Отмывка электронных сборок с помощью чистой воды имеет большую историю и активно применяется в настоящее время. В данной статье мы рассмотрим некоторые особенности применения чистой воды для отмывки и ополаскивания.
Прежде всего отметим, что отмывка чистой водой (с возможным добавлением обезжиривающего агента) реализуема только для водосмываемых флюсов, удаляемых с готовой сборки не позднее определенного промежутка времени (как правило, не более 72 часов). При других составах флюса или превышении указанного времени потребуется применение специализированных отмывочных жидкостей.
Процесс водной отмывки относительно прост в реализации, нетоксичен, относительно малозатратен по отношению к используемым материалам. Одним из дополнительных факторов популярности отмывки чистой водой за рубежом является действие жестких нормативных актов на сброс сточных вод и рециркуляцию рабочих растворов.
Для обеспечения качества отмывки имеет значение разделение воды на три класса – водопроводная, дистиллированная и деионизированная. Для окончательной отмывки первые два из них не подходят в принципе – в той или иной степени они неизбежно несут в себе минеральные и органические загрязнения. Некоторые зарубежные эксперты, в частности, не рекомендуют применение водопроводной воды на всех стадиях отмывки, в том числе предварительном, из-за опасения привнесения дополнительных загрязнений. Это тем более опасно, так как за счет капиллярных сил вода может проникать в скрытые полости и тесные промежутки, привнося с собой и загрязнения, откуда их будет затем весьма трудно удалить. Некоторые компании проводят выборочную проверку ионной активности вблизи и внутри таких корпусов, как QFP, и прочих областях, где может оставаться флюс. Это особенно относится к подстроечным компонентам, разъемам и переключателям. Если компонент не должен подвергаться воздействию отмывки, его необходимо защитить от воздействия воды.
Специализированная система водоподготовки для получения ультрачистой (деионизированной) воды
Однако и не любая деионизированная вода подойдет для выполнения качественной отмывки. Основной параметр оценки ее чистоты по отношению к содержанию посторонних ионов – удельное сопротивление. Следует отметить, что системы механической очистки могут обеспечить его значение максимум порядка 50 кОм•м, что явно недостаточно. С помощью систем обратного осмоса можно довести этот показатель до 500 МОм•м, однако рекомендуемое минимальное значение удельного сопротивления воды для отмывки и ополаскивания составляет 1 МОм•м, а для прецизионных производств, в частности, микроэлектронных, доходит до значений 10 – 20 МОм•м. Хотя стандартным значением считается величина 1 – 5 МОм•м, ряд экспертов утверждает, что при значениях удельного сопротивления менее 14 МОм•м существует вероятность наличия после отмывки остаточных минеральных солей, в частности, хлора, которые являются коррозионными агентами. Отметим, однако, что чем выше степень чистоты воды, тем труднее ее поддерживать, так как вода активно поглощает ионные загрязнения, тем выше ее стоимость, затраты на электроэнергию при получении, соответственно присутствует и негативное влияние на производительность. Например, отмечается, что в ультразвуковых ваннах деионизированная вода очень быстро насыщается отмытыми загрязнениями (так, в одной из компаний-производителей, использующей пять 19-литровых ультразвуковых ванн, деионизированную воду необходимо было полностью заменять каждые 60 минут). Жизнеспособное решение здесь, пожалуй, заключается в замкнутой системе очистки, деионизации и рециркуляции отмывочной воды. В зависимости от степени выработки фильтров с ионообменной смолой, вода на выходе таких систем обладает удельным сопротивлением от 1 до 18 МОм•м. По указанным причинам трудно обеспечить рентабельность применения деионизированной воды в настольных системах отмывки. Финальная стадия отмывки – ополаскивание – должно производиться только деионизированной водой соответствующей степени чистоты, в противном случае после сушки растворенные в воде твердые частицы загрязнений неизбежно останутся на плате и компонентах. Подробные рекомендации по чистоте воды для применения в электронике и микроэлектронике можно найти, например, в стандарте ASTM D5127 – 13.
Следует также отметить, что деионизированная вода благодаря своему малому содержанию ионов очень четко выявляет на стадии ополаскивания наличие остатков растворов для удаления флюса, если они применялись ранее в отмывочном цикле. Большинство систем групповой отмывки могут автоматически контролировать проводимость деионизированной воды на стадии ополаскивания и запускать дополнительные циклы при необходимости.
Установки струйной отмывки печатных узлов от остатков флюса и органических загрязнений
Температура воды также имеет существенное значение При ее повышении уменьшается поверхностное натяжение воды, что позволяет ей проникать в малые промежутки, например, под поверхность корпуса компонента с малым зазором. Это поможет, например, на этапе ополаскивания вымыть из подобных мест загрязнения, которые могли снова быть занесены туда на этапе отмывки. Немаловажно также и то, что при росте температуры повышается растворимость органических соединений в воде, т.е. улучшается и ускоряется растворимость остатков водосмываемых флюсов. Ряд экспертов упоминают эмпирическое правило, при котором активность такой воды увеличивается в два раза при каждом подъеме температуры на 10°С. Рекомендуемая различными источниками температура воды для отмывки составляет 40 – 65°С.
Необходимо помнить, что удельная теплота парообразования у воды выше, чем у спиртов и прочих растворителей с низкой температурой кипения. Из этого следует, что для полного испарения воды при сушке потребуется более высокая температура, чем для спиртов и растворителей, что может в отдельных случаях повредить чувствительные к тепловому воздействию компоненты.
Директивы RoHS и WEEE вызвали к жизни множество новых материалов и паяльных сплавов для сборки электроники. Свойства этих материалов могут быть до конца не изучены, а их поведение может отличаться от традиционных припоев. Поэтому необходимо учитывать возможные реакции взаимодействия таких материалов с водой и рассматривать продукты таких реакций в качестве возможных загрязнений. При этом существенно возрастает роль степени чистоты деионизированной воды. Эксперты отмечают, что на практике при значении удельного сопротивления 18 МОм•м не отмечалось никаких повреждений такого широкого набора компонентов, плат и покрытий, как компоненты BGA, QFP, DIP, flip chip, пустые платы с покрытием OSP, сплав олово-свинец, припой SAC с бессвинцовым покрытием HASL, сборки с применением сплава SAC, а также компоненты с облуженными выводами.
При любом качестве используемой воды рекомендуется проводить контроль ионных загрязнений – например, выборочно измеряя изменение проводимости контрольного раствора при погружении в него образца и переводя полученные значения в эквивалент NaCl (мг/с м²). На практике, для современных плотно скомпонованных электронных сборок пороговое значение составляет 0,2 мг/с м² NaCl.
Список источников
-
Can Water be Harmful to Electronics Components? Expert's Panel Responses.
http://www.ipcoutlook.org/mart/53314D.shtml -
Hot or Cold DI Water Rinse? Expert's Panel Responses.
http://www.ipcoutlook.org/mart/50588D.shtml -
ASTM D5127 — 13 Standard Guide for Ultra-Pure Water Used in the Electronics and Semiconductor Industries.
http://www.astm.org/Standards/D5127.htm -
Pure water, semiconductors and the recession / Global Water Intelligence, Vol 10, Issue 10, October 2009.
http://www.globalwaterintel.com/archi/10/market-insight/pure-water-semiconductors-and-the-recession.... -
Osmonics Pure Water Handbook.
http://dwb4.unl.edu/chem/chem869a/chem869amats/purewater/pwh-s.pdf