FEHLDRUCKREINIGUNG
EINFÜHRUNG
Befragte Monteure berichten, dass die Reinigung fehlerhaft gedruckter Schaltkreisbaugruppen eine Produktionslücke darstellt, die nicht ausreichend behoben wurde. Traditionell setzt die Industrie Schablonenreinigungsmittel und -geräte ein, um diesen Nacharbeitsbedarf zu decken. Einer der Vorteile der Reinigung fehlerhaft gedruckter Baugruppen mit dem Schablonenreinigungsprozess ist die Möglichkeit, nasse Lotpaste zu sammeln und zu filtern. Der größte Nachteil bei der Reinigung von Fehldrucken bei Schablonenreinigungsprozessen ist die Unfähigkeit, B-seitige Reflow-Flussmittelrückstände sowohl von der Oberfläche als auch von Bauteilen unter den unteren Anschlüssen zu entfernen.
NACHARBEITUNG/REINIGUNG FEHLGEDRUCKTER BAUGRUPPEN
Der Schablonendruck ist ein hochautomatisierter Prozess. Beim Einrichten der Maschine wird eine kleine Gruppe von Platinen falsch bedruckt. Beim Schablonendruck in der Produktion kommt es aufgrund verstopfter Öffnungen, falsch ausgerichteter Schablonen, Rheologieverschiebungen der Lotpaste und anderer Probleme regelmäßig zu Fehlbedruckungen auf Leiterplatten. Schablonenfehldrucke werden als A-Seite (erster Druck nicht richtig ausgerichtet, ohne zuvor platzierte Komponenten) und B-Seite (A-Seite wurde erfolgreich gedruckt und Komponenten platziert und gelötet) definiert. Der anschließende Prozess des Druckens der B-Seite führt zum Lot (die Paste ist nicht richtig ausgerichtet, was zu einem Fehldruck auf der B-Seite führt).
Fehldrucke auf Leiterplatten sind ein kostspieliges Problem, für das es keine einfache Nacharbeitsmethode gibt. Produktionsreinigungsverfahren werden normalerweise nicht zur Reinigung von Fehldruckbaugruppen eingesetzt. Mögliche Qualitätsprobleme wie:
- Lotkugeln sammeln sich im Waschtank und werden zurück auf die Baugruppe übertragen
- Lotkugeln wandern in die Spülströme und führen zu gefährlichen Abfällen aus Metallen in den Wasch- und Spülbehältern
Diese Komplexität beeinträchtigt möglicherweise die Wiederholbarkeits- und Zuverlässigkeitsstandards. Aufgrund dieser komplexen Sachlage gestatten die meisten Montagebetriebe die Reinigung von Fehldrucken im Rahmen ihres Produktionsreinigungsprozesses nicht.
Monteure beheben die Notwendigkeit der Fehldruckreinigung üblicherweise, indem sie entweder die fehlerhaft bedruckte Seite der Leiterplatte mit der Hand abwischen und/oder den Fehldruck in einer Schablonenreinigungsmaschine reinigen. Bei beiden Methoden besteht die Möglichkeit von Qualitätsproblemen. Erstens kann beim Abwischen der Lötpaste von der fehlerhaft bedruckten Seite der Platine die Lötpaste in durch die Lötmaske definierten Kanälen, Durchgangslöchern und anderen Platinengeometrien eingeschlossen werden (Abbildung 1). Aufgrund mangelnder Kontrolle und Definition können zahlreiche Qualitätsprobleme entstehen.
