Immer wenn elektronische Produkte einen Lötprozess durchlaufen, bleiben stets Flussmittel oder andere Arten von Verunreinigungen auf der Oberfläche von Leiterplatten (Printed Circuit Boards, PCBs) zurück, selbst wenn halogenfreies, nicht zu reinigendes Flussmittel verwendet wird. Nach meiner ErfahrungVertraue „kein Clean“ niemals zu sehrEin Wort: Die Reinigung von Leiterplatten nach dem Oberflächenmontagelöten spielt eine wesentliche Rolle bei der Gewährleistung der Zuverlässigkeit, der elektrischen Funktionen und der Lebensdauer elektronischer Produkte. Dieser Artikel wird die Bedeutung der Reinigung nach dem Oberflächenmontagelöten erörtern und einige gängige Reinigungsverfahren aufzählen.
Bedeutung der Leiterplattenreinigung nach dem Oberflächenmontagelöten
Die folgenden Aspekte können die Bedeutung der Leiterplattenreinigung nach dem Oberflächenmontagelöten vollständig erklären:
• Die Reinigung der Leiterplatte nach dem Löten von SMD-Bauteilen kann das Auftreten elektrischer Defekte verhindern.
Unter allen elektrischen Defekten ist die elektrische Leckage der hervorstechendste und stellt ein wesentliches Element dar, das die langfristige Zuverlässigkeit von Leiterplatten (PCBs) verringert. Diese Art von Defekt wird hauptsächlich durch ionische Verunreinigungen, organische Rückstände und andere haftende Substanzen verursacht, die auf der Oberfläche der Leiterplatten zurückbleiben.
• Die Reinigung der Leiterplatte nach dem Oberflächenmontagelöten kann korrosive Substanzen beseitigen.
Korrosion schädigt Schaltungen und führt dazu, dass Bauteile oder Geräte spröde werden. Korrosive Substanzen können in feuchter Umgebung Strom leiten, was wiederum Kurzschlüsse oder sogar Ausfälle der Leiterplatten verursachen kann. Die Beseitigung korrosiver Substanzen bedeutet in Wirklichkeit, negative Faktoren zu entfernen, die die langfristige Zuverlässigkeit von Leiterplatten beeinträchtigen.
• Die Reinigung der Leiterplatte nach dem Löten von SMD-Bauteilen kann das Erscheinungsbild der Platine deutlich verbessern.
Nach der Oberflächenmontage und dem Löten gereinigte Leiterplatten sehen klar aus, wodurch einige Defekte sichtbar werden und die Inspektion sowie die Fehlersuche, etwa bei Hitzeschäden und Delamination, erleichtert werden.
Quellenanalyse von Schadstoffen
Weiße Verunreinigungen, die nach dem Oberflächenmontagelöten auf der Oberfläche der Leiterplatte zurückbleiben, weisen eine komplexe Zusammensetzung auf. Sie können Flussmittel, Oxide oder Reaktionsprodukte von Flussmittel und Metall sein.Lötstoppmaskeund Leiterplatten-Laminiermaterial. Abgesehen von den oben genannten Substanzen steht die Entstehung weißer Verunreinigungen in Zusammenhang mit anderen Elementen, darunterPCB-Design, SMT-Technik (wie z. B. Reflow-Lötzeit und -temperatur), Temperatur und Luftfeuchtigkeit.
Klassifizierungen von Leiterplattenreinigungsverfahren nach dem Oberflächenmontagelöten
• Manuelle Reinigungsmethode
Die Leiterplatten werden etwa 10 Minuten lang in einer Acetonlösung eingeweicht. Anschließend werden mit einer Handbürste in einer Ethanollösung Verunreinigungen an den Lötstellen entfernt. Danach wird die Leiterplatte entnommen und 3 Minuten lang mit deionisiertem Wasser gespült. Anschließend wird zur Dehydration absoluter Ethylalkohol verwendet. Schließlich wird die Oberfläche der Leiterplatte mit einer Stickstoffpistole getrocknet, bis keine Wasserflecken mehr zu sehen sind.
Während des manuellen Reinigungsprozesses wird Aceton mit höherer Löslichkeit verwendet, um Leiterplatten einzuweichen, wodurch Verunreinigungen effektiv in die Lösung überführt werden können. Anschließend werden die Leiterplatten einer mechanischen Bürstenreinigung unterzogen, indem man sie in Ethylalkohol legt und die detaillierten Flussmittelverunreinigungen abbürstet. Danach muss das organische Lösungsmittel mit Hilfe von deionisiertem Wasser einer Dehydration unterzogen werden. Schließlich wird Stickstoffgas verwendet, um die Leiterplattenoberfläche zu trocknen und die manuelle Reinigung nach dem Oberflächenmontagelöten abzuschließen. Dieser Prozess lässt sich in der folgenden Abbildung zusammenfassen.
