Für Designer ist es entscheidend, bereits in der ersten Entwurfsphase vorausschauend einen geeigneten Flussmittelentferner zu spezifizieren, der mit der gewählten Lötpaste, dem Flussmittel und dem Leiterplattensubstrat funktioniert (Bild: Microcare)
Häufig verschieben die Leiterplatten-Designer die Auswahl der Reinigungsverfahren auf spätere Phasen der Produktion, nachdem die Entscheidungen über Lotpasten und Schutzlacke getroffen wurden. Dieser Ansatz kann jedoch dazu führen, dass Verunreinigungen wie Flussmittelrückstände, Staub und Feuchtigkeit auf der Leiterplatte eingeschlossen werden, was die Leistung beeinträchtigt und zu Problemen mit der Zuverlässigkeit führt. Es kann zu Wachstum von Dendriten, Oxidation, Rauschen auf der Leiterplatte, Kurzschlüssen, elektrochemischer Migration, intermittierendem Betrieb und sogar zu kompletten Ausfällen im Feld kommen.
Warum ist die Wahl des Reinigungsverfahren entscheidend?
Um Produktionsverzögerungen, Produktrückrufe und kostspielige Rücksendungen zu vermeiden, ist es für Konstrukteure von grundlegender Bedeutung vorauszuplanen. Sie sollten bereits in der ersten Konstruktionsphase einen geeigneten Flussmittelentferner spezifizieren, der mit der gewählten Lotpaste, dem Flussmittel und dem Leiterplattensubstrat funktioniert. Auf diese Weise lassen sich Komplikationen bei der Reinigung während der Produktion vermeiden und ermöglicht langfristig die zuverlässige Funktionalität der Leiterplatten.
Gleiches reinigt Gleiches
Auf dem Markt werden verschiedene Marken und Formulierungen von Leiterplattenreinigern oder Flussmittelentfernern angeboten. Um eine gute und gleichmäßige Reinigung der Leiterplatten zu erreichen, sollte die richtige Reinigungsflüssigkeit für die jeweilige Aufgabe gewählt werden. Hier gilt das alte Sprichwort „Gleiches reinigt Gleiches“, was bedeutet, dass der Reiniger auf die Verunreinigung abgestimmt werden muss. Leiterplattendesigner sollten die Verunreinigungen auf ihren Leiterplatten identifizieren und die dazu passende Reinigungsflüssigkeit auswählen. Anorganische, polare Verunreinigungen, wie No-Clean-Flussmittelrückstände, erfordern eine polare Reinigungsflüssigkeit mit aggressiver Lösungskraft. Organische, unpolare Verunreinigungen, wie Flussmittelrückstände auf Kolophoniumbasis, erfordern eine mildere, unpolare Reinigungsflüssigkeit, die für die Leiterplattenmaterialien sicherer ist.
Schäden vermeiden
Die Wahl der richtigen Reinigungsflüssigkeit und -methode ist von entscheidender Bedeutung, da sie letztendlich die Funktionalität und Zuverlässigkeit der Leiterplatte beeinflusst. Die Verwendung einer Reinigungsflüssigkeit mit zu hoher Reinigungskraft oder die Anwendung einer ungeeigneten Reinigungsmethode kann Leiterplattenkomponenten und Substrate beschädigen. Wird die falsche Reinigungsflüssigkeit verwendet oder eine ungeeignete Reinigungsmethode angewandt, können sich Bauteile lösen, Verbindungen brechen und Substrate beeinträchtigt werden.
Bei der Wahl der Reinigungsflüssigkeit sollten Konstrukteure die Materialverträglichkeit berücksichtigen. Damit eine Beschädigung der Leiterplatte vermieden wird, muss die Reinigungsflüssigkeit mit allen Materialien auf der Leiterplatte kompatibel sein. Die Reinigungsflüssigkeit sollte stark genug sein, um die Verunreinigungen wirksam zu entfernen, darf aber empfindliche Kunststoffe, Beschichtungen oder andere weiche Materialien nicht auflösen.
Es empfiehlt sich, die Reinigungsflüssigkeit zunächst stichprobenartig an den Bauteilen zu testen, um ihre Unbedenklichkeit sicherzustellen. Im Zweifelsfall sollte mit einer milderen Reinigungsflüssigkeit begonnen und die Kraft bzw. den Kb-Wert des Reinigers allmählich erhöht werden, bis optimale Reinigungsergebnisse erzielt werden, ohne dass es zu Schäden kommt.
Spülen und Trocknen einplanen
Manche Leiterplattenhersteller unterschätzen möglicherweise, wie wichtig gründliches Spülen nach der Reinigung ist. Das Spülen ist jedoch ein entscheidender Schritt, um sicherzustellen, dass alle Verunreinigungen von der Leiterplatte entfernt werden. Wird nicht richtig gespült, können Flussmittelrückstände auf der Leiterplatte verbleiben und eintrocknen, was zu einem klebrigen Rückstand führt. Auch das Trocknen mag überflüssig erscheinen, doch jede Feuchtigkeit auf der Oberfläche der Leiterplatte kann zu Problemen führen, insbesondere bei Schutzlackierungen. Restfeuchtigkeit auf der Leiterplatte kann während des Auftragens der Lackierung ausgasen, was zu Defekten in der Beschichtung wie Blasen und Fischaugen führt.