Abbildung 1: Lötkugeln, eingezwängt in Kanäle und Durchgangslöcher, die nicht durch eine Lötmaske definiert sind
Zweitens dienen Schablonenreinigungsmaschinen dazu, nasse Lotpaste von Schablonen zu entfernen. Bei den meisten Schablonenreinigungsverfahren wird die Schablone nicht mit Wasser gespült. Bei denen, die eine Wasserspülung verwenden, wird das Wasser wiederverwendet, da Spuren von Metallen im Wasser eine Entsorgung in örtliche Kläranlagen verhindern. Die Reinigung einer Produktionsplatine in einer Maschine, die für die Reinigung von Schablonen konzipiert ist, erfüllt nicht die für eine Produktionsbaugruppe erforderlichen Ionenreinheitsstandards. Darüber hinaus reicht das Schablonenreinigungsmittel bei Fehldrucken auf der B-Seite in der Regel nicht aus, um aufgeschmolzene Flussmittelrückstände auf der A-Seite der Platine zu entfernen. In den meisten Fällen entfernt das Schablonenreinigungsmittel teilweise die zurückgeflossenen No-Clean-Flussmittelrückstände, was zu weißen Rückständen und einer ionisch verschmutzten Baugruppe führt.
FILTRATIONSOPTIONEN
Das Reinigen der fehlerhaft gedruckten Leiterplatte im Rahmen eines Reinigungsprozesses für die Produktion elektronischer Baugruppen bietet das Potenzial, nasse Lotpasten- und Reflow-Flussmittelrückstände zu entfernen und gleichzeitig Qualitäts- und Ertragsziele zu erreichen. Das Problem bei der Reinigung einer fehlerhaft bedruckten Leiterplatte in einem Produktionsreinigungsprozess sind die Ablagerungen von Lotkügelchen, die sich im Waschbehälter ansammeln. Freie Lotkügelchen im Waschbehälter können vom Einlass der Pumpe aufgenommen und auf Produktionsbaugruppen gesprüht werden. Es besteht auch die Möglichkeit, dass die Lotkügelchen in die Spülabschnitte geschleppt werden. Aus dieser Praxis ergeben sich sowohl Qualitäts- als auch Abfallbehandlungsprobleme.
Um die Qualitäts- und Wasseraufbereitungsprobleme zu lösen, sind Sammel- und Filtersysteme erforderlich, um Lotkugeln aufzufangen und zu filtern. Filtersysteme, die darauf ausgelegt sind, die Lotkugeln einzudämmen und aufzufangen, verhindern das Versprühen von Lotkugeln durch die Pumpe und die Sprühverteiler. Die mechanischen und Filtersysteme lösen die Probleme der erneuten Ablagerung von Lotkugeln auf Produktionsbaugruppen und der Möglichkeit einer Verunreinigung der Spülströme. Die überragenden Qualitätsvorteile beim Einsatz von Produktionsreinigungsgeräten, die darauf ausgelegt sind, wiederholt alle Lotkügelchen von der Baugruppe zu entfernen, aufgeschmolzene Flussmittelrückstände zu entfernen und eine ionisch saubere Leiterplatte zu erhalten, sorgen für ein reproduzierbares und wiederholbares Produkt.
AUSSTATTUNGSOPTIONEN
Inline-Reinigungsgeräte
Für die Reinigung elektronischer Baugruppen werden zwei Arten von wässrigen Produktionsmaschinen verwendet: Inline- und Batch-Reinigung. Bei der Inline-Maschine ist der Vorwaschabschnitt der Reinigungsmaschine darauf ausgelegt, die Leiterplatte zu befeuchten, auf Waschtemperatur zu bringen und zurückgeflossene Flussmittelrückstände aus Produktionsschaltungsbaugruppen aufzuweichen. Eine Option zum Auffangen von Lotkugeln besteht darin, den Vorwaschabschnitt mit Deflektoren auszustatten, die die rohe Lotpaste zurückhalten, während sie aus der Schaltungsbaugruppe verdrängt wird. Die Deflektoren schließen in den Vorwasch-Sprühverteilern mithilfe von zwei Schalen und Platten ab, um zu verhindern, dass Lotkugeln aus dem Gehäuse des Vorwaschabschnitts austreten. Wenn die Platinen in den Vorwaschbereich gelangen, laufen die verdrängten Lotkugeln und die Waschflüssigkeit in die Auffangwannen ab. Durch das Auffangen und Eindämmen der Vorwaschflüssigkeit wird Der Großteil der Lotkugeln kann in eine Reihe von Schleusenkästen geleitet werden. Dieses wichtige Konstruktionsmerkmal enthält den Großteil der Lotkugeln, wobei nur eine minimale Menge in den Waschbehälter entweicht.
