происходит при значительно более низких температурах. Так, при остаточном давлении 0,4 атм. кипение начинается при 60 °C, из-за че­го в установке «УСОТП-1» можно обрабатывать да­же платы с чувствительными компонентами, не допускающими высоких температур (рис. 3). Да и в целом процесс сушки занимает меньше времени.

Рис. 3. Размещение печатных плат в корзине установки «УСОТП?1»

Отдельно надо сказать о новом техническом моющем средстве, разработанном для установки «УСОТП?1». Компания «ПРОТЕХ» несколько лет сотрудничает с ООО «ИЗАГРИ ФЛАКС», разработчиком и производителем технологических материалов для пайки и монтажа. В 2022 го­ду бы­ла разработана и прошла испытания новая азеотропная жидкость ОФ?3 на органической основе (рис. 4). В чем ее особенность?

Рис. 4. Отмывочная жидкость ОФ-3 на органической основе для использования в парофазном режиме

Азеотроп – смесь двух или более жидкостей с таким составом, который не меняется при кипении, то есть составы равновесных жидкой и паровой фаз совпадают. Таким образом, воздействие па­ра ОФ?3, которое происходит при более высокой температуре, не менее, а более эффективно, чем воздействие жидкости. При соприкосновении с поверхностью платы пар ОФ?3 омыляет ее и эффективно растворяет загрязнения: остатки флюсов – синтетических канифольных или органических, а также пятна смол, масел, жиров, битума, солей органического и неорганического происхождения – словом, всё, что может остаться после пайки.

Но для использования азеотропной смеси в установке должен быть добавлен специальный паровой режим, при котором будут поддерживаться необходимые температура и давление насыщенного па­ра. В установке «УСОТП?1» такой режим предусмотрен. Создается остаточное разрежение до 0,2 атм., благодаря че­му парообразование азеотропных средств начинается уже при 40 °C, то есть при достаточно низкой температуре, которая позволяет применять данную технологию очистки для теплочувствительных элементов. Добавим, что печатные платы, отмытые жидкостью ОФ?3, соответствуют требованиям военных стандартов.

Все процессы, доступные в установке «УСОТП-1», перечислены в табл. 1.

Таблица 1. Процессы, доступные в установке «УСОТП-1»

Технология «струи в вакууме» – это передовое решение, разработанное российскими инженерами. Она универсальна, потому что позволяет работать как с ТМС на водной основе, предназначенными для струйных машин, так и с модифицированными спиртами. Таким образом, созданная для ее реализации установка «УСОТП?1» подходит для автоматической отмывки не только электронных блоков, печатных узлов и металлических трафаретов, но и прецизионных механических изделий – гироскопов, датчиков, оптических стеков, хирургических инструментов, предметов ювелирного искусства и т. д.

Источник: isup.ru/articles/34/21026/