Konzept der No-Cleaning
⑴Was ist No-Cleaning? [3]
Unter No-Cleaning versteht man die Verwendung von nicht korrosivem Flussmittel mit niedrigem Feststoffgehalt bei der Herstellung elektronischer Baugruppen und das Schweißen in einer Inertgasumgebung. Die Rückstände auf der Leiterplatte nach dem Schweißen sind äußerst gering, nicht korrosiv und haben eine extrem hohe Festigkeit hoher Oberflächenisolationswiderstand (SIR). Unter normalen Umständen ist keine Reinigung erforderlich, um den Ionenreinheitsstandard zu erfüllen (der US-Militärstandard MIL-P-228809). Der Ionenverschmutzungsgrad ist unterteilt in: Stufe 1 ≤ 1,5 µgNaCl/cm2 keine Verschmutzung; Stufe 2 ≤ 1,5~5,0 µgNACl/cm2 hohe Qualität; Stufe 3 ≤ 5,0~10,0ugNaCl/cm2 erfüllt die Anforderungen; Stufe 4 > 10,0ugNaCl/cm2 ist nicht sauber) und kann direkt in den nächsten Prozess eintreten. Es muss darauf hingewiesen werden, dass „sauberfrei“ und „keine Reinigung“ zwei völlig unterschiedliche Konzepte sind. Die sogenannte „keine Reinigung“ bezieht sich auf die Verwendung von traditionellem Kolophoniumflussmittel (RMA) oder organischem Säureflussmittel bei der Produktion elektronischer Baugruppen. Obwohl nach dem Schweißen gewisse Rückstände auf der Plattenoberfläche vorhanden sind, können die Qualitätsanforderungen bestimmter Produkte ohne Reinigung erfüllt werden. Beispielsweise werden Haushaltselektronikprodukte, professionelle audiovisuelle Geräte, kostengünstige Bürogeräte und andere Produkte während der Produktion in der Regel „nicht gereinigt“, aber sie sind definitiv nicht „reinigungsfrei“.
⑵ Vorteile ohne Reinigung
① Verbesserung der wirtschaftlichen Vorteile: Nachdem keine Reinigung erreicht wurde, besteht der direkteste Vorteil darin, dass keine Reinigungsarbeiten durchgeführt werden müssen, sodass eine große Menge an Reinigungsarbeit, Ausrüstung, Standort, Materialien (Wasser, Lösungsmittel) und Energieverbrauch eingespart werden kann. Gleichzeitig werden durch die Verkürzung des Prozessablaufs Arbeitszeiten eingespart und die Produktionseffizienz verbessert.
② Verbesserung der Produktqualität: Da keine Reinigungstechnologie zum Einsatz kommt, ist eine strenge Kontrolle der Materialqualität erforderlich, z. B. der Korrosionsleistung des Flussmittels (Halogenide sind nicht zulässig), der Lötbarkeit von Bauteilen und Leiterplatten usw. ; Im Montageprozess müssen einige fortschrittliche Prozessmittel angewendet werden, wie z. B. Sprühen von Flussmitteln, Schweißen unter Schutzgas usw. Durch die Implementierung des No-Clean-Prozesses können Schäden durch Reinigungsbelastungen an den Schweißkomponenten vermieden werden, sodass keine Sauber ist äußerst vorteilhaft für die Verbesserung der Produktqualität.
③ Vorteilhaft für den Umweltschutz: Durch die Einführung der No-Clean-Technologie kann der Einsatz ozonabbauender Stoffe gestoppt und der Einsatz flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) stark reduziert werden, was sich positiv auf den Schutz der Ozonschicht auswirkt.