Eine Reihe von Schleusenkästen kann entworfen werden, um die schweren Rohlotkügelchen einzufangen, ähnlich den Techniken, die beim Abbau von Edelmetallen aus Wasserströmen verwendet werden (Abbildung 5). Drei separate Schleusenkästen fangen den Großteil der Lotpaste auf. Jeder Schleusenkasten ist mit einem Drahtgeflecht ausgestattet. Das Gewicht der Lotkugeln fällt durch das Drahtgeflecht und sammelt sich in den Ablagen des Schleusenkastens. Der erste Schleusenkasten fängt den Großteil der Lotkugeln auf, während die verbleibenden zwei Schleusenkästen zum Auffangen der restlichen Lotkugeln dienen.
Abbildung 3: Schleusenbox-Sammelboxen mit freundlicher Genehmigung von Speedline Technologies
Lotkugeln, die nicht in den Schleusenkästen gesammelt werden, laufen in den Waschflüssigkeitsbehälter ab. Um zu verhindern, dass diese verirrten Lotkugeln auf Leiterplatten gespritzt werden, verhindern drei Pumpenansaugsiebe, dass große Kugeln in die Pumpe gelangen (Abbildung 6). Die kleineren Lotkügelchen, die durch die Siebe gelangen, werden in einem Beutelfilter aus der durch den Auslass der Pumpe gepumpten Waschflüssigkeit aufgefangen.
Abbildung 4: Siebe im Saugeinlass des Waschbehälters mit freundlicher Genehmigung von Speedline Technologies
Nach den Saugsieben wird die Waschlösung durch ein Filtersystem gepumpt, das alle verbleibenden Lotkugeln auffängt, bevor sie die Sprühverteiler erreicht. Der Waschauslass tritt an der Oberseite des Filterbehälters ein, verlässt die saubere Seite des Filters und gelangt dann zu den Sprühdüsen.
Abbildung 7: Filterbehälter
Im Behälter befinden sich interne Stege, die verhindern, dass der Beutelfilter neben die Austrittsseite des Filtergehäuses gelangt. Dieses Konstruktionsmerkmal verhindert einen Rückfluss oder Widerstand beim Pumpen der Flüssigkeit durch den Filterbehälter. Die 10/5-Beutelfilterpatrone (zehn Mikrometer auf der Innenseite und 5 Mikrometer auf der Außenseite der Filterpatrone) bietet doppelte Redundanz, um zu verhindern, dass Lotkugeln aus dem Filter austreten (Abbildung 9). Die 10-Mikron-Seite fängt die schweren Partikel ein und die feine 5-Mikron-Seite des Filters stellt sicher, dass keine Lotkügelchen auf die Leiterplatten gesprüht werden. Das Filterdesign entfernt Lotkugeln, die so klein wie Lotpaste vom Typ 5 sind, und verhindert gleichzeitig, dass Lotkugeln zu den Verteilern gelangen. Der Druckabfall ist minimal, da die Lötpaste im Beutelfilter aufgefangen wird. Sollte der Druck sinken, Die Maschine ist mit einer benutzerdefinierten Schnittstelle ausgestattet, die einen Alarm an den Bediener sendet. Das Design ist so konzipiert, dass Tausende von Fehldruckplatten gereinigt werden könnten, bevor es zu einer Beeinträchtigung der Badintegrität, des Drucks und der Reinigungsleistung kommt.
Chargenreinigungsgeräte
Ein Hauptunterschied zwischen Chargenreinigungsmaschinen und einem Inline-Reiniger besteht in der Möglichkeit, die Art des Waschzyklus, die Reihenfolge und die Zykluszeiten innerhalb des Reinigungsprozesses zu programmieren. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Fähigkeit, nasse Lotpaste effektiv aufzufangen und zu sammeln, in die Waschzyklen des Chargenreinigers integriert wird.
