RU2807567C1 - Method for cleaning water-washable flux from boards with the installation of leadless microcircuits - Google Patents
Method for cleaning water-washable flux from boards with the installation of leadless microcircuits Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807567C1 RU2807567C1 RU2023110199A RU2023110199A RU2807567C1 RU 2807567 C1 RU2807567 C1 RU 2807567C1 RU 2023110199 A RU2023110199 A RU 2023110199A RU 2023110199 A RU2023110199 A RU 2023110199A RU 2807567 C1 RU2807567 C1 RU 2807567C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microcircuits
- cleaning
- flux
- leadless
- boards
- Prior art date
Links
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 230000004907 flux Effects 0.000 title claims abstract description 21
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000011295 pitch Substances 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 2
- RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N Abietic-Saeure Natural products C12CCC(C(C)C)=CC2=CCC2C1(C)CCCC2(C)C(O)=O RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N Rosin Natural products O(C/C=C/c1ccccc1)[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O1 KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N trans-cinnamyl beta-D-glucopyranoside Natural products OC1C(O)C(O)C(CO)OC1OCC=CC1=CC=CC=C1 KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к радиоэлектронике, а именно к способам очистки плат, и может быть использовано в производстве печатных узлов изделий ответственного назначения с применением современной элементной базы в виде безвыводных микросхем с массивом шариковых выводов под корпусом. The invention relates to radio electronics, namely to methods for cleaning boards, and can be used in the production of printed circuit components for critical products using modern element base in the form of leadless microcircuits with an array of ball leads under the housing.
После процесса пайки для специзделий СВЧ электроники необходима качественная очистка от остатков флюса в узких длинных полостях под корпусом микросхем.After the soldering process for special microwave electronics products, high-quality cleaning of flux residues in the narrow long cavities under the microcircuit housing is necessary.
Наиболее распространенным методом очистки является использование ультразвуковых колебаний [Красовская А.К., Беспалова С.В. Очистка ГИС от канифольсодержащих флюсов с помощью высокочастотной ультразвуковой обработки // Электронная техника. Серия Электроника СВЧ, вып. 6(378), 1985, С. 59-62]. Очистка в ультразвуке за счет кавитационных явлений в отмывочной жидкости обеспечивает эффективную очистку остатков флюса с паяных соединений. The most common cleaning method is the use of ultrasonic vibrations [Krasovskaya A.K., Bespalova S.V. Cleaning GIS from rosin-containing fluxes using high-frequency ultrasonic treatment // Electronic technology. Microwave Electronics Series, vol. 6(378), 1985, pp. 59-62]. Ultrasonic cleaning, due to cavitation phenomena in the cleaning liquid, ensures effective cleaning of flux residues from solder joints.
Однако к недостаткам данного способа можно отнести воздействие кавитационных явлений на кристаллы и электронные выводы активных элементов, располагаемых внутри корпуса микросхем. Большинство изготовителей подобных микросхем не рекомендуют применение ультразвукового воздействия на корпуса микросхем. Кроме того необходимо правильно с учетом расположения навесных элементов располагать платы в корзинах, а ополаскивание и сушка требуют отдельных ванн.However, the disadvantages of this method include the impact of cavitation phenomena on the crystals and electronic leads of active elements located inside the microcircuit housing. Most manufacturers of such microcircuits do not recommend the use of ultrasonic influence on microcircuit housings. In addition, it is necessary to correctly place the boards in baskets, taking into account the location of the hanging elements, and rinsing and drying require separate baths.
В промышленности все больше применяется струйная очистка [Смирнов А.И. Струйная отмывка печатных узлов. Вопросы выбора промывочной жидкости // Производство электроники: технологии, оборудование, материалы. №6, 2011, С.1-4]. Струйная очистка отличается компактностью, когда в одной камере отмывочная жидкость под давлением проводит очистку от флюсов, загрязнений, ополаскивание деонизованной водой и сушку. Jet cleaning is increasingly being used in industry [Smirnov A.I. Jet cleaning of printed circuit assemblies. Issues of choosing a flushing liquid // Electronics production: technologies, equipment, materials. No. 6, 2011, pp. 1-4]. Jet cleaning is compact, when in one chamber a washing liquid under pressure carries out cleaning from fluxes, contaminants, rinsing with deionized water and drying.
