Koncepcja braku czyszczenia
⑴Co to jest brak czyszczenia [3]
Brak czyszczenia odnosi się do stosowania niekorozyjnego topnika o niskiej zawartości substancji stałych w produkcji zespołów elektronicznych, spawania w środowisku gazu obojętnego, a pozostałości na płytce drukowanej po spawaniu są wyjątkowo małe, niekorozyjne i mają wyjątkowo wysoka rezystancja izolacji powierzchniowej (SIR). W normalnych okolicznościach nie jest wymagane czyszczenie, aby spełnić normę czystości jonowej (amerykańska norma wojskowa MIL-P-228809 dzieli poziom zanieczyszczenia jonami na: Poziom 1 ≤ 1,5 ugNaCl/cm2 bez zanieczyszczeń; Poziom 2 ≤ 1,5~5,0 ugNACl/cm2 wysoka jakość; Poziom 3 ≤ 5,0 ~ 10,0 ugNaCl/cm2 spełnia wymagania; Poziom 4 > 10,0 ugNaCl/cm2 nie jest czysty) i może bezpośrednio przejść do następnego procesu. Należy podkreślić, że „bez czyszczenia” i „bez czyszczenia” to dwa zupełnie różne pojęcia. Tak zwany „bez czyszczenia” odnosi się do stosowania tradycyjnego topnika kalafonii (RMA) lub topnika kwasu organicznego w produkcji podzespołów elektronicznych. Chociaż po spawaniu na powierzchni płyty pozostają pewne pozostałości, wymagania jakościowe niektórych produktów można spełnić bez czyszczenia. Na przykład produkty elektroniki użytkowej, profesjonalny sprzęt audiowizualny, tani sprzęt biurowy i inne produkty zwykle nie są „czyszczone” podczas produkcji, ale na pewno nie są „wolne od czyszczenia”.
⑵ Zalety braku czyszczenia
① Poprawa korzyści ekonomicznych: Po wyeliminowaniu czyszczenia najbardziej bezpośrednią korzyścią jest brak konieczności wykonywania prac czyszczących, co pozwala zaoszczędzić dużą ilość pracy związanej z czyszczeniem, sprzętu, miejsca, materiałów (wody, rozpuszczalników) i zużycia energii. Jednocześnie dzięki skróceniu przebiegu procesu oszczędza się godziny pracy i poprawia efektywność produkcji.
② Poprawa jakości produktu: Ze względu na brak technologii czyszczenia wymagana jest ścisła kontrola jakości materiałów, takich jak odporność topnika na korozję (halogenki nie są dozwolone), lutowność komponentów i płytek drukowanych itp. ; w procesie montażu należy zastosować pewne zaawansowane środki procesowe, takie jak natryskiwanie topnika, spawanie w osłonie gazu obojętnego itp. Wdrożenie procesu bez czyszczenia może zapobiec uszkodzeniu elementów spawalniczych na skutek naprężenia czyszczącego, więc nie- clean jest niezwykle korzystny dla poprawy jakości produktu.
③ Korzystne dla ochrony środowiska: Po przyjęciu technologii no-clean można zaprzestać stosowania substancji ODS i znacznie ograniczyć wykorzystanie lotnych związków organicznych (LZO), co pozytywnie wpływa na ochronę warstwy ozonowej.
Wymagania materiałowe
⑴ Strumień nie wymagający czyszczenia
Aby powierzchnia płytki PCB po spawaniu osiągnęła zadany poziom jakości bez konieczności czyszczenia, kluczowy jest dobór topnika. Zazwyczaj na topnik no-clean nakładane są następujące wymagania:
① Niska zawartość substancji stałych: mniej niż 2%
Tradycyjne topniki mają wysoką zawartość części stałych (20-40%), średnią zawartość części stałych (10-15%) i niską zawartość części stałych (5-10%). Po spawaniu tymi topnikami na powierzchni płytki PCB pozostaje mniej lub więcej pozostałości, natomiast zawartość substancji stałych w topniku no-clean musi być mniejsza niż 2% i nie może zawierać kalafonii, zatem na płytce w zasadzie nie ma żadnych pozostałości powierzchnia po spawaniu.
② Niekorozyjny: bezhalogenowy, rezystancja izolacji powierzchniowej> 1,0 × 1011 Ω
Tradycyjny topnik lutowniczy charakteryzuje się dużą zawartością części stałych, które po spawaniu mogą „owinąć” niektóre szkodliwe substancje, odizolować je od kontaktu z powietrzem i utworzyć izolacyjną warstwę ochronną. Jednakże, ze względu na wyjątkowo niską zawartość substancji stałych, topnik lutowniczy typu no-clean nie może utworzyć izolacyjnej warstwy ochronnej. Jeśli na powierzchni płytki pozostanie niewielka ilość szkodliwych składników, spowoduje to poważne niekorzystne konsekwencje, takie jak korozja i wycieki. Dlatego topnik lutowniczy no-clean nie może zawierać składników halogenowych.
