Каталог
Галерея
О нас
Контакты
Доставка
Оплата
Статьи
Корзина
Отзывы
Новинки
Миссия
Статья | Аквен - технологии

При перепечатке ссылка на источник обязательна!

Размышления об отмывке водосмываемых материалов.

Кузнецова Татьяна, к.х.н. (T.V.Kouznetsova@gmail.com)



К теме водосмываемых материалов я уже однажды обращалась в статье «Такие разные водосмываемые материалы», опубликованной в журнале «Технологии в электронной промышленности» №2 за 2011 год [1]. Но сейчас я хочу остановится на аспекте, упущенном при написании предыдущей статьи, но тем не менее вызывающем много вопросов.

У меня часто спрашивают надо ли отмывать водосмываемые материалы в чистой воде или же нужно что-то в воду добавлять.

И сейчас я постараюсь объяснить свое мнение по этому вопросу, в первую очередь, опираясь на руководство IPC-AC-62A Водная отмывка после пайки [2] и собственный опыт.

Итак, как я писала в [1], в большинстве своем водосмываемые материалы, как правило, содержат кислоты, удаляющие окислы по реакции:

MeO + 2RCOOH = Me(RCOO)2 + H2O (Me = олово, свинец, медь; RCOOH – карбоновая кислота),

Или амины, реагирующие с окислами с образованием аминокомплексов:

MeO + xR-NH2*HY = [Me(RNH2)x]Y2 + H2O (Me = олово, свинец, медь; R-NH2 – органический амин; Y- = гидроксидный или галогенидный ион).

Или аминокислоты, которые могут реагировать как по первой, так и по второй схеме;)

А также в таких материалах содержатся:

  1. Структурообразующий полимер

  2. Реологические добавки

  3. Пластификаторы

  4. Смачивающие добавки

  5. Добавки, обеспечивающие термостойкость и малую летучесть растворителя

  6. Прочие добавки, обеспечивающие комплекс свойств, присущих данной пасте

Следовательно, все эти компоненты нам требуется смывать. Безусловно, производитель позаботился о том, чтобы все эти компоненты смывались, иначе материал не был бы водосмываемым, но в наших силах еще немного помочь в отмывке этих материалов только уже не «изнутри» пасты, а снаружи!

Каким образом? Да самым простым – смывать их не в воде, а в водном растворе отмывочных жидкостей – примерно 2-3% . Дело в том, что такие жидкости содержат щелочной омыляющий компонент, вступающий в реакцию нейтрализации с кислотами, смачивающие добавки, ингибиторы коррозии, пеногасители и гидротропные добавки (добавки увеличивающие растворимость в воде малорастворимых в ней веществ). Именно то, что требуется для улучшения растворения водосмываемых паст или флюсов, что позволит сократить время отмывки, гарантировать смывание всех кислот, а также обеспечить обезжиривание платы, на которой могут быть отпечатки пальцев и остатки от обращения во время технологических операций. Типичная способность к отмывке различных загрязнений приведена в таблице 1. Также добавки будут полезны если у нас есть узкие зазоры между платой и компонентами, так как вода без добавок из-за высокого поверхностного натяжения не может проникнуть в узкий зазор. Для того, чтобы обеспечить затекание в зазор и вообще эффективное смачивание поверхности раствором отмывочная среда должна иметь поверхностное натяжение ниже, чем у отмываемых изделий. Чистая вода имеет высокое поверхностное натяжение, примерно 72 дин/см. Для сравнения для большинства органических растворителей и водных растворов оно находится в диапазоне 16-36 дин/см. Поверхностное натяжение типичной поверхности составляет 30-70 дин/см для пластиков и свыше тысячи для керамики и стекла [2].

Также хочется отметить, что часто активная полярная часть загрязнений может быть «спрятана» (специально, чтобы продлить время между пайкой или отмывкой или случайно в результате нахождения на плате иных загрязнений кроме остатков паяльных материалов, а также того факта, что многие продукты реакций флюса с окислами являются водонерастворимыми) в гидрофобную пленку - хорошим примером такой «игры в прятки» являются отпечатки пальцев, где соли и иногда аминокислоты покрываются пленкой кожного сала. Так как вода не может смачивать такие остатки и растворять масляную пленку, необходимо использовать добавки, для удаления масляной пленки, чтобы позволить растворится спрятанным внутри этой пленки полярным материалам [2].