Vortests verhindern Kopfschmerzen
Ein wesentlicher Bestandteil des PCB-Designs ist das Vortesten. Es ist entscheidend zu verstehen, wie alle PCB-Elemente frühzeitig im Designprozess gereinigt werden können. Das Durchführen von Testreinigungen in der ersten Entwurfsphase hilft den Designern zu verstehen, wie sich die Auswahl von Pasten, Flussmitteln und Reinigern auf die Leistung der Leiterplatte auswirkt.
Testreinigungen einer begrenzten Anzahl von Leiterplatten vor der Serienfertigung können vorteilhaft sein, um ein funktionierendes Teil zu erreichen. Sobald sich die Reinigungsflüssigkeit und das Verfahren in kleinerem Maßstab bewährt haben, kann die Produktion auf die erforderlichen größeren Mengen gesteigert werden. Durch Vortests in kleinen Stückzahlen werden Überraschungen vermieden und es kann eine höhere Zuverlässigkeit der Leiterplatten erreicht werden.
Die Vortests können intern durchgeführt werden, wenn die Einrichtung über die entsprechenden Kapazitäten verfügt. Allerdings ist das Outsourcing eine beliebte Wahl, um die Leiterplattenreinheit sicherzustellen. Spezialisierte Unternehmen können umfassende Tests und Probereinigungen unter Einhaltung der vom Leiterplattenentwickler vorgegebenen Standards durchführen. Dies kann von einfachen visuellen Prüfungen bis hin zu strengen Tests nach IPC-610 reichen.
Prüfmöglichkeiten für Leiterplatten
Bei der Prüfung von Leiterplatten kommen verschiedene Methoden und Techniken zum Einsatz, um den Grad der Verschmutzung auf der Oberfläche der Leiterplatte zu ermitteln und zu messen. Die Wahl der Prüfmethode hängt von der Art der Verschmutzung und dem erforderlichen Präzisionsniveau ab.
Die Oberflächenisolationswiderstandsprüfung (Surface Insulation Resistance, SIR) ist eine hochpräzise Prüfmethode. Sie misst die Zuverlässigkeit eines elektrischen Bauteils anhand der Stärke und Qualität des Signals, das nach der Reinigung durch das Bauteil kommt. Die SIR-Prüfung wird in der Regel in einem externen Forschungslabor durchgeführt. Bei der Prüfung wird nach der Reinigung die Differenz des elektrischen Stroms über die Zeit und bei unterschiedlichen Temperaturen und Feuchtigkeitsgraden gemessen. Die SIR-Prüfung misst zudem die Korrosionswirkung eines Rückstands, indem sie die Bildung von Dendriten untersucht. Ein hoher Widerstand ist wünschenswert, denn er zeigt an, dass die Leiterplatte sauber und frei von Verunreinigungen ist.
Eine weitere weit verbreitete Prüfmethode ist die Ionograph- oder ROSE-Prüfung (Resistivity of Solvent Extract). Hierbei wird die Leiterplatte für einige Minuten in ein Bad mit entionisiertem Wasser getaucht und das Wasser anschließend auf ionische Verunreinigungen untersucht. Jede Veränderung des Wasserwiderstandes weist auf eine relative Verschmutzung oder Sauberkeit der Leiterplatte hin. Die ROSE-Prüfung ist zwar weniger genau als die SIR-Prüfung, dafür aber schneller und benutzerfreundlicher.
Die Ionenchromatographie (IC) ist die genaueste und zuverlässigste Prüfmethode für die Sauberkeit von Leiterplatten. Sie ist der Goldstandard für die Beurteilung der Sauberkeit, da sie schwache organische Säuren und einzelne Ionen nachweist und quantifiziert. Die IC-Prüfung ist ein hervorragendes Verfahren, um die Quelle der Verschmutzung rasch zu finden und die Auswirkungen der einzelnen Ionenarten vorherzusagen.
Ein Beratungsansatz mit Reinigungsexperten
Konstrukteure, die Hilfe bei der Reinigung suchen, sollten sich an einen Partner für Leiterplattenreinigungsflüssigkeiten wenden, der die Dynamik zwischen Reinigungsflüssigkeiten und die Reinigungsmethoden kennt und um die Bedeutung von Vorplanung und Tests weiß. Leiterplattenentwickler können unerwartete Probleme vermeiden, indem sie bereits in den Anfangsstadien der Entwicklung Reinigungsexperten hinzuziehen, um so Kosten zu reduzieren, die Zuverlässigkeit der Leiterplatten sicherzustellen und ihre fertigen Produkte schneller zu liefern.