DE69007998T2

DE69007998T2 - Verfahren und Gerät zum Waschen von Leiterplatten.

Info

Publication number: DE69007998T2
Application number: DE69007998T
Authority: DE
Inventors: Aulis Tuominen
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1989-02-02
Filing date: 1990-01-30
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2010-01-31
Also published as: DE69007998D1; FI86944C; ATE104497T1; FI86944B; US5051136A; EP0381435A3; FI890507A0; EP0381435A2; FI890507A; EP0381435B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abwaschen von Flußmittelrückständen von einer Leiterplatte oder einem äquivalenten Bauelement nach dem Löten, auf der das Löten ausgeführt worden ist. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Ausführen der Waschprozedur.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind in der GB- A-20 84 865 und der DE-A-32 01 880 beschrieben.
Wenn hochaktive oder aktive und schmierige Flußmittel beim Löten von Leiterplatten verwendet werden, benötigen die Leiterplatten ein sorgfältiges Waschen, nachdem sie gelötet worden sind. Dieses Erfordernis ist nicht nur durch kosmetische Aspekte begründet, sondern auch durch die Erfordernisse der Testergebnisse bezüglich der Eigenschaften der Leiterplatte. Das Problem ist am größten, wenn Flußmittel auf Hochimpedanz- Leiterplatten verbleiben, die im Gebrauch kontinuierlichen thermischen Schwankungen ausgesetzt sind, was eine Korrosion bewirkt. Kein Nadelbett-Testen kann in dem Produktionsprozeß ohne Waschen ausgeführt werden.
Flußmittelrückstände sind in traditioneller Weise von den Leiterplatten mit Lösungsmitteln auf der Basis von Freonen abgewaschen worden, die Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe sind, die eine extrem große Lösungskapazität besitzen.
Für diese Lösungsmittelwaschsysteme, die teuer und schädlich sowohl für den Menschen als auch die Umwelt sind, die z. B. Ozon-Verluste bewirken, sind seit einer langen Zeit Anstrengungen unternommen worden, einen gewissen Ersatz zu finden. Eine wichtige Alternative ist ein Waschen mit Wasser, indem wasserabwaschbare Flußmittel entweder direkt verwendet werden oder ursprünglich lösungsmittelwaschbare Flußmittel verwendet werden, wobei diese zuerst mit gewissen alkalischen Substanzen behandelt werden, mit denen die Flußmittel "saponifiziert" bzw. "verseift" werden.
Man hat angenommen, daß ein Vorteil des Wasserwaschens bessere Lötergebnisse, die infolge der höheren Aktivität der Flußmittel auftreten, und eine höhere Reinheit ist, die sogar in mehrfacher Hinsicht den Lösungsmittelreinigungssystemen überlegen sind. Die Reinheit tritt infolge der leichten Auflösung von wasserabwaschbaren Flußmitteln in Wasser auf, und auf der anderen Seite kann Wasser, das kostengünstig ist, zum Spülen in großen Mengen frei verbraucht werden.
Wasserwaschen, das in anderer Hinsicht sehr nützlich ist, unterliegt jedoch zwei Problemen: Feuchtigkeit verbleibt im Inneren der Bauelemente nach einem Waschen, und aus den engen Räumen zwischen den Bauelementen verbleiben Flußmittelrückstände oft unentfernt. Diese Nachteile sind infolge der Tatsache vorhanden, daß Wasser eine größere Obeflächenspannung als die konventionellen Lösungsmittel hat. Es hat Anstrengungen gegeben, das Problem durch Reduzierung der Oberflächenspannung von Wasser mittels einer teuren Destillation und mittels Ionenaustauschsystemen zu lösen. Das hat sich je doch nicht als ökonomisch erwiesen.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren des Abwaschens von Flußmittelrückständen von einer Leiterplatte oder einem äquivalenten Bauelement nach dem Löten, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens einen Schritt aufweist, bei dem Dampf auf die Leiterplatte oder das äquivalente Bauelement gesprüht wird.
