PROCES MYCIA PŁYT (PCB WASHING) ANDRZEJ KROPIDŁOWSKI

Transkrypt

1 PROCES MYCIA PŁYT (PCB WASHING) ANDRZEJ KROPIDŁOWSKI

2 TREŚĆ SZKOLENIA Mycie cel, zasada 5 kroków Technologie mycia rodzaje Środki myjące Myjki rodzaje, budowa, opis pracy Etapy procesu mycia Kontrola procesu Czystość płyt urządzenia pomiarowe Normy akceptacji czystości jonowej płyt Defekty procesowe Standardy Parametry i wymagania procesu

3 SŁOWNIK Myjka typu batch/off-line- myjka poza ciągiem linii, jednokomorowa, ładowana ręcznie Myjka in-line myjka w ciągu linii produkcyjnej, automat SIR (ang.-surface insulation resistance) rezystancja powierzchniowa Przewodność zdolność do przechodzenia prądu elektrycznego przez wodę, wyrażana w µs/cm (mikrosiemens/cm). Im wyższa zawartość minerałów jonowych tym większa przewodność Rezystancja/rezystywność odwrotność przewodności

4 SŁOWNIK DI (ang.-de-ionized water) woda demineralizowana, dejonizowana WS (ang.- water soluble) rozpuszczalne w wodzie ang.-stand-off prześwit szczelina między komponentami np. typu BGA, LGA, flip chip a płytką TH (ang.-temperature/humidity) temperatura, wilgotność

5 SŁOWNIK OA ang- organic active typ aktywnych, organicznych składników RA żywice aktywne RMA żywice średnio aktywne No-clean topniki, których pozostałości mogą pozostać na płycie, nie są korozyjne

6 SŁOWNIK Izolacja chemiczna nie dopuszczenie do przelewania/mieszania się środków myjących do komory płuczącej Środki powierzchniowo czynne (ang.-surfactants) środki chemiczne zmniejszające napięcie powierzchniowe Aktywny środek myjący (ang.-saponifier) środki chemiczne zmieniające aktywne związki organiczne w rozpuszczalne w wodzie mydła

7 CEL PROCESU MYCIA USUNIĘCIE POZOSTAŁOŚCI/ZANIECZYSZCZEŃ POZOSTAŁYCH PO PROCESACH PRODUKCYJNYCH, ZWŁASZCZA LUTOWNICZYCH, GŁÓWNIE PO UŻYCIU TOPNIKÓW OA, AKTYWNYCH I WYSOCE AGRESYWNYCH RYZYKO/MOŻLIWOŚĆ PROBLEMÓW NIEAWODNOŚCIOWYCH ZE STRONY TOPNIKÓW TYPU RA, RMA, NO-CLEAN PRZY BRAKU ICH AKTYWACJI W PROCESIE MYCIE PŁYT JEST ZALECANE JAKO PROCES POPRZEDZAJĄCY LAKIEROWANIE. SIŁY ADHEZJI LAKIERU DO POWIERZCHNI PŁYT ROSNĄ W MIARĘ JEJ CZYSTOŚCI

8 WYMAGANIA CZYSTOŚCI DLA LAKIEROWANIA Czystość jonowa < 0,4 µg NaCl/cm² Napięcie powierzchniowe > 40 mn/m Wolne od pozostałości topników

9 ZANIECZYSZCZENIA - RODZAJE TOPNIKI/FLUXY ŻYWICE AKTYWATORY ORGANICZNE I NIEORGANICZNE SOLE, OLEJE, ODCISKI PALCÓW, KURZ, TŁUSZCZE ROZPUSZCZALNIKI

10 TOPNIKI W PROCESIE MYCIA DUŻA TRUDNOŚĆ W USUNIĘCIU TOPNIKÓW MAŁA WS ŻYWICZNE NO-CLEAN LOW SOLIDS TYPY TOPNIKÓW

11 AKTYWNOŚĆ TOPNIKÓW OA Jeśli pozostałości zostają na płytach przez dłuższy okres czasu (+ brak polimeryzacji), mogą doprowadzić do znacznej degradacji powierzchniowej płyt poprzez zmniejszenie odporności izolacyjnej i siły dielektrycznej Migracja elektrochemiczna i narastanie kryształów/dendrytów może pojawić się wtedy w obecności napięcia, zanieczyszczeń, wilgotności. To prowadzi do ryzyka elektrycznych uszkodzeń i w efekcie do przerwania pracy produktu Dlatego czyszczenie/mycie płyt jest kluczowe dla zapewnienia długotrwałej niezawodności produktów.

