Superar los Desafíos de la Limpieza Con Productos Químicos A Base de Agua

La limpieza precisa se ha convertido en el indicador clave de rendimiento (KPI) de la confiabilidad de los paquetes electrónicos sofisticados de hoy. El aumento de la miniaturización, la reducción de las alturas de separación y la transición de "flujo alrededor del componente" a "flujo debajo del componente" exigen innovaciones en el proceso de limpieza. Más específicamente, para eliminar los residuos de flux debajo de los componentes de baja separación, el agente de limpieza debe poder alcanzar y salir de esos espacios reducidos. Además de la elección del agente de limpieza, el proceso de limpieza en sí debe optimizarse para una limpieza impecable y la máxima eficiencia. Un proceso de limpieza optimizado puede garantizar un negocio rentable de fabricación (y reelaboración) de productos electrónicos.

Este artículo aborda los parámetros del proceso de limpieza electrónica, la optimización potencial y las prácticas estándar involucradas en los subprocesos (lavado y enjuague). Los estudios de casos pueden ilustrar a los lectores sobre los avances recientes. Finalmente, se destacan los productos Techspray que ayudan al ingeniero de procesos en la limpieza de la PCBA.

Optimización de La Limpieza de Componentes Electrónicos

En general, existen dos métodos para realizar la limpieza electrónica: limpieza en línea y limpieza por lotes. Ambas técnicas utilizan un agente de limpieza para descontaminar las PCBA. La Tabla 1 muestra una breve comparación de las dos técnicas.

Tabla 1: Limpieza por lotes frente a limpieza en línea

Los limpiadores en línea son más eficientes para limpiar componentes con golpes de alta densidad y espacios libres de separación bajos. Por lo tanto, nos centraremos en el proceso de limpieza en línea. Dividir el proceso de limpieza electrónica en subprocesos adicionales permite obtener información detallada. Estos subprocesos incluyen:

1.       Lavado
2.       Enjuague
3.       Secado

El lavado implica lavar la PCBA con un agente de limpieza. El enjuague elimina el agente de limpieza y los restos de soldadura/flux, mientras que el secado garantiza que no queden residuos contaminantes. Este artículo se centra en la optimización de los dos primeros subprocesos.

Estos son los parámetros decisivos para un proceso de limpieza eficaz:

1.       Agente de limpieza (Energía química)
2.       Temperatura de limpieza (energía térmica)
3.       Fuerza de impacto (energía mecánica)
4.       Tiempo de limpieza

Agente de Limpieza

En la industria electrónica, existen dos tipos principales de agentes de limpieza: a base de agua y a base de solvente. Para una comparación detallada de ambos tipos de limpiadores, consulte “Una comparación exhaustiva de limpiadores a base de agua y limpiadores con solventes”.

Los limpiadores a base de agua son seguros de usar y respetuosos con el medio ambiente en comparación con los limpiadores a base de solventes. Estos limpiadores populares y efectivos serán nuestro enfoque.

Para una limpieza a fondo, la química del limpiador debe ser capaz de solubilizar los contaminantes que se eliminarán y debe evaluarse caso por caso.

El aumento de la energía térmica (temperatura) maximiza el potencial de limpieza de un agente de limpieza acuoso. A medida que aumenta la temperatura, el flux se vuelve más suave y se puede penetrar más fácilmente con un agente de limpieza acuoso con la ayuda de energía mecánica [3]. La mayoría de los residuos orgánicos se disuelven mejor en agua caliente.

La alta temperatura también reduce la tensión superficial del agua a aproximadamente 25 dinas/cm, y ahora puede penetrar fácilmente en los espacios reducidos de los componentes que ahora producimos, logrando así una limpieza impecable.

Es importante tener en cuenta que las temperaturas más altas pueden causar grabado o corrosión, mayores pérdidas por evaporación y mayores costos de mantenimiento para el equipo involucrado. Para el lavado, generalmente, 80^oC es el límite superior de temperatura y para el enjuague, es 65^oC. Para una aplicación específica, la elección del producto químico de limpieza dicta el requisito de temperatura.

Desafío de Enjuague de Limpiadores A Base de Agua

'Humidificación ' define la capacidad de un líquido para permanecer en contacto con una superficie [2]. El agua, que sirve como el principal solvente en los limpiadores de base acuosa, tiene una alta tensión superficial (aproximadamente 72 dinas/cm) en comparación con los limpiadores de base solvente. Debido a su alta tensión superficial, el agua posee un bajo índice de humectación y su capacidad para penetrar dentro y fuera de espacios reducidos (por debajo de ≤ 1 mil de componentes de separación) es muy limitada.

Debido a esta alta tensión superficial, la eliminación de contaminantes en espacios reducidos con agua pura puede ser un gran desafío. Para superar esta limitación, se añaden tensioactivos para reducir la tensión superficial del agua en el subproceso de lavado. Sin embargo, la limpieza a base de agua requiere un enjuague posterior porque estos tensioactivos y otros aditivos químicos que son efectivos para la limpieza pueden afectar la confiabilidad del ensamblaje final.

El enjuague se realiza con agua desionizada (DI), que en sí misma tiene una alta tensión superficial. Como no es posible agregar surfactantes al agua desionizada de enjuague, el ingeniero de proceso debe manipular otros parámetros para reducir la tensión superficial.