Струйная очистка требует применения специальных отмывочных жидкостей, которые не всегда могут использоваться для специзделий, так как в основе их используются растворители с низкой точкой вспышки в том числе широко распространенная бензино-нефрасовая смесь. Кроме того струйная очистка имеет сравнительно невысокую эффективность при отмывке печатных плат с разновысокими элементами (теневой эффект). Плотно расположенные элементы разного размера по высоте затеняют низкие, тем самым препятствуя попадания моечной жидкости на места нахождения флюса.Blast cleaning requires the use of special cleaning liquids, which cannot always be used for special products, since they are based on solvents with a low flash point, including the widespread gasoline-non-frass mixture. In addition, blast cleaning has a relatively low efficiency when cleaning printed circuit boards with elements of different heights (shadow effect). Densely spaced elements of different heights shade the low ones, thereby preventing washing liquid from reaching the flux locations.
Известен комбинированный способ очистки, когда печатные платы с монтажом поочередно обрабатываются ультразвуком и струями в объеме жидкости, описанный в патенте РФ на изобретение № 2074537. Способ заключается в воздействии струи жидкости на поверхность печатной платы, при этом струю формируют в виде струйного кавитационного потока при помощи гидрокавитационного генератора. Печатную плату и гидрокавитационный генератор помещают в жидкую среду, в которой струйный кавитирующий поток из генератора направляют перпендикулярно поверхности плат вдоль оси отверстий с возможностью обеспечения схлопывания газопаровых кавитационных пузырьков и отрыва выступающих на поверхности микровключений остатков материала путем производимых пузырьками микровзрывов с последующим их уносом потоком. Воздействие струйного потока осуществляют при перепаде давления 0,6 10 МПа.A combined cleaning method is known, when printed circuit boards with mounting are alternately treated with ultrasound and jets in a volume of liquid, described in the Russian Federation patent for invention No. 2074537. The method consists of exposing a jet of liquid to the surface of a printed circuit board, while the jet is formed in the form of a jet cavitation flow using hydrocavitation generator. A printed circuit board and a hydrocavitation generator are placed in a liquid medium in which a jet cavitating flow from the generator is directed perpendicular to the surface of the boards along the axis of the holes with the ability to ensure the collapse of gas-vapor cavitation bubbles and the separation of material residues protruding on the surface of microinclusions through microexplosions produced by the bubbles with their subsequent entrainment by the flow. The influence of the jet flow is carried out at a pressure drop of 0.6–10 MPa.
Однако для осуществления способа, описанного в наиболее близком аналоге необходим гидрокавитационный генератор для образования газопаровых пузырьков, что усложняет технологический процесс и требует дополнительных энергозатрат. Кроме того воздействие кавитации на кристаллы и выводы микросхем может вызвать потерю их работоспособности.However, to implement the method described in the closest analogue, a hydrocavitation generator is required to form gas-vapor bubbles, which complicates the technological process and requires additional energy consumption. In addition, the effect of cavitation on crystals and pins of microcircuits can cause loss of their performance.
Наиболее близким по технической сущности является способ очистки печатных плат, описанный в патенте РФ на изобретение №2133559. Способ очистки поверхности подложек и печатных плат предусматривает их обработку жидким растворителем в поле ультразвуковых колебаний, создаваемых при барботировании со сверхзвуковой скоростью истечения газа в жидкий растворитель. В процессе разгона до сверхзвуковой скорости истечения газ закручивают.The closest in technical essence is the method of cleaning printed circuit boards, described in the Russian Federation patent for invention No. 2133559. A method for cleaning the surface of substrates and printed circuit boards involves treating them with a liquid solvent in the field of ultrasonic vibrations created by bubbling gas flowing into the liquid solvent at a supersonic speed. During acceleration to supersonic exhaust speed, the gas is swirled.
Для этого способа характерны как недостатки ультразвуковой очистки - воздействие кавитации на внутренние кристаллы микросхем BGA,QFN, так и струйной очистки - невозможность очистки узких, замкнутых полостей в местах расположения микросхем и наличие теневых зон.This method is characterized by both the disadvantages of ultrasonic cleaning - the effect of cavitation on the internal crystals of BGA, QFN microcircuits, and jet cleaning - the inability to clean narrow, closed cavities at the locations of the microcircuits and the presence of shadow zones.