Do badania korozyjności topnika lutowniczego zwykle stosuje się następujące metody:
A. Test korozji zwierciadła miedzianego: Zbadaj krótkotrwałą korozję topnika lutowniczego (pasty lutowniczej)
B. Test papierowy do badania chromianu srebra: Zbadaj zawartość halogenków w topniku lutowniczym
C. Test rezystancji izolacji powierzchniowej: Sprawdź rezystancję izolacji powierzchniowej PCB po lutowaniu, aby określić niezawodność długoterminowych parametrów elektrycznych topnika lutowniczego (pasty lutowniczej)
D. Test korozji: Sprawdź korozyjność pozostałości na powierzchni PCB po lutowaniu
mi. Zbadaj stopień zmniejszenia odstępów między przewodnikami na powierzchni PCB po spawaniu
③ Lutowalność: współczynnik rozszerzalności ≥ 80%
Lutowność i korozyjność to para sprzecznych wskaźników. Aby topnik miał pewną zdolność eliminowania tlenków i utrzymywał określony stopień aktywności podczas całego procesu podgrzewania i spawania, musi zawierać pewną ilość kwasu. Najczęściej stosowanym topnikiem no-clean jest seria nierozpuszczalnych w wodzie kwasów octowych, a formuła może zawierać również aminy, amoniak i żywice syntetyczne. Różne formuły będą miały wpływ na jego działanie i niezawodność. Różne firmy mają różne wymagania i wskaźniki kontroli wewnętrznej, ale muszą spełniać wymagania dotyczące wysokiej jakości spawania i niekorozyjnego użytkowania.
Aktywność topnika mierzy się zwykle wartością pH. Wartość pH topnika no-clean należy kontrolować w warunkach technicznych określonych przez produkt (wartość pH każdego producenta jest nieco inna).
④Spełniaj wymagania ochrony środowiska: nietoksyczny, bez silnego drażniącego zapachu, zasadniczo bez zanieczyszczeń środowiska i bezpieczna obsługa.
⑵Płytki drukowane i komponenty nie wymagają czyszczenia
Wdrażając proces spawania no-clean, lutowność i czystość płytki drukowanej i komponentów to kluczowe aspekty, które należy kontrolować. Aby zapewnić lutowność, producent powinien przechowywać go w stałej temperaturze i suchym środowisku oraz ściśle kontrolować jego użycie w efektywnym czasie przechowywania, pod warunkiem, że dostawca ma obowiązek zagwarantować lutowność. Aby zapewnić czystość, podczas procesu produkcyjnego należy ściśle kontrolować środowisko i specyfikacje operacyjne, aby uniknąć zanieczyszczeń spowodowanych przez człowieka, takich jak ślady dłoni, ślady potu, tłuszcz, kurz itp.
Proces spawania bez czyszczenia
Po przyjęciu topnika no-clean, choć proces spawania pozostaje niezmieniony, sposób realizacji i związane z nim parametry procesu muszą zostać dostosowane do specyficznych wymagań technologii no-clean. Główna treść jest następująca:
⑴ Powłoka topnikowa
Aby uzyskać dobry efekt braku czyszczenia, proces powlekania topnikiem musi ściśle kontrolować dwa parametry, a mianowicie zawartość substancji stałych w topniku i ilość powłoki.
Zwykle istnieją trzy sposoby nanoszenia topnika: metoda spieniania, metoda grzbietu fali i metoda natrysku. W procesie no-clean metoda spieniania i metoda grzbietu fali nie są odpowiednie z wielu powodów. Najpierw w otwartym pojemniku umieszcza się topnik metody spieniania i metody grzbietu fali. Ponieważ zawartość rozpuszczalnika w topniku no-clean jest bardzo wysoka, szczególnie łatwo ulega on ulatnieniu, co prowadzi do wzrostu zawartości substancji stałych. Dlatego trudno jest kontrolować skład topnika, aby pozostał niezmieniony metodą ciężaru właściwego podczas procesu produkcyjnego, a duża ilość ulatniania się rozpuszczalnika powoduje również zanieczyszczenie i odpady; po drugie, ponieważ zawartość substancji stałych w topniku no-clean jest wyjątkowo niska, nie sprzyja on pienieniu; po trzecie, podczas powlekania nie można kontrolować ilości stosowanego topnika, a powłoka jest nierówna i często na krawędzi płyty pozostaje nadmiar topnika. Dlatego te dwie metody nie mogą osiągnąć idealnego efektu braku czyszczenia.
