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Vierstufiger Prozess für die Reinigung von elektronischen Baugruppen.
Tensidfreier Reiniger auf Wasserbasis, Safewash Total von Electrolube.

Die Reinigung von elektronischen Baugruppen ist ein seit Jahren notwendiger Prozess bei der Elektronikfertigung, wenn es darum geht potenziell schädliche Verunreinigungen zu entfernen. Solche Verunreinigungen beinhalten Flussmittel-, Lötmittel- und Haftmittelrückstände und Verschmutzungen wie Staub und Ablagerungen aus anderen Fertigungsprozessen. Ziel eines Reinigungsprozesses ist es, die Lebensdauer eines Produktes zu verlängern, indem eine gute Oberflächenbeständigkeit gewährleistet wird. Weiterhin wird dem Ausfall der Elektronik durch Kriechstrom vorgebeugt.

Um bei modernen Elektronikkomponenten einen guten Isolationswiderstand zu erreichen und eine zuverlässige Haftung von Schutzlacken und Gieß- und Verkapselungsharzen zu sichern, ist die Sauberkeit der elektronischen Baugruppen unerlässlich.

Es gibt viele Zwischenstufen, in denen ein Reinigungsschritt notwendig ist. Vor dem Schablonendruck und vor dem Löten müssen die Verunreinigungen vieler vorangegangener Produktionsstufen entfernt werden. Nach der Schablonendruck muss überschüssige Lotpaste oder Kleber entfernt werden, nach dem Löten korrosive Flussmittelrückstände. Deshalb gehen auch viele Hersteller zu Noclean-Prozessen über, die eine Reinigung nach der Lötphase erübrigen.

Beim einem Noclean-Prozess ist der Feststoffanteil des Flussmittels niedriger als bei Standard-Lotpasten. Er enthält jedoch immer noch Harz und Aktivatoren. Solche Rückstände können, abgesehen von anderen unerwünschten Stoffen, die sich durch die fehlende Reinigungsphase auf der Leiterplatte gesammelt haben, Probleme mit der Haftung von aufzutragenden Schutzmedien bereiten. Trotz der Fortschritte bei neuen Technologien, wie z. B. dem Noclean-Prozess, ist also eine Reinigung weiterhin erforderlich. Zudem sind außerdem Reinigungsschritte bei der Entfernung von Schutzlacken und Klebern in der Nachbearbeitung erforderlich, genau so wie für die Reinigung von bestimmten Komponenten und für die Wartung der Produktionsanlagen.

Welcher Reiniger passt?

Da Umweltbewusstsein heutzutage groß geschrieben wird, sind viele Elektronikhersteller vom Einsatz traditioneller Lösungsmittelreiniger abgekommen, die Ozon schädigende Chemikalien oder einen hohen Anteil an flüchtigen organischen Verbindungen (FOV) enthalten und setzen auf sicherere Alternativen. Obwohl viele lösungsmittelbasierte Reinigungsprodukte einen komfortablen einstufigen Reinigungsprozess ermöglichen, haben wasserbasierte Reiniger noch mehrere Vorteile. Sie sind nicht brennbar, zeigen eine geringe Geruchsbelastung, enthalten keine FOV und sind nur sehr gering toxisch.

Es ist notwendig, den geeigneten wasserbasierten Reiniger für die Reinigung im Ultraschallbad, im Drucksprühverfahren oder in der Spülmaschine zu bestimmen. Diese Reiniger nutzen die Tensidtechnologie, um die Entfernung von Verunreinigungen auf einer Baugruppe zu unterstützen. Dabei reduzieren sie die Grenzenflächenspannung, heben sie teilweise ganz auf oder emulgieren sie in der Reinigerlösung. Alternativ nutzen wasserbasierte Flussmittelentferner die Verseifung und neutralisieren so die Flussmittelsäuren.

Der einzige große Nachteil eines wasserbasierten Reinigers besteht darin, dass er mehrere Stufen benötigt, um den Reinigungsprozess durchzuführen: Z. B. folgt auf einen zweistufiger Spülprozess eine finale Trockungsphase.

Tensidfreier Reiniger auf Wasserbasis

Aber es gibt auch einen neuartigen, tensidfreien wasserbasierten Reiniger. Dieser Reiniger basiert auf Glykol, verbindet die Vorteile eines wasserbasierten Reinigers mit dem eines lösungsmittelbasierenden Reinigers und benötigt nur noch eine minimale Spülung.

Safewash Total (Swat) von Electrolube ist ein Beispiel für diese neuartige wasserbasierte Reinigungstechnologie. Er bietet Vorteile, wie hohe Flexibilität in der Anwendung, d.h. die Eignung für eine Vielzahl verschiedener Geräte und Verarbeitungsarten, und großes Potenzial, um viele Verunreinigungen zu entfernen. Der Reiniger ist sogar für die Entfernung von aktuellen Flussmitteln für bleifreie Lotpasten und für Noclean-Fluxe, Lotpasten und Haftmittelrückständen geeignet sowie für die Entfernung allgemeiner Verschmutzungen wie Fett und Staub.