Задачей заявляемого изобретения является обеспечение очистки от водосмываемого флюса низкопрофильных полостей под корпусами микросхем, в том числе и безвыводных. The objective of the claimed invention is to ensure the cleaning of low-profile cavities under microcircuit housings, including leadless ones, from water-washable flux.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что в способе очистки водосмываемого флюса с плат с монтажом безвыводных микросхем, включающем замачивание методом отмывки «струи в объеме», ополаскивание и сушку, для повышения качества очистки водосмываемого флюса из низкопрофильных полостей микросхем под корпус локально под давлением 1,0-1,5 атм подают струи сжатого воздуха с шагом пропорциональным трем размерам шага выводов с каждой из сторон микросхемы в течение 1-2 минут при температуре дистиллированной воды 55-65°С.The essence of the proposed technical solution lies in the fact that in the method of cleaning water-washable flux from boards with the installation of leadless microcircuits, including soaking using the “jet-in-volume” washing method, rinsing and drying, to improve the quality of cleaning water-washable flux from low-profile cavities of microcircuits under the housing, locally under pressure 1.0-1.5 atm jets of compressed air are supplied with a pitch proportional to the three lead pitch sizes on each side of the microcircuit for 1-2 minutes at a distilled water temperature of 55-65°C.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение качества очистки полостей безвыводных микросхем с шариковыми выводами. The technical result of the claimed invention is to improve the quality of cleaning the cavities of leadless microcircuits with ball leads.
Предлагаемый технологический прием, заключающийся в оптимально подобранном наборе параметров (величина давления, размер шага, время воздействия), позволяет создать направленные вакуумно-пузырьковые струи от внешнего источника, что способствует активному удалению флюса из малых каналов, находящихся под корпусом микросхем, например, типа BGA, QFN. Наиболее эффективен предлагаемый способ в условия водосмываемых флюсов, так как вода и водные моющие жидкости имеют высокое поверхностное натяжение и за счет капиллярных сил не могут проникать в зазоры под микросхемой. Кроме того проникновению воды препятствует наличие флюса. The proposed technological method, which consists of an optimally selected set of parameters (pressure value, step size, exposure time), makes it possible to create directed vacuum-bubble jets from an external source, which promotes the active removal of flux from small channels located under the housing of microcircuits, for example, BGA type ,QFN. The proposed method is most effective in conditions of water-washable fluxes, since water and aqueous washing liquids have high surface tension and, due to capillary forces, cannot penetrate into the gaps under the microcircuit. In addition, the presence of flux prevents the penetration of water.
При подаче сжатого воздуха менее 1 атм вымывание остатков флюса происходит менее интенсивно из-за недостаточной «силы струи» и малого количества образовавшихся пузырьков воздуха. При давлении сжатого воздуха более 1,5 атм интенсивность очистки не улучшается даже при увеличении времени обработки, при этом не образуются пузырьки газа, а появляются струи. Подача воздуха с шагом равным трем размерам шага выводов обеспечивает достаточно высокую концентрацию пузырьков, которые непрерывно сталкиваются друг с другом и двигаются по различным траекториям, отклоняясь от вертикали. Обеспечение подачу сжатого воздуха на таком расстоянии (шаг микросхем в основном изменяется от 0,8 до 1,27 мм) обеспечивает очистку всех каналов под микросхемой.When compressed air of less than 1 atm is supplied, the flux residues are washed out less intensively due to the insufficient “jet force” and the small number of air bubbles formed. When the compressed air pressure is more than 1.5 atm, the cleaning intensity does not improve even with increasing processing time; gas bubbles do not form, but jets appear. Air supply with a pitch equal to three lead pitch sizes provides a sufficiently high concentration of bubbles that continuously collide with each other and move along different trajectories, deviating from the vertical. Providing a supply of compressed air at such a distance (the pitch of the microcircuits generally varies from 0.8 to 1.27 mm) ensures cleaning of all channels under the microcircuit.
Для эффективного растворения водосмываемых флюсов необходимо подогревать дистиллированную воду до температуры 55-65°С. При температуре ниже 55°С процесс размягчения остатков флюса происходит очень медленно и требует длительного времени, а при температуре выше 65°С процесс не ускоряется и требует лишних энергозатрат.To effectively dissolve water-washable fluxes, it is necessary to heat distilled water to a temperature of 55-65°C. At temperatures below 55°C, the process of softening flux residues occurs very slowly and takes a long time, and at temperatures above 65°C the process does not accelerate and requires unnecessary energy consumption.
Способ осуществляют следующим образом. Печатную плату с напаянными элементами, в том числе, например, и с BGA корпусами, погружают в ванну с дистиллированной водой или моющим водным раствором. Дистиллированную воду перед этим предварительно нагревают до температуры 65°С. На дне ванны расположен контур с форсунками для подачи сжатого воздуха, кроме того в ванне имеется стойка на которой закреплены группа из подвижных тонких трубочек для очистки BGA. При подаче одновременной подаче сжатого воздуха и жидкости ее струи формируют поток пузырей воздуха. Газовые пузыри схлопываются при столкновении с поверхностью, на которой находится флюс, вызывая агитирующее воздействие.The method is carried out as follows. A printed circuit board with soldered elements, including, for example, BGA packages, is immersed in a bath of distilled water or an aqueous washing solution. Before this, distilled water is preheated to a temperature of 65°C. At the bottom of the bath there is a circuit with nozzles for supplying compressed air; in addition, the bath has a stand on which a group of movable thin tubes for cleaning BGA is fixed. When compressed air and liquid are supplied simultaneously, its jets form a stream of air bubbles. Gas bubbles collapse when they collide with the surface on which the flux is located, causing an agitating effect.