12 PROCES MYCIA 5 KROKÓW Cel Wybór środków myjących Wybór sposobu mycia/maszyny Kontrola procesu Testy i weryfikacje

13 PROCES MYCIA CEL Dla zapewnienia niezawodności ryzyko korozji i elektromigracji z powodu zanieczyszczeń jonowych Dla lepszego wyglądu i estetyki produktu białe naloty Dla poprawnego funkcjonowania elektrycznego, zwłaszcza w urządzeniach o wysokiej częstotliwości, np. dla wire bonding Dla lepszej testowalności piny testujące nie mogą się przebić przez warstwę topnika Mechaniczna stabilność produktu poprawa przyczepności lakieru, klejów, uszczelnień

14 PROCES MYCIA CEL dendryty z powodu zanieczyszczeń jonowych

15 PROCES MYCIA WYBÓR ŚRODKÓW MYJĄCYCH Co zastosować? Mycie za pomocą tylko wody DI - dla topników WS Mycie za pomocą wody DI + środki czynne dla topników WS i no-clean Środki czynne najlepsze o ph zasadowym, jednak dla topników WS o ph kwasowym Środki czynne o ph neutralnym obojętne dla komponentów, mniej skuteczne dla topników - EKOLOGICZNE Temperatura mycia C

16 PROCES MYCIA WYBÓR ŚRODKÓW MYJĄCYCH Co zastosować? KONTAKT Z DOSTAWCĄ MYJKI KONTAKT Z DOSTAWCĄ ŚRODKÓW MYJĄCYCH ZAWSZE PRZETESTUJ ŚRODEK MYJĄCY KOMPATYBILNOŚĆ Z POZOSTAŁOŚCIAMI NA PŁYCIE, CZYSTOŚĆ JONOWA KOMPATYBILNOŚĆ KOMPONENTÓW Z PROCESEM MYCIA W PLANOWANYM ŚRODKU MYJĄCYM

17 PROCES MYCIA WYBÓR ŚRODKÓW MYJĄCYCH wymywanie tylko wodą DI pozostają resztki topnika zanieczyszczenia/topnik użycie środka myjącego brak pozostałości

18 PROCES MYCIA ŚRODKI NEUTRALNE 1. Zmiana kompatybilności materiałów i komponentów, np. radiatorów, naklejek, obudów komponentów (kondensatory Al) 2. Cena 3. Wygląd złączy lutowniczych - połysk Przez ich stosowanie możemy uzyskać: 1. Wspaniałą zgodność z myciem dla wrażliwych materiałów komponentów 2. Skuteczne mycie/czyszczenie, choć gorsze niż alkaliczne 3. Redukcję kosztów procesu

19 PROCES MYCIA ŚRODKI NEUTRALNE

20 PROCES MYCIA ŚRODKI NEUTRALNE

21 PROCES MYCIA ŚRODKI NEUTRALNE

22 PROCES MYCIA UWAGI dla większości topników zalecane jest mycie wodą DI oraz środkami myjącymi. użycie samej wody nie usunie pozostałości z powodu jej słabej rozpuszczalności związków organicznych, a grozi pozostawieniem białych nalotów. Te mogą być usunięte jedynie przez środki myjące woda DI środek myjący

23 PROCES MYCIA UWAGI użycie tylko wody DI naraża użytkownika na słabe wymywanie zanieczyszczeń spod komponentów o małym prześwicie stand-off z uwagi na duże napięcie powierzchniowe, ok. 70 dyn/cm (7 10 ⁴ N). Środki myjące mają mniej niż 30 dyn/cm, więc są dwa razy bardziej skuteczne większości topników zalecane jest mycie wodą DI oraz środkami myjącymi. Dotyczy topników RMA, no-clean

24 PROCES MYCIA WYBÓR SPOSOBU MYCIA/MASZYNY Czyszczenie ręczne lub maszynowe Maszynowe typu batch lub liniowe- zależy głównie od wydajności Mycie w zanurzeniu (immersion) Mycie natryskowe w powietrzu (in air) Mycie ultradźwiękowe (woda lub/i rozpuszczalnik)

25 PROCES MYCIA KONTROLA PROCESU Inspekcja wizualna 1-10x, zgodnie z IPC Kontrola parametrów procesu mycia czas, temperatura Ilość defektów SPC

26 PROCES MYCIA TESTY I WERYFIKACJE Testy procesowe i testy kwalifikujące 1. Testy procesowe test czystości jonowej 2. Testy kwalifikujące chromatografia jonowa, badanie SIR (test TH)

27 RODZAJE MASZYN MYJĄCYCH myjki off-line/batch myjka in-line myjka ultradźwiękowa

28 RODZAJE MASZYN MYJĄCYCH MYJKA OFF-LINE kosz załadowczy filtr mechaniczny dysze natryskowe wymiennik jonowy heating Tank for cleaning agent

