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Zuverlässige Elektronik bei hoher Temperatur und rauer Umgebung

Leiterplattenreinigung sichert Erfolg
Zuverlässige Elektronik bei hoher Temperatur und rauer Umgebung

Automatisierte Fahrzeuge, militärische Waffensysteme, Satelliten und Defibrillatoren haben eines gemeinsam. Sie werden unter Verwendung von sehr komplexen elektronischen Bauteile und Leiterplatten hergestellt. Die elektronischen Bauteile im Inneren dieser Systeme steuern alles – vom Auslösen der Airbags über die Navigation bis hin zum Herzschlag eines Menschen. Deshalb ist es wichtig, dass solch Elektronik stets fehlerfrei funktioniert. Im Bereich der Medizin- oder Militärtechnik kann die Leistung über Leben und Tod entscheiden. Oft ist diese kritische Elektronik den widrigsten Bedingungen ausgesetzt, z. B. starkem Wind, extremer Hitze und Kälte sowie übermäßigen Vibrationen. Sie muss den strengsten Qualitäts- und Sicherheitsstandards entsprechen und über Jahre oder sogar Jahrzehnte hinweg einwandfrei funktionieren.

» Elizabeth Norwood, leitende Chemikerin bei MicroCare, LLC

Viele dieser hochzuverlässigen Leiterplatten werden zunehmend kleiner und komplexer. Einige bestehen aus mehrschichtigen Komponenten mit geringem oder keinem Abstand wie BGAs, CSPs, MLFs, QFNs und D-Paks. Wieder andere können dicht bestückt sein und enge Abstände zwischen den Komponenten aufweisen, wodurch sie besonders hitzeempfindlich sind. Die zunehmende Komplexität der Leiterplatten, der geringe Abstand und die hohe Dichte führen dazu, dass Probleme wahrscheinlicher werden, wenn die Leiterplatten vor der Montage oder Installation nicht ordnungsgemäß gereinigt werden.

Bei der Herstellung von Leiterplatten für anspruchsvolle Anwendungen entscheiden sich viele Hersteller für bleifreie Lote, die speziell für die Herstellung und Endanwendung bei hohen Temperaturen entwickelt wurden. Bleifreie Lote haben in der Regel eine höhere Schmelztemperatur, weshalb sie sich nicht so leicht verteilen wie bleihaltige Lote. Dies führt zu einer solideren Verbindung und zuverlässigeren Lötstellen, die weniger anfällig für thermische Ermüdung sind. Darüber hinaus erfüllen die meisten bleifreien Lote die Anforderungen der RoHS-Richtlinie. Bei der RoHS handelt es sich um eine EU-Richtlinie, die die Verwendung gefährlicher Stoffe in elektronischen Geräten regelt, um die Umwelt zu schützen. In einigen Fällen schreibt die RoHS-Richtlinie vor, dass bestimmte Elektronikprodukte mit bleifreier Lotpaste herzustellen sind. Bleifreie Lote lassen sich jedoch nur mühsam reinigen, was die Herstellung zuverlässiger Leiterplatten erschwert.

Verunreinigte Leiterplatten sind anfällig für viele Arten von Problemen, darunter elektrochemische Migration, Kurzschlüsse und Dendritenwachstum. Verunreinigungen wirken sich nicht nur auf die Leistung der Leiterplatten aus, sondern können auch andere nachgelagerte Fertigungsprozesse wie die Sichtprüfung oder die Schutzlackierung beeinträchtigen. Daher ist es unerlässlich, Rückstände von bleifreiem Flussmittel zu entfernen.

Bleifreie Verunreinigung und konforme Beschichtung

Rückstände von bleifreiem Flussmittel können die ordnungsgemäße Anhaftung von Schutzbeschichtungen verhindern. Flussmittelrückstände absorbieren Feuchtigkeit und schließen sie auf der Leiterplatte ein. Wenn die Feuchtigkeit auf den Leiterplatten verbleibt, können Verunreinigungen zu Mängeln in der Schutzbeschichtung führen. Ungleichmäßige Beschichtung, kleine Löcher, Krater, Blasen und Fischaugen können auftreten, wenn die eingeschlossene Feuchtigkeit während des Aushärtens der Beschichtung entweicht. Wenn sich die beeinträchtigte Schutzbeschichtung vom Leiterplattensubstrat ablöst, ist die Leiterplatte anfällig für Beschädigungen, insbesondere wenn sie bei hohen Temperaturen und in rauen Umgebungen eingesetzt wird. Korrosive Stoffe, Staub oder Wasser könnten in die Leiterplattenbaugruppe eindringen und so Probleme bei der Signalübertragung oder sogar einen Ausfall der Komponenten verursachen.

