In das Reinigungs- und Spülbad wird durch die Reinigung von elektronischen Baugruppen permanent Verunreinigung eingetragen. Neben der Verschmutzung gibt es auch prozessabhängige Einwirkungen wie etwa Absaugung, Verdunstung oder Verschleppung von Reiniger in das Spülwasser, die das Endergebnis negativ beeinflussen können. Da die Bereiche „Reinigung“ und „Spülung“ hiervon betroffen sind, ist es empfehlenswert dort eine Badüberwachung durchzuführen, die folgende Vorteile bietet:

  • Beständiger Reinigungsprozess durch konstantes Qualitätsniveau des Reinigungsbades
  • Kostensenkung durch Vermeidung verfrühter Badwechsel
  • Vermeiden schlechter Reinigungsresultate durch verspätete Medienwechsel
  • Dokumentation der Reinigerkonzentration mit Option einer Prozesstraceability (z. B. für ISO 9001 – 2008)

Für die Überwachung, sowohl des Reinigungs- als auch des Spülbades, existieren zwei bekannte Verfahren, die Rückschlüsse auf die Qualität der jeweiligen Prozessstufe erlauben (Bild 1). Hierbei handelt es sich um die Bestimmung des pH-Wertes und der Leitfähigkeit.

Die Leitfähigkeit und die ph-Werte sind übliche Messgrößen für eine Badüberwachung und erlauben Rückschlüsse auf die Qualität der Reinigungs- und Spülbäder.

Die Leitfähigkeit und die ph-Werte sind übliche Messgrößen für eine Badüberwachung und erlauben Rückschlüsse auf die Qualität der Reinigungs- und Spülbäder.Zestron

Grenzen der Reinigerbadüberwachung

Die Leitfähigkeit ist die Summe der Ionen im Reinigungsmedium oder VE-Wasser, welche vom Reiniger selbst und von abgereinigten Verschmutzungen verursacht werden. Mithilfe eines Konduktometers lässt sich dieser Wert messen. Auch der pH-Wert ändert sich durch Badkontamination. In der Lotpaste enthaltene Flussmittel beispielsweise enthalten organische Säuren, die die Messung beeinflussen. Manuell lässt sich dieser Wert mit einem pH-Meter (Bild 2) messen, alternativ mittels einer in die Anlage integrierten Potenzialdifferenz-Glaselektrode. Beide Messverfahren werden in der Praxis erfolgreich angewendet und geben dem Anwender Aufschluss über tendenzielle Veränderungen in der Reinigungs- oder Spülstufe, die dann im Bezug auf einen Referenzwert beurteilt werden können.

Probate Messmethode: Manuell lässt sich die Badkontamination mit einem pH-Meter messen.

Probate Messmethode: Manuell lässt sich die Badkontamination mit einem pH-Meter messen.Zestron

Weitere Prozessparameter wie etwa Temperatur, Verschmutzung oder Alterung der Messsonden können die genannten Verfahren beeinflussen, was die Interpretierbarkeit erschwert. Absolutwerte allerdings liefert keines der genannten Verfahren. Speziell für die weit verbreiteten wässrigen Reinigungsprozesse sind diese häufig nicht mehr ausreichend. Hier müssen Anwender speziell ein Auge auf die vorliegende Reinigerkonzentration und deren Veränderung haben.

Bedeutung der Konzentrationsüberwachung

Um eine optimale Leistung von wässrigen Reinigern zu erzielen, ist es notwendig, die empfohlene Einsatzkonzentration innerhalb eines definierten Fensters konstant zu halten. Wird diese stark unterschritten, kann keine zufriedenstellende Reinigungsqualität gewährleistet werden. In diesem Fall ist eine Nachdosierung erforderlich. Eine zu hohe Einsatzkonzentration würde andererseits die Kosten unnötig steigern. Der Hersteller des Reinigers legt Warn- und Eingriffsgrenzen in den Prozess fest.

