PCBA-Reinigung mit Maskierung eines nicht waschbeständigen Bauteils – Assel Case Study

PCBA-Reinigung mit Maskierung eines nicht waschbeständigen Bauteils – Assel Case Study

Ein Kunde beauftragte uns mit der Bestückung von Leiterplatten für ein Hochfrequenzgerät. Die Spezifikation verlangte die Reinigung der gesamten PCBA. Eines der Bauteile durfte jedoch nicht mit dem Reinigungsmedium in Kontakt kommen. Wir beschreiben, wie wir einen Prozess entwickelt haben, der beide Anforderungen in der Serienfertigung erfüllt.

Flussmittelrückstände und die Eigenschaften von Hochfrequenzschaltungen

In Geräten, die bei hohen Frequenzen arbeiten, verringern Flussmittelrückstände und ionische Verunreinigungen den Oberflächenisolationswiderstand (SIR) und erhöhen die Verluste an der Laminatoberfläche. Je nach Menge und Art der Rückstände können sie Folgendes verursachen:

• eine Änderung der effektiven Dielektrizitätskonstante und dadurch eine Frequenzverschiebung von Resonanzkreisen sowie eine Verstimmung von Filtern (der Effekt nimmt mit der Frequenz zu),
• eine höhere Einfügedämpfung und eine Änderung der Leiterbahnimpedanz – meist gering, bei dickeren Rückstandsschichten jedoch relevant,
• zusätzliche parasitäre Kapazitäten, insbesondere wenn Flussmittel unter Bauteilen oder Abschirmungen eingeschlossen ist,
• bei Feuchtigkeit und anliegender Spannung: einen Abfall des Oberflächenisolationswiderstands, elektrochemische Migration und Korrosion.

Deshalb verlangen Kunden bei dieser Geräteklasse in der Regel die Entfernung des Flussmittels nach dem Löten.

Projektanforderungen: vollständige Reinigung der PCBA

Im Projekt bestanden zwei widersprüchliche Anforderungen:

• Reinigung der gesamten Baugruppe. Die Kundenspezifikation verlangte die Reinigung der bestückten PCBA.
• Ein Bauteil mit nicht dichtem Gehäuse. Eines der Bauteile war nicht für die Reinigung vorgesehen. Das Reinigungsmedium hätte in das Innere eindringen und es beschädigen können.

Ein Verzicht auf die Reinigung hätte bedeutet, Flussmittel auf der Leiterplatte zu belassen und eine Verschlechterung der HF-Signaleigenschaften zu riskieren. Eine Reinigung ohne Schutz hätte die Beschädigung des Bauteils riskiert.

PCBA-Reinigungsprozess mit Bauteilmaskierung – Umsetzungsschritte

Analyse der Beständigkeit des Bauteils gegenüber Reinigungsmitteln
Wir haben beim Hersteller die konstruktiven Einschränkungen des Bauteils, die Beständigkeit seiner Materialien gegenüber Reinigungsmitteln sowie empfohlene Schutzmaßnahmen angefragt.

Auswahl eines prozessbeständigen Maskierungsmittels
Wir haben ein Maskierungsmittel ausgewählt, das kein Reinigungsmedium in das Innere des Bauteils gelangen lässt.

Prozessvalidierung: Prüfung der ionischen Sauberkeit und Messung der Übertragungsparameter
Wir haben das Verfahren zum Aufbringen und Entfernen der Maskierung dokumentiert und anschließend einen vollständigen Reinigungszyklus an Musterplatinen durchgeführt. Die Ergebnisse haben wir durch Prüfungen und Inspektionen verifiziert.

Die Leiterplatten erreichten das geforderte Niveau der ionischen Sauberkeit. Das Bauteil funktionierte nach der Reinigung einwandfrei, und die Übertragungsparameter der Schaltung lagen innerhalb der Designvorgaben. Das Verfahren wurde anschließend in die Serienfertigung übernommen.

Quellen

• M. Duffy i in., RF characterisation of no-clean solder flux residues, Proceedings of SPIE, vol. 4587, 2001 – research.ucc.ie
• B. Olney, Beyond Design: The Impact of No-Clean Flux Residue on Signal Integrity, I-Connect007 – iconnect007.com
• No-Clean Solder Paste Residue at RF Frequencies, IPC – electronics.org
• Kyzen, Why Clean RF High-Frequency Hardware? – qgdigitalpublishing.com
• S. Zhan, M. H. Azarian, M. Pecht, Reliability of Printed Circuit Boards Processed Using No-Clean Flux Technology in Temperature–Humidity–Bias Conditions, IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, vol. 8, nr 2, 2008 – umd.edu
• Fraunhofer ISIT, Surface resistance tests – isit.fraunhofer.de