Rückstände beseitigen

Weiße Rückstände sind die häufigste Verunreinigung durch bleifreie Flussmittel, dann wenn salzhaltige Aktivatoren in den bleifreien Lotpasten starker Hitze oder anderen Chemikalien ausgesetzt werden. Die Rückstände können empfindliche Schaltkreise korrodieren und das Wachstum von Dendriten begünstigen. Dies kann die Signalübertragung stören oder Rauschen auf der Leiterplatte verursachen, insbesondere bei Hochspannungssystemen. Weiße Rückstände sind eine der hartnäckigsten und am schwierigsten zu entfernenden Leiterplatten-Verunreinigungen.

Bei der Reinigung von Rückständen bleifreier Flussmittel bei hohen Temperaturen während der Leiterplattenherstellung oder beim Selektivlöten wird empfohlen, einen Flussmittelentferner zu verwenden, der speziell für bleifreie Flussmittel entwickelt wurde. Es gibt bestimmte Eigenschaften von Reinigungsflüssigkeiten für solch Flussmittel, die zur Problemlösung beitragen können. Im Folgenden einige Merkmale, auf die zu achten wäre:

Höherer Kb-Wert: Der Kb-Wert einer Reinigungsflüssigkeit bezieht sich auf einen standardisierten internationalen ASTM-Test (American Society for Testing and Materials ), der die relative Stärke einer nichtwässrigen Reinigungsflüssigkeit misst. Dabei wird die Löslichkeit einer ganz bestimmten Art von Verunreinigung, dem so genannten „Kauri-Harz“, gemessen. Die Kb-Werte reichen von 10 bis /=200 oder noch höher (sehr stark).

Bleifreie Reinigungsflüssigkeiten mit niedrigerem Kb-Wert sind in der Regel nicht stark genug, um weiße Rückstände zu lösen. Bei Verwendung von bleifreien Reinigungsflüssigkeiten mit höherem Kb-Wert ist es jedoch unbedingt erforderlich, zunächst eine Test-Leiterplatte zu reinigen. Reinigungsflüssigkeiten mit höherem Kb-Wert können für die Reinigung von Nylon, Epoxidharzen, Polyethylen, Polypropylen und PVC verwendet werden. Sie können jedoch empfindliche Kunststoffe wie Polystyrol und Polycarbonat, weichere Beschichtungen oder andere empfindliche Komponenten auf der Leiterplatte angreifen und beschädigen. Es empfiehlt sich, zunächst eine kleine Testreinigung durchzuführen, bevor man sich an die umfassende Reinigung macht.

Die Testreinigung kann entweder intern durchgeführt oder vom Lieferanten der Reinigungsflüssigkeit übernommen werden. Die meisten Anbieter von Reinigungsflüssigkeiten verfügen über Reinigungslabors und bieten Testreinigungen als zusätzliche Dienstleistung an. Nachdem einige Vorabtests an kleinen Chargen durchgeführt wurden, können Empfehlungen für Flüssigkeiten gegeben werden, mit denen die Sauberkeit der Leiterplatten und die Materialverträglichkeit gewährleistet werden können.

Schnelle Verdampfungsrate: Flussmittelentferner mit einer hohen Verdampfungsrate beschleunigen den Reinigungsprozess, was letztlich den Durchsatz und die Produktionszeiten verbessert. Die Flüssigkeit sollte nicht abgespült werden müssen und schnell trocknen, ohne irgendwelche Rückstände zu hinterlassen.