Metoda natryskowa jest najnowszą metodą powlekania topnikiem i jest najbardziej odpowiednia do powlekania topnika bez konieczności czyszczenia. Ponieważ topnik jest umieszczony w szczelnie zamkniętym pojemniku pod ciśnieniem, topnik mgły jest rozpylany przez dyszę i powlekany na powierzchni PCB. Można regulować ilość natrysku, stopień rozpylenia i szerokość natrysku opryskiwacza, dzięki czemu można dokładnie kontrolować ilość stosowanego topnika. Ponieważ nałożony topnik ma postać cienkiej warstwy mgły, topnik na powierzchni płyty jest bardzo równomierny, co gwarantuje, że powierzchnia płyty po spawaniu spełnia wymagania dotyczące braku czyszczenia. Jednocześnie, ponieważ topnik jest całkowicie szczelnie zamknięty w pojemniku, nie ma potrzeby uwzględniania ulatniania się rozpuszczalnika i wchłaniania wilgoci z atmosfery. W ten sposób ciężar właściwy (lub skuteczny składnik) topnika może pozostać niezmieniony i nie trzeba go wymieniać przed jego zużyciem. W porównaniu z metodą spieniania i metodą grzbietu fali ilość topnika można zmniejszyć o ponad 60%. Dlatego metoda powlekania natryskowego jest preferowanym procesem powlekania w procesie no-clean.
Stosując proces powlekania natryskowego, należy pamiętać, że ponieważ topnik zawiera więcej łatwopalnych rozpuszczalników, pary rozpuszczalników emitowane podczas natryskiwania niosą ze sobą pewne ryzyko wybuchu, dlatego sprzęt musi być wyposażony w dobre urządzenia wyciągowe i niezbędny sprzęt gaśniczy.
⑵ Rozgrzewanie
Po nałożeniu topnika części spawane wchodzą w proces podgrzewania wstępnego, a część rozpuszczalnika w topniku ulatnia się w wyniku podgrzewania wstępnego w celu zwiększenia aktywności topnika. Jaki jest najodpowiedniejszy zakres temperatury wstępnego podgrzewania po zastosowaniu topnika no-clean?
Praktyka pokazuje, że po zastosowaniu topnika no-clean, jeśli do kontroli nadal stosuje się tradycyjną temperaturę podgrzewania (90±10℃), mogą wystąpić niekorzystne konsekwencje. Głównym powodem jest to, że topnik no-clean to topnik bezhalogenowy o niskiej zawartości części stałych i ogólnie słabej aktywności, a jego aktywator z trudem eliminuje tlenki metali w niskich temperaturach. Wraz ze wzrostem temperatury wstępnego podgrzewania topnik stopniowo zaczyna się aktywować, a gdy temperatura osiągnie 100 ℃, uwalniana jest substancja aktywna, która szybko reaguje z tlenkiem metalu. Ponadto zawartość rozpuszczalnika w topniku no-clean jest dość wysoka (około 97%). Jeśli temperatura wstępnego podgrzewania jest niewystarczająca, rozpuszczalnik nie może całkowicie odparować. Gdy element spawany wejdzie do kąpieli cynowej, w wyniku szybkiego ulatniania się rozpuszczalnika, stopione lutowie będzie rozpryskiwać się i tworzyć kulki lutownicze lub rzeczywista temperatura punktu spawania spadnie, co spowoduje pogorszenie jakości połączeń lutowniczych. Dlatego kontrolowanie temperatury podgrzewania wstępnego w procesie bez czyszczenia jest kolejnym ważnym ogniwem. Zwykle wymagana jest kontrola w górnej granicy tradycyjnych wymagań (100 ℃) lub wyższej (zgodnie z krzywą temperatury wskazaną przez dostawcę), a czas wstępnego podgrzewania powinien być wystarczający do całkowitego odparowania rozpuszczalnika.
⑶ Spawanie
Ze względu na rygorystyczne ograniczenia dotyczące zawartości substancji stałych i korozyjności topnika, jego wydajność lutowania jest nieuchronnie ograniczona. Aby uzyskać dobrą jakość spawania, należy postawić nowe wymagania sprzętowi spawalniczemu – musi on posiadać funkcję ochrony przed gazem obojętnym. Oprócz podjęcia powyższych działań, proces no-clean wymaga również ściślejszej kontroli różnych parametrów procesu spawania, w tym głównie temperatury spawania, czasu spawania, głębokości cynowania PCB i kąta transmisji PCB. W zależności od zastosowania różnych rodzajów topników typu no-clean, należy dostosować różne parametry procesu sprzętu do lutowania na fali, aby uzyskać zadowalające wyniki spawania bez czyszczenia.
