DE102020133006A1

DE102020133006A1 - Reinigungsverfahren für einen mit Elektronikbauteilen bestückten flexiblen Leiterfilm

Info

Publication number: DE102020133006A1
Application number: DE102020133006.5A
Authority: DE
Inventors: Aleksej Petri
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2021-06-10
Anticipated expiration: 2040-12-11
Also published as: DE102020133006B4

Abstract

Bei einem Reinigungsverfahren für einen mit Elektronikbauteilen bestückten Leiterfilm werden die durch den Lötprozess bedingt Flussmittelrückstände auf dem Leiterfilm mittels eines Trockeneisstrahlverfahrens entfernt, wobei elektrostatische Aufladungen, die zu einer Beschädigung von empfindlichen elektronischen Bauteilen führen können, vermieden werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Reinigungsverfahren für einen mit Elektronikbauteilen bestückten flexiblen Leiterfilm.
Stand der Technik
Elektronische Baugruppen werden in vielen Industriebereichen benötigt. Bei der Herstellung dieser Baugruppen werden flexible Leiterfilme oder starre Leiterplatten mit Elektronikbauteilen auf Bestückungsautomaten automatisch bestückt und anschließend mittels entsprechender Lötverfahren (Reflow / Infrarot) verlötet.
Für den Lötprozess werden in der Regel Flussmittel benötigt, dabei ist nicht auszuschließen, dass Flussmittelrückständen (1) an den Lötpunkten verbleiben. Diese Flussmittelrückstände können sich bei weiteren Bearbeitungsschritten oder auch im Betrieb der Elektronik als sehr störend auswirken, z.B. kann bei einer Abtastung der Anschlüsse mit Kontaktstiften dies zu fehlerhaften Messungen führen bzw. im Einsatz der Baugruppe zu Fehlfunktionen führen.
Deshalb wird im Industriebereich ein großer Aufwand betrieben, um Flussmittelrückstände entweder ganz zu vermeiden oder möglichst vollständig von den bestückten Leiterplatten zu entfernen. Für die Reinigung der bestückten Leiterplatten werden verschiedene Verfahren eingesetzt.
Aus der EP108422A1 ist ein Verfahren basierend auf der Verwendung von flüssigen chemischen Reinigungsmitteln bekannt. Teilweise werden auch kombinierte Reinigungsverfahren z. B. mit Ultraschall eingesetzt, dabei wird der Reinigungseffekt durch das chemische Auflösen des Flussmittels mit anschließendem Abtrag durch Ultraschallwellen unterstützt.
Ein früher sehr vielfach eingesetztes Reinigungsmittel war 1,1,2-trifluoro-1,2,2-trichloro- ethane (Fluorocarbon 113) unter Zumischung von 10.67 volumenprozent methanol und 0.33 volumenprozent nitromethane.
Die Anwendung dieser Verfahren erfordert sehr komplexe und große Reinigungsanlagen mit ständiger Überwachung der chemischen Prozessparameter durch entsprechend qualifiziertes Fachpersonal.
Die Entsorgung der chemischen Stoffe und die damit verbundenen Managementprozesse und die erforderlichen Freigaben sind sehr aufwendig.
Für einen Reel-to-Reel-Fertigungsprozess d.h. Rolle zu Rolle, wobei der unbestückte Leiterfilm abgewickelt wird und abschnittsweise bestückt und wieder aufgewickelt wird, sind diese bekannten Verfahren gar nicht oder nur bedingt geeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Reinigungsverfahren für einen mit Elektronikbauteilen bestückte Leiterfilm anzugeben, das die oben genannten Nachteile vermeidet, das umweltschonend ist und das einfach und kostengünstig durchführbar ist.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, zur Reinigung des bestückten Leiterfilms ein Trockeneisstrahlreinigungsverfahren anzuwenden. Dadurch können Flussmittelrückstände einfach schnell und umweltschonend nach dem Lötvorgang entfernt werden.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand mehrere Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1 Lötstelle einer bestückten Elektronikplatine vor der Reinigung
2 Lötstelle nach 1 nach der Reinigung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
3 Prinzipdarstellung mehrere Verfahrensschritte bei dem erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren

1 zeigt eine Lötstelle einer bestückten Elektronikplatine. Die Pfeile zeigen auf die Flussmittelrückstände.
2 zeigt eine Ansicht der Lötstelle gemäß 1 nach der Entfernung der Flussmittelrückstände mittels Trockeneisstrahlreinigungsverfahren (Pfeile zeigen die Spuren von abgeplatzten Flussmittelrückständen)
Bei dem Trockeneisstrahlreinigungsverfahren werden kleine Pellets von Trockeneis mittels eines Düsenstrahls auf die Bereiche „geschossen“ die Flussmittelrückstände aufweisen.
Die Düse des Düsenstrahls kann dabei unter Verwendung konventioneller Positioniersysteme bspw. X/Y-Tisch oder einem mehrachsigen Roboter sehr präzise und sehr schnell auf die Lötstellen positioniert und auch aktiviert werden.
Die Stellen, an denen Flussmittelrückstande auftreten können, sind bekannt.
Die gereinigte Stelle auf der Elektronikplatine ist durch Abplatzungen des Flussmittels erkennbar (2). Die Besonderheit der Parametrisierung besteht darin, dass der abrasive Effekt des Verfahrens nicht zustande kommt. Außerdem bleibt auch die statische Aufladung bei dieser Einstellung auf einem Niveau, die für die empfindlichen Bauteile nicht kritisch ist, was eine ESD-Schädigung ausschließt.
Bei dem Prozess müssen keine Chemikalien entsorgt werden. Das Trockeneis sublimiert zum gasförmigen CO2, was die Umwelt nicht belastet, weil dieselbe Menge von CO2 bei der Herstellung von Trockeneis aus der Umwelt genommen wurde. Die abgeplatzten Flussmittelrückstände in Form vom Staub werden über Arbeitsplatzabsaugung und Filtersysteme abgefangen. Trockeneisstrahlreinigungsverfahren findet bereits jetzt Anwendung in Industrie und Handwerk z. B. zum Reinigung und Entgraten verschiedener Oberflächen und Kanten. Der Reinigungswirkung basiert auf drei physikalischen Effekten: Sublimation, Temperaturschock und abrasive Wirkung.
Von besonderem Vorteil im Elektronikbereich ist, dass Trockeneis elektrisch nichtleitend ist. Es ist chemisch inert, ungiftig und nicht brennbar.
Bei der Anwendung sublimiert Trockeneis. Im Gegensatz zu anderen Strahlmitteln geht Trockeneis bei Umgebungsdruck ohne Verflüssigung direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über.
Zum Reinigen werden die Trockeneispartikel in einem Düsenstrahl beschleunigt und treffen mit hoher Geschwindigkeit auf die zu reinigende Stelle. Dadurch wird die zu entfernende Flussmittelschicht lokal stark unterkühlt und versprödet.
In die Sprödrisse können weitere Trockeneispartikel eindringen. Sie sublimieren beim Auftreffen schlagartig und vergrößern ihr Volumen extrem. Dabei werden die Flussmittelrückstände von der Oberfläche „abgesprengt“.
In 3 ist im Prinzip mehrere Phasen des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens. Die linke Teilfigur zeigt wie der Trockeisstrahl auf die zu reinigende Fläche trifft. Die rechte Teilfigur zeigt die Oberfläche nach dem Reinigungsschritt. Deutlich erkennbar ist, wie fokusiert der Reinigungsstrahl ist und wie gezielt einzelne Stellen der Elektronikplatine gereinigt werden können.
Ein Problem bei den bekannten Trockeneisverfahren ist, dass beim Reinigungsprozess elektrostatische Aufladungen (ESD) entstehen können, die nur aufwendig, z.B. mittels zusätzlicher Dampfzugabe vermieden werden können. Hierfür wäre vollständig entsalztes Wasser erforderlich, da andernfalls Korrosionsbildung nicht ausgeschlossen werden kann. Bei der vorliegenden Erfindung ist keine zusätzliche Dampfzugabe erforderlich, um elektrostatische Aufladungen zu vermeiden.
Damit können auch sehr empfindlichen elektronischen Bauteile ICs oder andere auf MOSFET-Technologie basierenden Bauteile zuverlässig gereinigt werden, ohne dass ESD-Schäden an den elektronischen Bauteilen zu befürchten sind.
Damit keine höheren elektrostatischen Aufladungen entstehen können, wird das Reinigungsverfahren bei den folgenden Prozessparametern durchgeführt. Druck ca. 0.5 bar, Trockeneisverbrauch von ca. 4-6 kg/h. Diese Prozessparameter sind für einen Düsendurchmesser von 3 mm ausgelegt. Der Abstand Düse Lötstelle beträgt dabei 20 mm. Die Verfahrgeschwindigkeit des Düsenkopfes liegt bei ca. 30 mm/s. Die elektrostatischen Aufladungen liegen bei dieser Wahl der Prozessparameter bei weniger als 300 V. Damit können durch den Reinigungsprozess bedingte ESD-Schäden an sehr empfindlichen elektronischen Bauteilen vermieden werden.
Die gute Reinigung der Lötpunkte ist besonders dann wichtig, wenn der bestückte Leiterfilm einem Funktionstest FKT oder einer Abgleichprozedur, z. B. einem ICT in circuit test) unterworfen wird. Schon geringe Flussmittelrückstände an den entsprechenden Lötpunkten (Abtastpunkten) können zu Fehlmessungen, bedingt durch Übergangswiderstände, führen.
Flexible Leiterfilme sind typischerweise etwa 100 µm stark und dürfen deshalb beim Reinigungsvorgang nicht stark belastet werden. Bei starren Leiterplatten ist diese Einschränkung weniger zu beachten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 108422 A1 [0005]

Claims

Reinigungsverfahren für einen in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess mit Elektronikbauteilen bestückten Leiterfilm, wobei bei der Bestückung die Elektronikbauteile an vorgegebenen Lötpunkten aufgelötet werden und beim Lötprozess zur besseren Benetzung des Lötpunkts ein Flussmittel eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass an einzelnen ausgewählten Lötpunkten lokal im Wesentlichen auf den Lötpunkt beschränkt, ein Trockeneisstrahl mit einem Durchmesser von ca. 3mm mit Hilfe einer Düse von 3 mm, bei einem Druck von 0.5 bar und einer Trockeneisstrahlleistung von 4-6 kg Trockeneis pro Stunde generiert wird und die Flussmittelrückstände, die durch den Lötprozess bedingt sind, lokal an den ausgewählten Lötpunkten entfernt werden, wobei die elektrischen Aufladungen ohne den Einsatz von Wasserdampf unter 300 V verbleiben.
Reinigungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse für das Trockeneisstrahlverfahren mit einem kartesischen Positionierungssystem oder mit einem mehrachsigen Roboter an die zu reinigenden Stellen verfahren wird.
Reinigungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsprozess optisch überwacht wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Reinigungsverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.