• Ultraschallreinigungsmethode
Als Lösungsmittel wird Aceton im Ultraschallreinigungsverfahren verwendet. Zuerst wird die Leiterplatte (PCB) für zehn Minuten in Aceton eingeweicht. Anschließend wird sie in einen Quarzbehälter gegeben, der speziell für absolut reinen Ethylalkohol vorgesehen ist, in dem die Leiterplatte eingeweicht wird. Danach wird die Ultraschallreinigung durchgeführt, nachdem der Quarzbehälter in den Ultraschallreinigungstank gestellt wurde. Die Ultraschallreinigung dauert fünf Minuten bei einer Ultraschallleistung von 240 W. Danach wird der Quarzbehälter nach dem Ausschalten des Ultraschallreinigungsschalters mit einem Korb herausgenommen. Anschließend wird für 5 Minuten mit deionisiertem Wasser gespült und mit absolutem Ethylalkohol eine Dehydration der Leiterplatte durchgeführt. Abschließend wird Stickstoffgas verwendet, um die Oberfläche zu trocknen.
Während des Ultraschallreinigungsprozesses wird die Leiterplatte in ein Ethanolmittel eingelegt, was sich von der manuellen Reinigung unterscheidet. Entsprechend dem Prinzip der Ultraschallschwingung zielt die Ultraschallreinigung darauf ab, Flussmittelrückstände zu entfernen, und die Entwässerung wird mit deionisiertem Wasser durchgeführt. Abschließend erfolgt die Trocknungsphase mit Hilfe von Stickstoffgas. Der gesamte Ablauf der Ultraschallreinigung ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
• Gasphasenreinigungsverfahren
Zuerst wird das Kondensationssystem der Anlage eingeschaltet und 5 bis 10 Minuten betrieben. Anschließend wird das Heizsystem der Anlage eingeschaltet, um das Reinigungsmittel auf Siedetemperatur zu erhitzen. Die Leiterplatte wird in den Reinigungskorb gelegt, der dann in den Siedetank eingesetzt wird. Die Siedezeit beträgt 3 bis 5 Minuten. Danach wird der Korb in die Dampfzone gebracht und 3 bis 5 Minuten dampfgereinigt. Anschließend wird die Oberfläche der Leiterplatte 10 bis 20 Sekunden lang mit Reinigungsmittel besprüht. Danach wird der Korb leicht in den Spültank eingetaucht und dort 1 bis 2 Minuten belassen. Schließlich werden die Bauteile durch Kondensation getrocknet, und der Korb wird nach vollständiger Verflüchtigung des Mittels entnommen.
Wenn die Leiterplatte in den Dampf des heißen Reinigungsmittels eingebracht wird, kondensiert der heiße Dampf auf der im Vergleich relativ kalten Oberfläche der Leiterplatte, wodurch das Fett auf der Oberfläche der Leiterplattenbauteile gelöst wird. Das gelöste Fett wird in das siedende Reinigungsmittel eingetaucht, während sich der Dampf an der um das siedende Reinigungsmittel angeordneten Kondensationsspule sammelt. Der Dampf kehrt in flüssigem Zustand in die Trennkammer zurück, wo er recycelt werden kann, nachdem Wasser abgetrennt und Verunreinigungen herausgefiltert wurden. Das Reinigungsprinzip der Gasphase des Reinigungsmittels ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Vergleich aller Reinigungsmethoden
Durch den Vergleich von manueller Reinigung, Ultraschallreinigung und Gasphasenreinigung von Leiterplatten nach dem Oberflächenmontagelöten anhand der Beobachtung von Leiterbahnen und Oberflächenzustand lässt sich feststellen, dass Flussmittelrückstände durch die Reinigung mit organischen Lösungsmitteln grundlegend und vollständig von der Leiterplattenoberfläche entfernt werden können. Bei der manuellen Reinigung und der Ultraschallreinigung verbleiben jedoch mitunter noch Flussmittelrückstände auf einigen Bereichen der Leiterplatte. Daher ergibt die Gesamtanalyse, dass Reinigungsanlagen mit organischen Lösungsmitteln aufgrund ihrer höheren Zuverlässigkeit, geringeren Toxizität und höheren Sicherheit ausgewählt werden sollten, sodass die Reinigung gründlich erfolgt und bessere Reinigungsergebnisse erzielt werden.
Alles in allem sind die Fähigkeiten in der Elektronikmontage nicht nur auf den Bereich der Fertigungs- und Montagetechnologie beschränkt. Flussmittel in der Elektronik ist jedoch ebenfalls ein unverzichtbarer Aspekt, was das Löten von Leiterplatten und das Löten von PCBs betrifft, und spielt eine wesentliche Rolle bei der Bestimmung der Zuverlässigkeit und Funktionalität der endgültigen Elektronikprodukte.
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