Das Reinigungsmittel ist in verschiedenen Konzentrationen, je nach Anwendungsmethode, einsetzbar. Es enthält auch eine Art Korrosionsschutz, der eine problemlose Anwendung auf empfindlichen Metallen wie Kupfer, Silber und Aluminium ermöglicht.

Definition des Reingungsgrades

Es gibt zwei Arten von Rückständen; ionische und nichtionische und es gibt eine Vielzahl von Methoden, den Grad der Verunreinigung nach der Reinigung zu berechnen und den Begriff „rein“ zu definieren.

Nichtionische Rückstände, die nach der Fertigung auf der Leiterplatte oder Baugruppe zurückbleiben sind z.B. Harze, Öle und Fette. Sie sind nicht leitfähig und normalerweise organischen Ursprungs. Sie verfügen über isolierende Eigenschaften, was zu Problemen führen kann, wenn Steckkontakte oder Steckverbinder auf Baugruppen eingesetzt werden. Sie können eine schlechte Haftung der Lötmaske, des Schutzlacks und der Vergusskomponenten verursachen. Außerdem können ionische Verunreinigungen und Fremdkörper eingeschlossen werden.

Typische Testmethoden sind visuelle Kontrollen mit dem Mikroskop kombiniert mit anderen analytischen Methoden, z. B. mit einem Fourier-Transform-Infrarotspektrometer (FTIR).

Ionische Verschmutzungen rühren typischerweise von Flussmittelrückständen oder schädigenden Materialien, die nach dem Löten zurückbleiben. Wasserlösliche organische oder anorganische Rückstände, die sich in einer Lösung als aufgeladene Ionen trennen können, erhöhen die allgemeine Leitfähigkeit dieser Lösung. Sie können die Zuverlässigkeit elektronischer Komponenten und Baugruppen herabsetzen, da sie zur Bildung von Kriechstrom zwischen den Schaltkreisen beitragen, Korrosion verursachen und dendritisches Wachstum fördern.

Wo ionische oder nichtionische Verschmutzungen präsent sind, können sie die Funktionsweise und Zuverlässigkeit des Gerätes beeinflussen. Ein größerer Prozentsatz an Ausfällen resultiert jedoch aus ionischer Verunreinigung. Eine übliche Methode, um den Grad ionischer Verschmutzung zu messen ist die „Messung des Widerstands der löslichen Bestandteile“ (engl. ROSE), auch bekannt als die „Leitfähigkeit der löslichen Bestandteile“ (engl. SEC).

Die IPC-TM-650 verwendet eine Lösung aus Isopropanol und deionisiertem Wasser, um die Verunreinigungen zu extrahieren, während das Messgerät die Veränderung in der Leitfähigkeit misst. Es handelt sich hier um eine anerkannte Messmethode und liefert schnelle Ergebnisse; die Ergebnisse können jedoch eingeschränkt sein. Daher können zwei weitere Methoden eingesetzt werden, um wertvolles Datenmaterial zu erhalten. Es handelt sich um die Messung des Oberflächen-Isolationswiderstands (engl. SIR) und die Ionen-Chromatographie (IC).

Nicht nur der Verunreinigungsgrad nach der Reinigung muss ermittelt werden, auch die Reinigungslösung selbst muss kontrolliert werden. Die Methode zur Lösungsmessung ist abhängig von der Reinigungschemikalie und den zu entfernenden Rückständen. Es sollen jedoch trotzdem einige mögliche Messmethoden erwähnt werden. Säurehaltige Flussmittelrückstände haben generell einen niedrigeren pH-Wert und erhöhen die Leitfähigkeit, während sie Schwankungen in der Konzentration nicht beeinflussen.

Der Brechungsindex (engl. BRIX) misst den Feststoffanteil in der Reinigungslösung. Obwohl man so einige Hinweise auf den Verunreinigungsgrad erhält, sind mit der Zeit Änderungen im Brechungsindex möglich, da Schwankungen in der Konzentration der Lösung bestehen. Diese bedingen sich durch das Herausschleppen aus der Reinigungslösung in den Spülzyklus. Alle diese Methoden sind einfach und können mit einem relativ kostengünstigen Messgerät durchgeführt werden. Die Messung des Trübungspunktes ist eine andere Methode, um die Lösung zu kontrollieren. Man erwärmt einfach eine kleine Menge der Reinigungslösung und vermerkt die Temperatur, bei der die Lösung sich eintrübt. Daran lässt sich erkennen, ob die Lösung hochgradig verunreinigt ist oder die Konzentration durch Herausschleppen gesunken ist.