Eine Methode für die manuelle Bestimmung der Konzentration sind chemische Schnelltests. Diese können auf einer Säure-Base-Titration basieren. Hier wird zu einer Badprobe so lange Säure oder Lauge hinzugefügt, bis sich die Farbe eines Testindikators verändert. Die Konzentration des zu untersuchenden Mediums wird aus dem verbrauchten Titriermedium berechnet. Zu beachten ist, dass bei dieser Methode das Ergebnis durch Verschmutzung des Bades beeinflusst wird. Außerdem ist es bei pH-neutralen Reinigungsmedien nicht anwendbar.

Basierend auf dem Phasentrennungsverfahren gibt es eine weitere manuelle Methode zur Konzentrationsbestimmung. Hierbei wird einer Badprobe in einem Messzylinder eine Reaktionslösung zugefügt, welche eine optisch erkennbare Phasentrennung erzwingt. Durch Ablesen kann die Konzentration bestimmt werden. Dieses Verfahren kann für die Analyse von alkalischen und pH-neutralen Medien angewandt werden und ist in der Regel gegenüber Schmutzanteilen unempfindlich.

Die Messung des Brechungsindex (Summe aus Verunreinigung und Konzentration) ist eine alternative manuelle Methode zur Konzentrationsbestimmung. Die Organik-Zusammensetzung im Medium kann Änderungen dieser Messgröße hervorrufen. Hinreichend genau ist diese Messung nur bei frischem Badansatz, da Verschmutzung die Dichte der Messung beeinflusst. Hauptvorteil der genannten manuellen Methoden ist, dass diese kostengünstig und einfach durchführbar sind. Dadurch sind diese Verfahren gut geeignet, um im laufenden Prozess Stichprobenmessungen durchzuführen und damit eine erhöhte Sicherheit für den Anwender zu gewährleisten.

Automatische Konzentrationsmessung

Im Gegensatz zu den manuellen ermöglichen die automatischen Verfahren eine permanente Konzentrationsüberwachung und dadurch lückenlose Dokumentation. Letztere gewinnt immer mehr an Bedeutung, insbesondere im Hinblick auf Audits oder Lieferantenbewertungen. Auf dem Markt gibt es unterschiedliche Messgeräte, welche die Reinigerkonzentration online bestimmen. Sie sorgen für die kontinuierliche Überwachung des Reinigungsprozesses. Gleichzeitig sind diese Verfahren aber häufig komplex aufgebaut und dadurch nur aufwändig in den Prozess integrierbar. Die Messgenauigkeit hängt vom jeweiligen Verfahren ab und wird durch Eintrag von Verunreinigungen beeinflusst.

Im automatischen Konzentrationsmesssystem Zestron Eye misst ein Sonarsensor das Reinigungsmedium und liefert exakte Zustandswerte der Badkonzentration.

Im automatischen Konzentrationsmesssystem Zestron Eye misst ein Sonarsensor das Reinigungsmedium und liefert exakte Zustandswerte der Badkonzentration.Zestron