29 RODZAJE MASZYN MYJĄCYCH PRZEBIEG PROCESU METODA ZANURZENIOWA mycie płukanie I płukanie II suszenie

30 RODZAJE MASZYN MYJĄCYCH MYJKA IN-LINE

31 ETAPY PROCESU MYCIE IN-LINE mycie wstępne mycie izolacja chemiczna płukanie wstępne suszenie III suszenie II suszenie I płukanie finalne

32 RODZAJE MASZYN MYJĄCYCH MYJKA IN-LINE dysze natryskowe Transport poziomy Cykl myjki = cykl linii Ramki transportowe

33 RODZAJE MASZYN MYJĄCYCH KONCEPCJE MYCIA płyty w poziomie maszyny in-line Wada: mało skuteczne pod komponentami typu BGA i innymi o małym stand-off (min 0,4mm) Rozwiązanie mocniejszy natrysk (jet) płyty w pionie natrysk z obu stron maszyny off-line Zalety: 1. bardzo dobrze wymywa zanieczyszczenia spod komponentów BGA 2. lepszy spływ roztworu myjącego

34 PROCES MYCIA PARAMETRY I WYMAGANIAPROCESU 1. Rezystancja wody płuczącej min 2 MΩ, im większa tym lepiej. Wtedy wzrasta zdolność wody do absorpcji dodatkowych jonów pochodzących z płyt. Niska rezystywność może grozić małą skutecznością płukania i pozostawianiem jonów na płytach. Największa wartość dla ultraczystej wody to ok. 18MOhm/cm. 2. Tabela pokazuje wartości typowe dla rodzajów wody

35 PROCES MYCIA PARAMETRY I WYMAGANIAPROCESU Ultraczysta: 18 MΩ-cm = 0,056 μs/cm Typowa woda dejonizowana DI: 10 MΩ-cm = 0,100 μs/cm Po odwróconej osmozie R.O.: 13 KΩ-cm = 75,00 μs/cm Woda kranowa: 1,5 KΩ-cm = 650,00 μs/cm

36 PROCES MYCIA PARAMETRY I WYMAGANIAPROCESU 3. Filtry mechaniczne o odpowiedniej porowatości, 1-5 µm 4. Wymienniki jonowe, złoża aktywnego węgla i żywicy np. MB20/UP6040 wymiana wg zaleceń producenta Średnia częstość wymian złóż od pół do roku 5. Temperatura kąpieli od C większa skuteczność mycia

37 PROCES MYCIA PARAMETRY I WYMAGANIA PROCESU OBIEG WODY woda płucząca przewodność < 10 µs/cm filtr 1 5 µm filtr 5 µm organiczne Wymiennik - aktywny węgiel sole Żywiczny wymiennik jonowy

38 PROCES MYCIA PARAMETRY I WYMAGANIA PROCESU SYSTEMY FILTRACJI wymienniki jonowe

39 PROCES MYCIA KONTROLA PROCESU 1. Sprawdzanie wizualne pod kątem zwłaszcza pozostałości topnika zwrócić uwagę na miejsca trudno dostępne na podstawie IPC A Sprawdzanie czystości jonowej jonograf, omegameter wykres czystości jonowej z jonografu

40 PROCES MYCIA KONTROLA PROCESU 3. Sprawdzanie ph kąpieli 4. Pomiar przewodności/rezystancji wody płuczącej 5. Pomiar koncentracji środka myjącego metoda ręczna (zestaw laboratoryjny) lub miernik Zestron Eye wbudowany w maszynę (pomiar ciągły) 6. Badanie pozostałości wody/suchości pakietów za pomocą sprężonego powietrza

41 PROCES MYCIA KONTROLA PROCESU Pomiar koncentracji środka myjącego metoda ręczna (zestaw laboratoryjny Cleaning Agent Vol. bottom phase (ml) ATRON AC 205 VIGON A 200 VIGON A 201 VIGON A 250 VIGON A 300 VIGON US % 25 % 21 % 24 % 21 % 25 % % 26 % 22 % 25 % 22 % 26 % % 27 % 23.5 % 26 % 23 % 27 % % 28 % 25 % 27 % 24 % 28 % % 29 % 26 % 28.5 % 25.5 % 29 % % 30 % 27 % 30 % 27 % 30 %

42 PROCES MYCIA KONTROLA PRODUKTU Testy kwalifikujące produktów 1. Badanie składu jonowego zanieczyszczeń pozostałych po myciu metoda chromatografii jonowej (ang.-ion chromatography) wg IPC TM Badanie dotyczy najbardziej bromowców, chlorowców, fluorowców. Identyfikuje i mierzy specyficzne jony Mierzy aniony i kationy Mierzy WOC (kwasy organiczne) Dostarcza metod do ewaluacji i kwalifikacji procesu 2. Badanie rezystancji powierzchniowej SIR płyt po myciu zabezpieczenie przed elektromigracją w czasie pracy produktu