Вторым вариантом существенно облегчить смывание водосмываемых материалов является повышение температуры (следует иметь в виду, что увеличение температуры помогает не всегда, например, некоторые из аминокислот, применяемых в водорастворимых флюсах имеют при 60°С меньшую растворимость, чем при комнатной температуре, поэтому прежде чем сильно увеличить температуру процесса, посмотрите техническое описание на материалы) и использование ультразвука и других видов агитации. Часто можно видеть в описаниях, что материал смывается деионизованной водой при температуре выше 60°С. Правда надо отметить, что ни ультразвук, ни нагревание обезжирить изделие не помогут и если нам требуется после отмывки нанести влагозащитное покрытие, то использование при отмывки растворов отмывочных жидкостей становится едва ли не обязательным.

И еще хочется добавить цитату из стандарта IPC: «Для сборок признак визуальной чистоты удовлетворителен по косметическому критерию, но не удовлетворителен, чтобы гарантировать работоспособность» [2]. Это в первую очередь относится к отмывке активных материалов!!! Поэтому очень важно проводить мониторинг процесса с использованием таких материалов как Зестрон-флюс тест (качественно) [3] и тест на сопротивление водно-спиртового экстракта по  по IPC-TM-650, 2.3.25 (количественно) [4].

Еще не могу не упомянуть важный момент, что во многих водорастворимых материалах содержатся неионные полярные загрязнения. Они растворяются в воде без изменения ее проводимости. Типичным бытовым примером такого вещества является сахар. А в паяльных водосмываемых материалах такие вещества используются в качестве структурообразующих полимеров и большинства пластификаторов и реалогических добавок. Их наличие невозможно определить визуально и тестами типа тестов на остатки активаторов [3] и тестом на ионную чистоту[4]. Так может и не страшно спросите Вы? Может и не страшно, конечно, но адгезию влагозащитного покрытия эти остатки будут ослаблять, будут они и создавать на поверхности печатного узла гигроскопичную пленку, всасывающую в себя воду.  За счет разности концентраций таких остатков на поверхности покрытия и под ним возникнет осмотическое давление и начнет под влагозащитное покрытие всасываться вода, что в свою очередь будет провоцировать процесс отслоения пленки влагозащитного покрытия. Подводя итог, хочу сказать, что для эффективной отмывки таких надо помнить, что добавки к воде, увеличение температуры отмывки, времени цикла и механическое воздействие будут увеличивать эффективность удаления этих остатков.

Помимо вышесказанного, есть еще вот какой нюанс – часть материалов на водной основе априори являются не водосмываемыми, а смываемыми водными растворами отмывочных жидкостей. Их растворимость в воде до пайки, не говорит о растворимости после нее, поэтому обязательно надо смотреть рекомендации производителя по удалению остатков, и ориентироваться на собственный опыт смывания таких материалов, (к сожалению, фраза поставщика о водосмываемости таких материалов иногда является следствием неправильного перевода TDS на материал).
Если вдруг на Вашем предприятии ну никак не получается смыть такую «водосмываемую» пасту водой, на помощь опять таки придут водные растворы отмывочных жидкостей.
Концентрации порядка 3-5% Вам будет достаточно. Как правило, легкого смывания водой нет у материалов, которые обеспечивают длительный промежуток между пайкой и отмывкой ибо там, целенаправленно создаются негигроскопичные остатки, дабы исключить диссоциацию активаторов и коррозионное воздействие остатков материалов на печатный узел.

Хочется отметить, что после отмывки в растворе отмывочной жидкости требуется обязательно смыть остатки этой жидкости! Смывать естественно надо чистой водой, желательно деионизованной. Если цель первичной очистки – перевести в раствор загрязнения, то цель ополаскивания – заместить этот раствор чистой водой, такой которая не будет содержать ионов. Кстати, тут уместно добавить, что так как вода, даже деионизованная на изделии явно не нужна требуется еще один процесс – сушка. Его цель полное удаление воды из изделия.

Кстати, а почему же вода то должна быть деионизованной?
В первую очередь потому, что деионизованная вода не проводит электрический ток. А значит полное замещение всех ионогенных загрязнений чистой водой – гарантия того, что на поверхности изделия не пойдут электрохимические реакции, последствия которых могут быть крайне плачевными, например рост металлических дендритов – источник отказа изоляции. 