Materialbedarf
⑴ No-Clean-Flussmittel
Damit die Leiterplattenoberfläche nach dem Schweißen ohne Reinigung das spezifizierte Qualitätsniveau erreicht, ist die Auswahl des Flussmittels von entscheidender Bedeutung. Normalerweise werden an das No-Clean-Flussmittel folgende Anforderungen gestellt:
① Niedriger Feststoffgehalt: weniger als 2 %
Herkömmliche Flussmittel haben einen hohen Feststoffgehalt (20–40 %), einen mittleren Feststoffgehalt (10–15 %) und einen niedrigen Feststoffgehalt (5–10 %). Nach dem Schweißen mit diesen Flussmitteln weist die Leiterplattenoberfläche mehr oder weniger Rückstände auf, während der Feststoffgehalt des No-Clean-Flussmittels weniger als 2 % betragen muss und kein Kolophonium enthalten darf, sodass grundsätzlich keine Rückstände auf der Platine vorhanden sind Oberfläche nach dem Schweißen.
② Nicht korrosiv: Halogenfrei, Oberflächenisolationswiderstand>1,0×1011Ω
Herkömmliches Lötflussmittel hat einen hohen Feststoffgehalt, der einige Schadstoffe nach dem Schweißen „einhüllen“, sie vom Kontakt mit der Luft isolieren und eine isolierende Schutzschicht bilden kann. Aufgrund des äußerst geringen Feststoffanteils kann das No-Clean-Lötflussmittel jedoch keine isolierende Schutzschicht bilden. Wenn eine kleine Menge schädlicher Komponenten auf der Platinenoberfläche verbleibt, kann dies schwerwiegende nachteilige Folgen wie Korrosion und Undichtigkeiten haben. Daher dürfen No-Clean-Lötflussmittel keine Halogenbestandteile enthalten.
Zur Prüfung der Korrosivität von Lötflussmitteln werden üblicherweise folgende Methoden eingesetzt:
A. Kupferspiegel-Korrosionstest: Testen Sie die kurzfristige Korrosivität von Lötflussmitteln (Lötpaste).
B. Silberchromat-Testpapiertest: Testen Sie den Gehalt an Halogeniden im Lötflussmittel
C. Prüfung des Oberflächenisolationswiderstands: Testen Sie den Oberflächenisolationswiderstand der Leiterplatte nach dem Löten, um die Zuverlässigkeit der langfristigen elektrischen Leistung des Lötflussmittels (Lötpaste) zu bestimmen.
D. Korrosionstest: Testen Sie die Korrosivität der Rückstände auf der Leiterplattenoberfläche nach dem Löten
e. Testen Sie den Grad der Reduzierung des Leiterabstands auf der Leiterplattenoberfläche nach dem Schweißen
③ Lötbarkeit: Ausdehnungsrate ≥ 80 %
Lötbarkeit und Korrosivität sind zwei widersprüchliche Indikatoren. Damit das Flussmittel über eine gewisse Fähigkeit zur Oxidentfernung verfügt und während des gesamten Vorwärm- und Schweißvorgangs eine gewisse Aktivität aufrechterhält, muss es etwas Säure enthalten. Das am häufigsten verwendete No-Clean-Flussmittel ist die nicht wasserlösliche Essigsäurereihe, und die Formel kann auch Amine, Ammoniak und Kunstharze enthalten. Unterschiedliche Formeln wirken sich auf seine Aktivität und Zuverlässigkeit aus. Verschiedene Unternehmen haben unterschiedliche Anforderungen und interne Kontrollindikatoren, müssen jedoch die Anforderungen einer hohen Schweißqualität und einer nicht korrosiven Verwendung erfüllen.
Die Aktivität des Flussmittels wird üblicherweise anhand des pH-Werts gemessen. Der pH-Wert des No-Clean-Flussmittels sollte innerhalb der vom Produkt angegebenen technischen Bedingungen kontrolliert werden (der pH-Wert ist bei jedem Hersteller leicht unterschiedlich).
④Erfüllen Sie die Umweltschutzanforderungen: ungiftig, kein starker störender Geruch, grundsätzlich keine Umweltverschmutzung und sicherer Betrieb.