Fuerza de Impacto

En el subproceso de enjuague, en lugar de utilizar tensioactivos, la tensión superficial del agua DI se reduce por medios mecánicos. La energía mecánica en forma de sistemas de rociado en el aire proporciona la fuerza física (agitación) para erradicar con éxito los residuos y contaminantes sobrantes debajo de los paquetes avanzados. En palabras simples, la energía mecánica reduce el tamaño de las partículas de agua. El ajuste de la energía mecánica se puede realizar optimizando la presión de la boquilla, ángulo de la boquilla, configuración de la boquilla y tipo de boquilla. Entre muchos tipos de boquillas, estos son los dos más comunes:

1.       Boquilla de chorro sólido: produce un chorro coherente de fluido a alta presión y movimiento omnidireccional [3]
2.       Boquilla Delta Stream (V-Jet): pulverización plana que proporciona una distribución uniforme de las gotas[3]

Aumentar el número de barras de rociado en la sección de enjuague puede mejorar el enjuague [4]. La presión de rociado depende de la delicadeza de los paquetes de la PCBA. Una mayor presión produce gotas de agua más pequeñas (y una limpieza completa), pero las PCBA pueden dañarse. En general, se prefieren los rociadores difusos a los rociadores coherentes para enjuagar [5]. En [3], un caso de estudio buscaba las condiciones óptimas para el enjuague. Las condiciones de funcionamiento y los resultados se resumen en la Tabla 2 y la Figura 1.

Tabla 2: Parámetros del estudio de caso [3]

Figura 1: Análisis detallado de la etapa de enjuague [3]

El estudio de caso concluyó que se puede lograr un enjuague efectivo usando un rociado difuso con un ángulo de rociado bajo, presión media y caudal alto. En otro estudio [6], se encontró que el uso de boquillas de alto volumen Intermix (chorros en V alternados y barras de rociado JIC) era el más eficiente para RMA y pastas no-clean.

Hora de Limpiar

El resultado de la limpieza depende en gran medida del tiempo que las tarjetas estén expuestas al limpiador y al agua desionizada. Aunque un tiempo de limpieza más corto aumenta el rendimiento, no garantiza una limpieza a fondo. Por lo tanto, el trabajo de un ingeniero de procesos es averiguar el tiempo mínimo requerido para una limpieza impecable. Los ingenieros de procesos deben recordar que la limpieza de la PCBA es tan efectiva como el enjuague final.

El tiempo de exposición en la limpieza en línea es inversamente proporcional a la velocidad de la cinta transportadora. En general, una cinta transportadora más rápida (tiempo de exposición reducido) no dará como resultado una limpieza a fondo, mientras que una velocidad más lenta puede dar como resultado una limpieza impecable (lavado + enjuague) por debajo de 1 mil de espacio libre [4], pero disminuirá el rendimiento y reducirá las ganancias.

Es la "Fuerza de impacto" la que desempeña un papel clave en la optimización del proceso de limpieza, ya sea la tensión superficial o el tiempo total de limpieza. La elección de la fuerza de impacto (configuración del colector de rociado) puede variar según los tipos de soldadura en pasta. El resultado de la limpieza con diferentes pastas de soldadura y configuraciones de colectores de pulverización se estudia en [6]. Los resultados se resumen en la Tabla 3.

Tabla 3: Tiempo de permanencia frente a la configuración del colector de pulverización para diferentes pastas [6]

Línea de Removedores de Flux En Línea de Techspray

Para concluir, la limpieza no depende de un solo parámetro. Para optimizar el proceso para obtener la máxima eficiencia y una limpieza impecable, se requieren pruebas iterativas con una combinación de parámetros.

Con más de cuatro décadas de experiencia exitosa en limpieza electrónica, Techspray posee la experiencia técnica para ayudar a los ingenieros de procesos a identificar el proceso de limpieza ideal para su aplicación. Además, Techspray ofrece su línea completa de potentes defluxers y limpiadores en línea que reducen el costo operativo general y aumentan el rendimiento. El ECO-DFLUXER SMT 100 que cumple con la RoHS es un limpiador ecológico a base de agua que se utiliza en todo el mundo y que es adecuado tanto para procesos por lotes como en línea. Una combinación única de saponificadores y solventes ayuda a los ingenieros de procesos a reducir la tensión superficial y aumentar el poder de penetración del agua en alturas de separación bajas. La capacidad de enjuague ultra de este limpiador hace que el proceso de limpieza sea más rápido. Otras características incluyen:

1.       Eficaz en una amplia gama de soldaduras y flux
2.       No inflamable
3.       Compuestos Orgánicos Volátiles Bajos (VOC)

Para aplicaciones que involucran metales sensibles ECO-DFLUXER SMT 200 de Techspray es el mejor producto para facilitar la vida de los ingenieros de procesos.

TechLab de Techspray ofrece servicios de limpieza, revestimiento y análisis de última generación para ayudar a los clientes a calificar nuevos productos y optimizar sus procesos. El equipo de limpieza incluye sistemas de desengrase en línea, por lotes, ultrasónicos y de vapor. Este equipo nos permite duplicar mejor su entorno de producción para la optimización de procesos y la resolución de problemas.

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