Также надо помнить, что существуют нерастворимые загрязнения. Они не растворимы ни в воде, ни в органических растворителях, ни растворяются за счет химических реакций, таких как омыление, а также не могут быть эмульгированы. А значит, тут нам не поможет использование хитроумных растворов, повышение температуры и введение перемешивания. Единственный способ удалить такие загрязнения – это сильная механическая агитация - например, сила струи (струя в воздухе), щетки или эффекты ультразвуковой кавитации. (Здесь будет уместно очередной раз напомнить, что ни барботаж, ни струи внутри жидкости механической энергией почти не обладают!)

Типичные нерастворимые остатки по данным [2]:

  • Кремнийсодержащие материалы из песка и грязи

  • Гидролизованная или окисленная канифоль

  • Некоторые продукты реакции флюсов, например, белые осадки

  • Застарелые оксиды, оставшиеся после процессов производства плат и компонентов

  • Силиконовые масла и смазки

  • Стекловолокна из ламинатной маски

  • Кремниевые и глиняные типы наполнителей в паяльных масках (постоянные и водорастворимые маски)

  • Шарики припоя и шлак от пайки

Часть приходится сталкиваться с тем, что для улучшения отмывки водосмываемых материалов пользуются

  1. Средством для мытья посуды Fairy

  2. Таблетками для посудомоечных машин

В принципе так делать можно, но на мой взгляд, не стоит. Почему?
давайте разберемся какую цель преследует отмывка. Как мне видится, главной целью отмывки является обеспечение ионной чистоты (нужна для гарантии работоспособности изделия в течении времени) и высокой адгезии влагозащитного покрытия. В таком случае, применение ионогенных ПАВ, содержащихся в Fairy и хлорида натрия, и также ионогенных ПАВ и абразивных материалов, содержащихся в таблетках для посудомойки не допустимо. Кстати, в аннотации к посудомойке можно прочесть, что в ней нельзя мыть оловянные и медные изделия. Запрет связан с тем, что вещества, содержащиеся в таблетках вызывают коррозию этих металлов, причем это касается не только посуды, но и печатных плат, которые всегда содержат эти металлы.

Ежели единственной целью отмывки является «товарный» внешний вид изделия, то тут возразить нечего. Такая химия дешева и доступна в любом магазине. Но у меня в таких случаях всегда возникает вопрос, а может правильнее просто использовать ноу клин материалы и не мыть вообще? Товарный вид тоже будет, а надежность изделия будет заметно выше.


Таблица 1 Отмывочная среда, типичная способность к отмывке [2].

Удаляемое загрязнения

Вода без добавок

Водный раствор отмывочной жидкости

Водорастворимые флюсы

х

х

Канифольные флюсы

no

x

Суперактивированные флюсы

no

Ноу-клин флюсы

no

Отпечатки пальцев

no

x

Масла, жиры, смазки

no

x(1)

Антиадгезионные смазки

x(2)

x(2)

Водорастворимые маски

x

x

х – удаляет

no – не удаляет

• - зависит от формулы

(1) - за исключением силикона, фторополимеров и фторсиликонов

(2) - за исключением силикона, фторополимеров и фторсиликонов, зависит от формулы

Замечание: малорастворимые и нерастворимые загрязнения могут быть удалены механическим воздействием таким как жесткие струи или, более эффективно, ультразвуковым воздействием.

Очень хочется обратить внимание читателя, использующего водные растворы отмывочных жидкостей, что больше не значит лучше!!! ОБЯЗАТЕЛЬНО следует соблюдать дозировку отмывочной жидкости, указанную производителем! Это требование связано во первых, с эффективностью отмывки, которая максимально эффективна при подобранной и указанной в спецификации концентрации, а во вторых большинство отмывочных жидкостей содержат добавки, увеличение концентрации которых может иметь негативные последствия в виде увеличения pH, высаливания некоторых загрязнений, растворение или подтравливание полимеров, например ПВХ и т.п.!

Резюмируя все вышесказанное, безусловно можно смывать большинство (не все) водосмываемых материалов с применением чистой деионизованной воды без добавок, но тем не менее применение разбавленных растворов отмывочных жидкостей существенно улучшит и облегчит процесс отмывки.

Список литературы:

  1. Кузнецова Т. Такие разные водосмываемые материалы // ТВЭП. 2011. №2

  2. IPC-AC-62, Руководство по водной очистке, 1996

  3. Zestron® Flux Test тест на остатки активаторов http://www.ostec-smt.ru/cat/prod/155.html

  4. IPC-TM-650 Руководство по методам тестирования, тест на ионную чистоту. http://www.ipc.org/TM/2-3_2-3-25-1.pdf

6



Ваше имя:

Комментарий:

Все поля обязательны!
Не трогайте это!

Нет комментариев