Es wird somit gelehrt, daß das Waschergebnis beträchtlich besser als zuvor ist, jedoch nicht teurer ist, wenn das Waschen mindestens einen Schritt enthält, in dem Dampf auf die Leiterplatte oder das äquivalente Bauelement gesprüht wird.
Der Dampfstrahlschritt kann als solcher zum Abwaschen von Flußmittelrückständen von der Leiterplatte oder einem äquivalenten Bauelement verwendet werden. Er kann auch mit irgendeinem bekannten Waschprozeß von Leiterplatten oder etwas Äquivalentem als ein zusätzlicher oder optionaler Prozeßschritt kombiniert werden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das Verfahren auch mindestens einen der folgenden Schritte einschließen:
Die Leiterplatte oder ein äquivalentes Bauelement wird mit Wasser vorteilhafterweise in einem geschlossenen Raum entweder nach einer Vorbehandlung mit einem Waschmittel oder bei Vorhandensein eines Waschmittels gewaschen,
die Leiterplatte oder ein äquivalentes Bauelement wird durch Abduschen mit Wasser darauf gespült, wobei dies vorteilhafterweise erwärmt ist. Die oben genannten Schritte laufen im allgemeinen vor dem Dampfstrahlschritt ab, und schließlich
die Leiterplatte oder das äquivalente Bauelement läßt man trocknen und abkühlen.
Diese Art eines Wasser- und Dampf-Waschverfahrens ist vorteilhafterweise ein sogenannter Inline-Prozeß, bei dem die zu waschende Leiterplatte oder das zu waschende äquivalente Bauelement z. B. mit einem Band durch die Zonen transportiert wird, in denen die oben genannten, in Reihe verbundenen Schritte ausgeführt werden.
Der Dampfstrahlschritt des Reinigungsprozesses der Wasserwaschschritte einschließt, wird vorzugsweise mit Wasserdampf ausgeführt, der auf einem solchen Druck und einer solchen Temperatur ist, der bzw. die auch im wesentlichen jegliche Feuchtigkeit von der Leiterplatte oder dem äquivalenten Bauelement zusätzlich zu den Verunreinigungen eliminiert. Ein leicht unter Druck gesetzter Dampf ist vollständig gasförmig und wird die auf der Leiterplatte oder einem gewissen Äquivalent verbleibenden Wassertropfen wirksam in eine gasförmige Form umwandeln.
Der Dampfstrahlschritt wird im allgemeinen durch verdampfendes Wasser ausgeführt, und zwar durch Leiten des so hergestellten Dampfes in Düsen, die in einer Dampfkammer angeordnet sind, von der er aus vielen Richtungen in Richtung auf die Leiterplatte oder ein gewisses Äquivalent gesprüht wird, die bzw. das in der Dampfkammer angeordnet ist. Indem die Dampfkammer auf einem keinen Überdruck gehalten wird, kann der Dampf aus der Kammer direkt in die Luft oder, falls gewünscht, durch einen Kondensator in eine Abwasserleitung herausgelassen werden.
Um die Flußmittelrückstände nach dem Löten von einer Schaltung oder einem äquivalenten Bauelement abzuwaschen, weist die Vorrichtung der Erfindung mindestens eine Zone auf, in der Dampf auf die Leiterplatte oder etwas Äquivalentes gesprüht wird. Die Zone besteht vorteilhafterweise aus einer dampferzeugenden Einrichtung, Zuführteilen zum Zuführen von Dampf in die strahlausstoßenden Düsen, die für diesen Zweck ausgelegt sind, aus dampfausstoßenden Düsen, die in Richtung auf die Leiterplatte aus verschiedenen Richtungen gerichtet sind, und aus Dampfkammerwänden darum mit Öffnungen zum Einführen der Leiterplatte oder etwas Äquivalentem in die Dampfkammer und aus ihr heraus. Die Dampfkammer kann auch mit einer Auslaßöffnung zum Ablassen von Dampf versehen sein, und auf der Außenseite der Kammer ist sie optional mit einem Kondensator zum Kondensieren des aus der Kammer ausgelassenen Dampfes versehen.
Die Einrichtung weist vorzugsweise auch auf:
einen geschlossenen Waschraum mit notwendigen Transport- und Waschteilen sowie einer Waschwasserzufuhr und einem -auslaß,
eine Spülzone mit einer Spülflüssigkeitszufuhr, Sprühteilen und einem Auslaß. Der Waschraum und die Spülzone sind vor der Dampfsprühzone angeordnet. Nach der Dampfsprühzone ist vorzugsweise
eine Trocknungs- und Kühlzone mit einer Trockenluftzufuhr und einem Trockenluftauslaß angeordnet.