Nicht brennbar: Um die Sicherheit von Mitarbeiter und Einrichtung zu garantieren, sollte ein nicht brennbarer, bleifreier und daher etwas teurerer Flussmittelentferner gewählt werden. Nicht brennbare Reinigungsflüssigkeiten lassen sich für gewöhnlich leichter in den Reinigungsplan und die Reinigungsprozesse einbinden, da sie von den Beauftragten für Umwelt, Gesundheit und Sicherheit in den Produktionsstätten häufig genehmigt werden.

Geringerer Geruch: Ein geruchsarmer bleifreier Flussmittelentferner ist immer die beste Wahl. Ein geringerer Geruch sorgt für eine angenehmere Arbeitsumgebung und trägt zum Schutz von Arbeitnehmern bei, die auf stärkere chemische Dämpfe empfindlich reagieren könnten.

Vorschriftenkonform: Vor Kauf eines bleifreien Flussmittelentferner sollte man sich vergewissern, dass dieser den lokalen, regionalen und bundesweiten Umweltvorschriften des Standortes entspricht, an dem die Reinigung durchgeführt wird. Beispielsweise sollte in der Europäischen Union die gewählte Reinigungsflüssigkeit neben der RoHS-Richtlinie, die WEEE- und die REACH-Verordnung erfüllen. Bei Reinigungsarbeiten in der USA muss die Flüssigkeit den SNAP-Vorschriften (Significant New Alternatives Policy, US-Programm zur Ermittlung und Bewertung von Ersatzstoffen für ozonabbauende Stoffe) sowie der EPA (Environmental Protection Agency, US-Umweltschutzbehörde) entsprechen.

Entfernung von Leiterplatten-
Verunreinigungen

Neben der effektiven Reinigung von bleifreien Flussmitteln kann nur ein Entferner für bleifreie Flussmittel mit einem höheren Kb-Wert auch andere Verunreinigungen auf Leiterplatten entfernen. Dazu gehören viele Öle, Tinten, Fingerabdrücke, Fette, einfache Oxide und Klebstoffe. So werden mehrere Reinigungsschritte und Kosten gespart.

Um die Reinigungskraft von Entfernern bleifreier Flussmittel zu verbessern, kann ein entsprechendes Reinigungswerkzeug oder ein Spendersystem für Reinigungsflüssigkeiten dazu beitragen, bessere Ergebnisse sowie Umweltprofil zu erzielen. Eine beiliegende Scheuerbürste unterstützt das Flussmittel-Entfernungsspray bei der Entfernung hartnäckiger Verschmutzungen. Der Spender regelt zudem die Menge der abgegebenen Reinigungsflüssigkeit, sodass kein Sprühnebel in die Luft gelangt und die Anwender nicht direkt mit der Flüssigkeit oder Abflüssen in Kontakt kommen.

Langfristige Funktionalität und Zuverlässigkeit

Um die Funktionalität und langfristige Zuverlässigkeit von Leiterplatten zu gewährleisten, die in rauen Umgebungen in der Automobilindustrie, beim Militär, in der Luft- und Raumfahrt oder in der Medizin eingesetzt werden, ist es entscheidend, dass die Leiterplatten komplett frei von Verunreinigungen aus der Herstellung sind.

Durch eine ordnungsgemäße Reinigung vor den Inspektionsverfahren oder der Schutzlackierung können Leiterplattenhersteller potenzielle Probleme wie Kurzschlüsse, zeitweilige Störungen oder einen kompletten Ausfall vermeiden. Eine einfache Reinigung mit einem speziell entwickelten bleifreien Flussmittelentferner kann dazu beitragen, dass die Leiterplatten für ihren anspruchsvollen Einsatz bei hohen Temperaturen und in rauen Umgebungen gerüstet sind.

Für Leiterplatten- und Elektronikhersteller, die Hilfe bei der Reinigung von bleifreien Flussmitteln benötigen, ist es entscheidend, mit einem Anbieter von Reinigungsprodukten zusammenzuarbeiten, der über Know-how verfügt, einschließlich Reinigungsaudits und -versuchen im Labor. Diese können die besten bleifreien Reinigungsflüssigkeiten und -werkzeuge empfehlen, die die Leistungsfähigkeit der Leiterplatten am wirksamsten gewährleisten.

SMTconnect, Stand 4.531

www.microcare.com

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