43 PROCES MYCIA KONTROLA PROCESU URZĄDZENIA POMIAROWE CZYSTOŚCI PŁYT jonograf omegameter

44 PROCES MYCIA KONTROLA PROCESU NORMY CZYSTOŚCI JONOWEJ Testowanie produktów jest wymagane celem potwierdzenia, że poziom zanieczyszczeń nie przekracza dopuszczalnego limitu 1,56 ug NaCl/cm², czyli 10,06 μg NaCl/cal² (wg IPC- J-STD 001). Dotyczy powierzchni płyt z obu stron Rekomendacja dla klasy 2 IPC, wymaganie dla klasy 3.

45 PROCES MYCIA KONTROLA PROCESU NORMY CZYSTOŚCI JONOWEJ Ionic Residues (Instrument Method) When ionic residue (instrument method) testing is required, assemblies shall be tested in accordance with IPC-TM-650, Method , Detection and Measurement of Ionizable Surface Contaminants. Dynamic Extraction Methods should be performed in compliance with Test Method , item 5. Static Extraction Methods should be performed in compliance with Test Method , item 6. For assemblies soldered with ROL0 or ROL1 fluxes, and tested by Static Extraction Method, contamination shall be less than 1.56 micrograms/cm2 sodium chloride (NaCl) equivalent ionic or ionizable flux residue. When another test method or flux is used, contamination shall not exceed a limit to be established by the Manufacturer or by the User. IPC-TM-650: Ionic Analysis Methodologies Test Method Detection and Measurement of Ionizable Surface Contaminates by Resistivity of Solvent Extract (ROSE) The ROSE test method is used as a process control tool to detect the presence of bulk ionics. The IPC upper limit is set at 10.0 μg/nacl/in² = 1,56 μg/nacl/cm².

46 PROCES MYCIA KONTROLA PROCESU NORMY CZYSTOŚCI JONOWEJ Tabela: w zależności od sprzętu pomiarowego powyższe wartości są przeliczane wg odpowiednich wskaźników i wykazane są one w dwóch ostatnich kolumnach

47 PROCES MYCIA KONTROLA PRODUKTU DEFEKTY uwięzione aktywatory - kwas organiczny warstwa żywicy po lutowaniu pęknięcia po 4 tygodniach testów klimatycznych

48 PROCES MYCIA KONTROLA PRODUKTU DEFEKTY MECHANIZM Mechanizm powstawania defektów: elektrochemiczna migracja formowanie dendrytów upływy prądowe na skutek pozostałości topników Warunki konieczne do zaistnienia defektów: 1. Wystarczająca wilgotność 2. Różnica potencjałów elektrycznych 3. Wolne jony 4. Stopy lutownicze mogące migrować

49 PROCES MYCIA KONTROLA PRODUKTU DEFEKTY INSPEKCJA WIZUALNA ocena rezystancji dielektrycznej upływ prądowy wizualnie czysto elektrycznie zanieczyszczone

50 PROCES MYCIA KONTROLA PRODUKTU DEFEKTY PO NIESKUTECZNYM PROCESIE MYCIA rozpuszczanie migracja jonów formowanie dendrytów

51 PROCES MYCIA KONTROLA PRODUKTU DEFEKTY PO NIESKUTECZNYM PROCESIE MYCIA np. pozostałości topnika zagrożenie dendrytami i elektromigracją

52 PROCES MYCIA KONTROLA PRODUKTU DEFEKTY PO NIESKUTECZNYM PROCESIE MYCIA np. dendryty:

53 PROCES MYCIA STANDARDY IPC-A-610 Acceptability of Electronic Assemblies IPC-J-STD-001 Requirements for Soldered Electrical and Electronic Assemblies IPC-TM-650 Test Methods MIL-PRF General Specification for PWB IPC-SC-60 Post Solder Solvent Cleaning Handbook IPC-AC-62 Aqueous Post Solder Cleaning Handbook IPC-CH-65 Guidelines for Cleaning of Printed Boards and Assemblies IPC-SA-61 Post Solder Semi-Aqueous Cleaning Handbook IPC-T-50 Terms and Definitions for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits IPC-TR-583 An Indepth Look at Ionic Cleanliness Testing IPC User Guide for Cleanliness of Unpopulated Printed Boards

54 PYTANIA? DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ

55 źródło materiałów Zestron, Niemcy PROCESY PRODUKCYJNE