Diese Zonen, d. h. der geschlossene Waschraum, der Spülraum, die Dampfsprühzone und die Trocknungs- und Kühlzone sind vorteilhafterweise eine nach der anderen angeordnet und von einer intakten äußeren Wand umgeben, jedoch mit inneren Wänden voneinander getrennt, um eine Inline-Prozeßvorrichtung zu erzeugen, durch die eine zu waschende Leiterplatte oder ein zu waschendes äquivalentes Bauelement z. B. auf einem Förderband transportiert wird.
Ein Beispiel der Erfindung ist nachfolgend unter Zuhilfenahme der Figur dargestellt, die eine prinzipielle Perspektivansicht der Inline-Waschvorrichtung für eine Leiterplatte oder äquivalente Bauelemente darstellt.
Eine Leiterplatte oder etwas Äquivalentes wird in eine Waschvorrichtung 1 durch einen Beladungsvorsprung 2 eingeführt, der auf der linken Seite in der Figur angeordnet ist, wovon ein Förderband das Stück zu einer ersten Waschzone 3 trägt. Die Waschzone 3 ist vorteilhafterweise so geschlossen, daß Waschmittel in dem Waschschritt zum Erzielen eines besseren Waschergebnisses zugegeben werden kann, und auf der anderen Seite Wasser eingespart werden kann, um die Umweltbelastung zu reduzieren. Nach dem ersten Wasserwaschschritt transportiert das Förderband die Leiterplatte durch eine Öffnung in der Unterteilung zu der nächsten Zone 4 der Waschvorrichtung, in der ein Duschspülen so ausgeführt wird auf der Leiterplatte, daß heißes Wasser in Richtung auf die Leiterplatte gesprüht wird. Eine Auslaßleitung 5 zum Ablassen von Wasserdampf ist in der Figur auch gezeigt.
Der letzte Waschschritt, der in der Dampfkammer 6 ausgeführt wird, weicht vollkommen von den konventionellen Waschschritten ab. Mit einer kleinen dampferzeugenden Vorrichtung 7, wie sie in der Industrie verwendet wird, wird Wasserdampf erzeugt, dessen Wärmegehalt, d. h. die Temperatur und der Druck, ihn während der gesamten Zeit in Dampfform hält, und der während keiner Phase sich in Wassertropfen umwandelt. In der Dampfkammer 6 wird Dampf auf die Leiterplatte von allen Seiten derart gesprüht, daß die Reaktionskräfte nicht in der Lage sind, die Leiterplatte, die auf dem Förderband voranschreitet, zu bewegen. Das Förderband ist vorteilhafterweise ein Metallgeflechtband. In der Dampfkammer 6 herrscht ein leichter Überdruck, der dann aus einer Auslaßleitung 8 abgelassen wird, die über der Einheit angeordnet ist, und zwar abgelassen durch einen Kondensator (nicht gezeigt) und in eine Abwasserleitung.
Der letzte Schritt ist eine Trocknungs- und Kühleinheit 9, die lediglich durch ein Saugprinzip arbeitet. Keine separaten Trockner werden benötigt, denn das heiße wässrige Gas hat sämtliche Feuchtigkeit von der Leiterplatte entfernt. Die Trocknungsluft tritt durch die Öffnung 10 aus und die gewaschene Leiterplatte aus dem Ausgabevorsprung 11.
Da das Endwaschen immer mit heißem Dampf ausgeführt wird, muß das in früheren Waschschritten verwendete Wasser nicht destilliert oder mit einem Ionenaustausch gereinigt werden. Der Vorteil des neuen Verfahrens und der neuen Vorrichtung der Erfindung sind nachfolgend aufgeführt:
Sie sind weniger teuer als frühere,
die Vorrichtung ist kleiner und praktischer als früher,
die Betriebskosten sind niedriger,
ein totales Trockenwaschergebnis wird damit erhalten,
Dampf dringt effizienter in die engen Abstände der Leiterplatte oder des äquivalenten Bauelementes ein und ergibt ein besseres Waschergebnis,
die kinetische Energie entfernt alle kleinen Partikel,
der in dem Verfahren verwendete Dampf hat eine bessere Lösungsfähigkeit,
das bei dem Anfangsschritt verwendete Wasser braucht nicht durch Destillieren oder Ionenaustausch gereinigt zu werden,
das Verfahren ist umweltseitig akzeptierbar; es erzeugt keine Freone, die die Ozonschicht beeinflussen, noch erzeugt es große Mengen an mit Flußmittel verschmutztem Wasser,
sie sind schneller als zuvor usw.

