Mycie PCBA z maskowaniem komponentu nieodpornego – case study Assel

Klient zamówił montaż płytek dla urządzenia wysokiej częstotliwości ze specyfikacją wymagającą mycia całej PCBA. Jeden z komponentów nie mógł jednak mieć kontaktu z płynem myjącym. Opisujemy, jak przygotowaliśmy proces, który spełnił oba warunki w produkcji seryjnej.

Pozostałości topnika a parametry układów wysokiej częstotliwości

W urządzeniach pracujących na wysokich częstotliwościach pozostałości topnika i zanieczyszczenia jonowe obniżają rezystancję izolacji powierzchniowej (SIR) i zwiększają straty na powierzchni laminatu. W zależności od ilości i rodzaju pozostałości mogą one powodować:

• zmianę efektywnej stałej dielektrycznej, a w efekcie przesunięcie częstotliwości obwodów rezonansowych i rozstrojenie filtrów (efekt rośnie wraz z częstotliwością),
• wzrost tłumienności wtrąceniowej i zmianę impedancji ścieżek, zwykle niewielką, ale istotną przy grubszych warstwach pozostałości,
• dodatkowe pojemności pasożytnicze, zwłaszcza gdy topnik zostaje uwięziony pod komponentami lub ekranami,
• w obecności wilgoci i napięcia: spadek rezystancji izolacji powierzchniowej, migrację elektrochemiczną i korozję.

Dlatego w tej klasie urządzeń usuwanie topnika po lutowaniu jest zwykle wymagane przez klienta.

Wymagania projektu: pełne mycie PCBA

W projekcie wystąpiły dwa sprzeczne wymagania:

• Mycie całej płytki. Specyfikacja klienta wymagała mycia zmontowanej PCBA.
• Komponent o nieszczelnej obudowie. Jeden z elementów nie był przeznaczony do mycia. Płyn myjący mógłby dostać się do środka i go uszkodzić.

Pominięcie mycia oznaczałoby pozostawienie topnika na płytce i ryzyko pogorszenia parametrów sygnału wysokiej częstotliwości. Mycie bez zabezpieczenia groziłoby uszkodzeniem komponentu.

Proces mycia PCBA z maskowaniem komponentu – etapy wdrożenia

Analiza odporności komponentu na środki myjące

Zapytaliśmy producenta o ograniczenia konstrukcyjne elementu, odporność jego materiałów na środki myjące i zalecane sposoby ochrony.

Dobór środka maskującego odpornego na proces mycia

Dobraliśmy środek, który nie przepuszcza płynu myjącego do wnętrza komponentu.

Walidacja procesu: test czystości jonowej i pomiary parametrów transmisyjnych

Spisaliśmy procedurę nakładania i zdejmowania maski, a potem przeprowadziliśmy pełny cykl mycia na płytkach próbnych. Wyniki sprawdziliśmy, przeprowadzając testy I inspekcje.

Płytki osiągnęły wymagany poziom czystości jonowej. Komponent działał prawidłowo po myciu, a parametry transmisyjne układu mieściły się w założeniach projektowych. Procedura weszła do produkcji seryjnej.

Źródła

• 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