Letztlich ist ein Reinigungsprozess nur so gut wie seine Überwachung. Weil die Qualität des Reinigungsbades oft großen Schwankungen unterliegt, hat Zestron Europe sein Produktangebot um ein elektronisches Konzentrationsmessgerät ergänzt, das Zestron Eye (Bild 3). Es lässt sich einfach in den Reinigungskreislauf einer Reinigungsanlage integrieren, um die Konzentrationsbestimmung mittels dem 3P genannten akustischen Messverfahrens kontinuierlich zu ermitteln. Der wesentliche Vorteil dieses Verfahren ist die hohe Messgenauigkeit, die durch drei Messgrößen – statt bislang nur einer – gewährleistet wird. Das Funktionsprinzip: Akustische Signale werden durch ein flüssiges Medium geschickt. Die Reflexionen des Schalls geben Aufschluss darüber, wie die Flüssigkeit beschaffen ist. Dazu entwickelte Zestron einen röhrenförmigen Sensor, der in die Rohrleitung der Reinigungsanlage eingebaut wird. Während die Reinigungsflüssigkeit den Sensor durchspült, wird kontinuierlich ein akustisches Signal durch die Flüssigkeit geschickt. Ein Empfänger registriert das akustische Signal, nachdem es mehrfach von der Röhrenwand des Sensors reflektiert wurde. Mehrere Analog-Digital-Wandler analysieren das Signal und ermitteln drei Parameter: Die Schalllaufzeit, die Amplitude und die Schalldämpfung. Da jeder Reiniger das akustische Signal auf eine ganz spezifische Weise modifiziert gleich einem „Fingerabdruck“, kann man präzise feststellen, wie hoch die Konzentration in der Reinigungsflüssigkeit ist. Eine Kontrolleinheit wertet die Daten aus und zeigt jeweils den aktuellen Konzentrationsgrad des Reinigers an. Angesichts dieser Messung ist es dann möglich, die Konzentration so zu steuern, wie es für den jeweiligen Reinigungszweck notwendig und optimal ist.

Zestron Eye CM ist ein Erweiterungsmodul, das sich an eine Reinigungsanlage anschließen lässt und die Konzentrationsmessung inklusive vollautomatische Nachdosierung von Reinigerkonzentraten und VE-Wasser übernimmt.

Zestron Eye CM ist ein Erweiterungsmodul, das sich an eine Reinigungsanlage anschließen lässt und die Konzentrationsmessung inklusive vollautomatische Nachdosierung von Reinigerkonzentraten und VE-Wasser übernimmt.Zestron

Neueste Systeme, ebenfalls basierend auf dem akustischen Messverfahren, bieten nicht nur eine lückenlose Konzentrationsüberwachung, sondern ermöglichen als so genannte „All-In-One-Lösung“ auch eine automatische Dosierung von entweder Reinigerkonzentrat oder VE-Wasser. Solch ein System ist das Zestron Eye CM (das „CM“ steht für „Concentration Management“). Dabei handelt es sich um ein Erweiterungsmodul, das sich an eine Reinigungsanlage anschließen lässt und die Konzentrationsmessung inklusive vollautomatische Nachdosierung von Reinigerkonzentraten und VE-Wasser übernimmt (Bild 4). Herzstück des Moduls ist das Zestron-Eye-Messystem. Auf diese Weise lässt sich ein komplettes Reinigungsmanagement-System umsetzen, denn die Einheit hält die eingestellte Reinigerkonzentration eigenständig konstant.

Dadurch lassen sich wesentliche Zeit- sowie Kostenersparnisse realisieren, da keine manuelle Messung/Dosierung durch den Anwender notwendig ist. Zusätzlich entstehen weniger Fehler im Fertigungsprozess. Blickt man in die nahe Zukunft, so wird eine Ausweitung des Leistungsspektrums derartiger Systeme erwartet. Eine realistische Weiterentwicklung stellt das Reinigungsmanagement von nicht nur einer Reinigungsanlage, sondern mehrerer Maschinen dar. Dadurch könnten z. B. drei oder mehr Reinigungsmaschinen durch ein Konzentrationsmanagement-System im modernen Produktionsumfeld kontrolliert werden.

Überwachte Bäder

Die Badüberwachung ist ein wichtiger Schritt, um die Reinheit und letztendlich die Produktionsqualität von elektronischen Baugruppen sicherzustellen. Manuelle Überwachungsmethoden sind geeignet für stichprobenartige Untersuchungen. Die Alternative dazu sind automatische Messmethoden, die speziell im akustischen Messverfahren eine sehr hohe Messgenauigkeit und -stabilität sowie Datenaufzeichnung bieten.

SMT Hybrid Packaging 2015: Halle 7, Stand 237