Claims

1. Verfahren zum Abwaschen von Flußmittelrückständen von einer Leiterplatte oder einem äquivalenten Bauelement nach dem Löten, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens einen Schritt aufweist, in dem Dampf auf die Leiterplatte oder das äquivalente Bauelement gesprüht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfstrahlschritt mit Wasserdampf verwirklicht wird, der einen derartigen Druck und eine derartige Temperatur aufweist, daß er zusätzlich zu den Verunreinigungen sämtliche Feuchtigkeit von der Leiterplatte oder dem äquivalenten Bauelement entfernt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfstrahlschritt durch Verdampfen des Wassers verwirklicht wird, und zwar durch Richten des erzeugten Dampfes in Düsen, die in einer Kammer angeordnet sind, wo er von verschiedenen Richtungen gegen die Leiterplatte oder das äquivalente Bauelement gesprüht wird, und durch Halten der Dampfkammer unter einem geringen Überdruck, um den Dampf aus der Kammer direkt in die Luft oder durch einen Kondensator in eine Abwasserleitung zu lassen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich zu dem Dampfstrahlschritt mindestens einen der folgenden Schritte aufweist:

Die Leiterplatte oder das äquivalente Bauelement wird mit Wasser vorteilhafterweise in einem geschlossenen Raum bei Vorhandensein eines Waschmittels gewaschen;

die Leiterplatte oder das äquivalente Bauelement wird durch Daraufsprühen von Wasser gespült, das vorteilhafterweise erwärmt ist, wobei diese Schritte dem Dampfstrahlschritt vorgeschaltet sind; und schließlich

die Leiterplatte oder das äquivalente Bauelement wird getrocknet und abgekühlt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um einen Inline-Prozeß handelt, bei dem die Leiterplatte oder etwas Äquivalentes durch Zonen befördert wird, in denen die zuvor erwähnten Schritte ausgeführt werden, wobei die Zonen in Reihe angeordnet sind.

6. Vorrichtung zum Abwaschen von Flußmittelrückständen von einer Leiterplatte oder einem äquivalenten Bauelement nach dem Löten, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Zone (6,7,8) zum Sprühen von Dampf in Richtung auf die Leiterplatte oder das äquivalente Bauelement aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfstrahlzone aus einer dampferzeugenden Vorrichtung (7), Zuführteilen zum Zuführen von Dampf in ihre strahlausstoßenden Düsen, strahlausstoßende Düsen, die in Richtung der Leiterplatte von verschiedenen Seiten gerichtet sind, und einer Dampfkammer (6) darum, die mit Öffnungen zum Einführen einer Leiterplatte oder eines äquivalenten Bauelements in die Dampfkammer (6) und aus ihr heraus versehen ist, sowie aus einer Ausstoßöffnung (8) auf der Wand der Dampfkammer zum Ausstoßen von Dampf aus der Kammer und möglicherweise aus einem Kondensator zum Kondensieren des die Kammer verlassenden Dampfes besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung auch aufweist:

einen geschlossenen Waschraum (3) mit notwendigen Transport- und Waschteilen und mit einer Zufuhr und einem Auslaß für Waschwasser;

eine Spülzone (4, 5) mit einer Spülflüssigskeitzufuhr, Sprühteilen und Auslässen (5), wobei der Waschraum (3) und die Spülzone (4, 5) vor der Dampfsprühzone (6, 7, 8) angeordnet sind; und nachfolgend zu der Dampfsprühzone (6, 7, 8)

eine Trocknungs- und Kühlzone (9) mit einer Trockenluftzufuhr und einem -auslaß.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Waschraum (3), die Spülzone (4, 5), die Dampfsprühzone (6, 7, 8) und die Trocknungs- und Kühlzone (9) nacheinander angeordnet sind und mit kompakten äußeren Wänden umgeben, jedoch mit inneren Wänden voneinander getrennt sind, und daß durch die Zonen eine Beförderung der Leiterplatte oder des äquivalenten Bauelementes unter Einschluß von Beladungs- (2) und Entladungsvorsprüngen (11) vorgesehen sind.