⑵No-clean Leiterplatten und Komponenten
Bei der Umsetzung des No-Clean-Schweißverfahrens sind die Lötbarkeit und Sauberkeit der Leiterplatte und Bauteile die zentralen Aspekte, die es zu kontrollieren gilt. Um die Lötbarkeit sicherzustellen, sollte der Hersteller es in einer konstanten Temperatur und in einer trockenen Umgebung lagern und seine Verwendung innerhalb der effektiven Lagerzeit streng kontrollieren, sofern der Lieferant verpflichtet ist, die Lötbarkeit zu gewährleisten. Um Sauberkeit zu gewährleisten, müssen die Umgebung und die Betriebsspezifikationen während des Produktionsprozesses streng kontrolliert werden, um menschliche Verschmutzungen wie Handflecken, Schweißflecken, Fett, Staub usw. zu vermeiden.
No-Clean-Schweißprozess
Nach der Einführung von No-Clean-Flussmitteln bleibt der Schweißprozess zwar unverändert, die Implementierungsmethode und die damit verbundenen Prozessparameter müssen sich jedoch an die spezifischen Anforderungen der No-Clean-Technologie anpassen. Die Hauptinhalte sind wie folgt:
⑴ Flussmittelbeschichtung
Um einen guten No-Clean-Effekt zu erzielen, müssen beim Flussmittelbeschichtungsprozess zwei Parameter streng kontrolliert werden, nämlich der Feststoffgehalt des Flussmittels und die Beschichtungsmenge.
Normalerweise gibt es drei Möglichkeiten, Flussmittel aufzutragen: die Schaummethode, die Wellenkammmethode und die Sprühmethode. Beim No-Clean-Verfahren sind das Schäumverfahren und das Wellenbergverfahren aus vielen Gründen nicht geeignet. Zunächst wird das Flussmittel der Schaummethode und der Wellenkammmethode in einen offenen Behälter gegeben. Da der Lösungsmittelgehalt des No-Clean-Flussmittels sehr hoch ist, verflüchtigt es sich besonders leicht, was zu einer Erhöhung des Feststoffgehalts führt. Daher ist es schwierig, die Zusammensetzung des Flussmittels so zu steuern, dass sie während des Produktionsprozesses durch die Methode des spezifischen Gewichts unverändert bleibt, und die große Menge an Lösungsmittelverflüchtigung verursacht auch Umweltverschmutzung und Abfall; zweitens, da der Feststoffgehalt des No-Clean-Flussmittels extrem niedrig ist, begünstigt es nicht die Schaumbildung; Drittens kann die Menge des aufgetragenen Flussmittels während der Beschichtung nicht kontrolliert werden, die Beschichtung ist ungleichmäßig und es verbleibt häufig überschüssiges Flussmittel am Rand der Platine. Daher können diese beiden Methoden nicht den idealen No-Clean-Effekt erzielen.
Das Sprühverfahren ist die neueste Flussmittelbeschichtungsmethode und eignet sich am besten für die Beschichtung von No-Clean-Flussmitteln. Da sich das Flussmittel in einem versiegelten Druckbehälter befindet, wird der Flussmittelnebel durch die Düse versprüht und auf die Oberfläche der Leiterplatte aufgetragen. Die Sprühmenge, der Zerstäubungsgrad und die Sprühbreite des Sprühgeräts können eingestellt werden, sodass die Menge des aufgetragenen Flussmittels genau gesteuert werden kann. Da es sich bei dem aufgetragenen Flussmittel um eine dünne Nebelschicht handelt, ist das Flussmittel auf der Plattenoberfläche sehr gleichmäßig, wodurch sichergestellt werden kann, dass die Plattenoberfläche nach dem Schweißen die Anforderungen ohne Reinigung erfüllt. Da das Flussmittel vollständig im Behälter eingeschlossen ist, besteht gleichzeitig keine Notwendigkeit, die Verflüchtigung des Lösungsmittels und die Aufnahme von Feuchtigkeit in die Atmosphäre zu berücksichtigen. Auf diese Weise kann das spezifische Gewicht (oder der wirksame Inhaltsstoff) des Flussmittels unverändert bleiben und es muss nicht ersetzt werden, bevor es aufgebraucht ist. Im Vergleich zum Schäumverfahren und zum Wellenkammverfahren kann die Flussmittelmenge um mehr als 60 % reduziert werden. Daher ist das Sprühbeschichtungsverfahren das bevorzugte Beschichtungsverfahren im No-Clean-Verfahren.