Das Ziel des Entwurfs besteht darin, dem Leiterplattenbestücker die Flexibilität zu geben, seine normalen Produktionsläufe (A/B-Seite) von Flussmittel zu befreien, eine A-Seite mit B-Seiten-Fehldrucken von Flussmittel zu befreien, A/B-Seiten-Fehldrucke zu reinigen sowie die Möglichkeit zum vollständigen Spülen und Trocknen das Produkt innerhalb der gleichen Charge Reiniger.
Ähnlich wie beim Design des Inline-Reinigungssystems verwendete derselbe Gerätehersteller den mehrstufigen Filteransatz, um Lotkügelchen effektiv aufzufangen und zu verhindern, dass die Kügelchen auf die Leiterplattenbaugruppe gesprüht werden. Ein Vorwaschzyklus im Batch-Reinigungsprozess befeuchtet die Leiterplatte, bringt sie auf Waschtemperatur und erweicht die zurückgeflossenen Flussmittelrückstände aus den Produktionsschaltkreisbaugruppen. Die Flussmittelzusammensetzung mit der rohen Lotpaste lässt sich leichter entfernen als die aufgeschmolzene Paste. Ein interner Beutelfilter wird verwendet, um die rohe Lotpaste aufzufangen, die während des Flutwaschzyklus entfernt wird. Der Hauptzweck des internen Beutelfilters besteht darin, die Menge an Lotpaste zu minimieren, die in den Waschflüssigkeitsbehälter abfließen würde.
Abbildung 8: Beutelfilter im Waschbehälter
Lotkügelchen, die nicht im Beutelfilter gesammelt werden, sammeln sich im Waschflüssigkeitsbehälter. Um zu verhindern, dass große Partikel in die Waschpumpen gelangen, befinden sich im Waschvorratsbehälter zwei Ansaugsiebe.
Abbildung 9: Chargen-Ansaugsiebe
Nach den Saugsieben wird die Waschlösung durch ein Filtersystem gepumpt, das die kleinsten Lotkügelchen auffängt, bevor sie durch das Waschflüssigkeits-Sprühsystem gesprüht wird. Das Filtersystem ist so konzipiert, dass es Lotpasten ab Typ 5 auffängt (Abbildung 10).
Abbildung 10: Batch-Filtrationsdesign
ZUSAMMENFASSUNG
Die Reinigung sowohl der A-Seite als auch der B-Seite von Fehldrucken war für Monteure ein komplexes Problem. Die Verwendung eines Schablonenreinigers zum Reinigen von Fehldrucken weist zahlreiche Nachteile auf. Zwei Hauptprobleme sind die Unfähigkeit, aufgeschmolzene Flussmittelrückstände mit Schablonenreinigungsmitteln zu entfernen, und schlechtes Spülen. Dennoch gestatten die meisten Montagebetriebe die Reinigung von Fehldrucken in Produktionsreinigungsmaschinen nicht, da das Risiko einer Kontamination der Produktplatinen durch verirrte Lotkugeln besteht und es zu Problemen mit der Metallverunreinigung im Abwasser kommt.
Sammel- und Filtersysteme, die in Reinigungsanlagen für die Inline- und Batch-Produktion integriert sind, fangen Lotkügelchen sicher auf und halten sie zurück, damit sie nicht auf Produktionsbaugruppen gesprüht werden. Darüber hinaus verhindern die Rückhalte- und Filtersysteme, dass rohe Lotpaste in die Spülwasserströme gelangt.
Der Einsatz einer Produktionsreinigungsmaschine bietet dem Monteur zahlreiche Vorteile.
Das Abwischen feuchter Lotpaste von Produktionsbaugruppen ist eine schlechte Praxis. Beim Abwischen nasser Lotpaste können sich Lotkugeln in nicht durch die Lötmaske definierten Mulden, Durchkontaktierungen und anderen Versätzen verklemmen. Wenn sich diese Lotkugeln verkeilen, reichen starke Sprühstöße möglicherweise nicht aus, um eine verkeilte Lotkugel zu verdrängen.