Bei der Verwendung des Sprühbeschichtungsverfahrens ist zu beachten, dass der beim Sprühen freigesetzte Lösungsmitteldampf ein gewisses Explosionsrisiko birgt, da das Flussmittel brennbarere Lösungsmittel enthält. Daher müssen die Geräte über gute Absauganlagen und die erforderliche Feuerlöschausrüstung verfügen.
⑵ Vorheizen
Nach dem Auftragen des Flussmittels durchlaufen die geschweißten Teile den Vorwärmprozess und der Lösungsmittelanteil im Flussmittel wird durch das Vorwärmen verflüchtigt, um die Aktivität des Flussmittels zu erhöhen. Was ist nach der Verwendung des No-Clean-Flussmittels der am besten geeignete Bereich für die Vorwärmtemperatur?
Die Praxis hat gezeigt, dass nach der Verwendung von No-Clean-Flussmitteln nachteilige Folgen auftreten können, wenn weiterhin die herkömmliche Vorwärmtemperatur (90 ± 10 °C) zur Steuerung verwendet wird. Der Hauptgrund dafür ist, dass No-Clean-Flussmittel ein halogenfreies Flussmittel mit geringem Feststoffgehalt und allgemein schwacher Aktivität ist und sein Aktivator Metalloxide bei niedrigen Temperaturen kaum entfernen kann. Mit zunehmender Vorwärmtemperatur beginnt sich das Flussmittel allmählich zu aktivieren, und wenn die Temperatur 100 °C erreicht, wird der Wirkstoff freigesetzt und reagiert schnell mit dem Metalloxid. Darüber hinaus ist der Lösungsmittelgehalt von No-Clean-Flussmitteln recht hoch (ca. 97 %). Bei unzureichender Vorwärmtemperatur kann das Lösungsmittel nicht vollständig verflüchtigt werden. Wenn das Schweißstück in das Zinnbad gelangt, spritzt das geschmolzene Lot aufgrund der schnellen Verflüchtigung des Lösungsmittels und bildet Lotkugeln, oder die tatsächliche Temperatur des Schweißpunkts sinkt, was zu schlechten Lötverbindungen führt. Daher ist die Steuerung der Vorwärmtemperatur im No-Clean-Prozess ein weiterer wichtiger Link. In der Regel ist es erforderlich, die Obergrenze der herkömmlichen Anforderungen (100 °C) oder höher (gemäß der vom Lieferanten empfohlenen Temperaturkurve) zu kontrollieren, und es sollte genügend Vorheizzeit vorhanden sein, damit das Lösungsmittel vollständig verdunsten kann.
⑶ Schweißen
Aufgrund der strengen Beschränkungen hinsichtlich des Feststoffgehalts und der Korrosivität des Flussmittels ist dessen Lötleistung zwangsläufig eingeschränkt. Um eine gute Schweißqualität zu erzielen, müssen neue Anforderungen an die Schweißausrüstung gestellt werden – sie muss über eine Schutzgasfunktion verfügen. Zusätzlich zu den oben genannten Maßnahmen erfordert das No-Clean-Verfahren auch eine strengere Kontrolle der verschiedenen Prozessparameter des Schweißprozesses, hauptsächlich einschließlich Schweißtemperatur, Schweißzeit, PCB-Verzinnungstiefe und PCB-Übertragungswinkel. Je nach Verwendung verschiedener Arten von No-Clean-Flussmitteln sollten die verschiedenen Prozessparameter der Wellenlötanlage angepasst werden, um zufriedenstellende No-Clean-Schweißergebnisse zu erzielen.