Для экспериментальной проверки заявляемого способа очистки были изготовлены образцы с предельными и запредельными значениями Таблице. Качество очистки оценивали по удельному сопротивлению дистиллированной воды и внешнему виду. To experimentally test the proposed cleaning method, samples were made with limiting and extreme values in the Table. The quality of cleaning was assessed by the specific resistance of distilled water and appearance.
ТаблицаTable
Анализ результатов показал, что выбранный диапазон параметров технологического процесса способа очистки обладает преимуществом перед аналогами и прототипом, а именно обеспечивает качественную очистку водосмываемого флюса из-под низкопрофильных полостей микросхем, о чем свидетельствует снижение значения удельной проводимости воды до исходного состояния.Analysis of the results showed that the selected range of technological process parameters of the cleaning method has an advantage over analogues and the prototype, namely, it ensures high-quality cleaning of water-washable flux from under low-profile cavities of microcircuits, as evidenced by a decrease in the specific conductivity of water to the initial state.
Заявляемый способ очистки водосмываемого флюса с плат с монтажом безвыводных микросхем был реализован в условиях серийного производства на предприятии-Заявителе и применяется в настоящее время в процессе изготовления специзделий СВЧ электроники ответственного назначения. The inventive method for cleaning water-washable flux from boards with the installation of leadless microcircuits was implemented in mass production conditions at the Applicant enterprise and is currently used in the process of manufacturing specialized microwave electronics products for critical purposes.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2807567C1 true RU2807567C1 (en) | 2023-11-16 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2010463C1 (en) * | 1991-06-27 | 1994-03-30 | Олейник Анатолий Павлович | Board mount used mainly for liquid treatment of printed circuit boards |
| RU2041576C1 (en) * | 1992-02-17 | 1995-08-09 | Борис Сергеевич Алаев | Process of cleaning of surfaces of substrates of radio electron articles |
| RU2074537C1 (en) * | 1994-01-24 | 1997-02-27 | Виктор Петрович Радионов | Process of clearing of holes of printed-circuit boards |
| RU2133559C1 (en) * | 1997-03-11 | 1999-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Рютар" | Method for cleaning surfaces of substrates and printed-circuit boards |
| RU2445352C1 (en) * | 2010-08-16 | 2012-03-20 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Detergent |
| CN107708329A (en) * | 2017-08-31 | 2018-02-16 | 西安空间无线电技术研究所 | The method that BGA plants ball and assembling is realized in a kind of once backflow simultaneously |
| JP2019157106A (en) * | 2018-03-06 | 2019-09-19 | 荒川化学工業株式会社 | Cleaner and cleaning method |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2010463C1 (en) * | 1991-06-27 | 1994-03-30 | Олейник Анатолий Павлович | Board mount used mainly for liquid treatment of printed circuit boards |
| RU2041576C1 (en) * | 1992-02-17 | 1995-08-09 | Борис Сергеевич Алаев | Process of cleaning of surfaces of substrates of radio electron articles |
| RU2074537C1 (en) * | 1994-01-24 | 1997-02-27 | Виктор Петрович Радионов | Process of clearing of holes of printed-circuit boards |
| RU2133559C1 (en) * | 1997-03-11 | 1999-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Рютар" | Method for cleaning surfaces of substrates and printed-circuit boards |
| RU2445352C1 (en) * | 2010-08-16 | 2012-03-20 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Detergent |
| CN107708329A (en) * | 2017-08-31 | 2018-02-16 | 西安空间无线电技术研究所 | The method that BGA plants ball and assembling is realized in a kind of once backflow simultaneously |
| JP2019157106A (en) * | 2018-03-06 | 2019-09-19 | 荒川化学工業株式会社 | Cleaner and cleaning method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101463997B1 (en) | Method of cleaning substrates and substrate cleaner | |
| JP2610854B2 (en) | Method for cleaning printed circuit board and / or printed wiring board | |
| ATE452419T1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR CLEANING AND DRYING A SUBSTRATE | |
| TW503480B (en) | Method of rinsing residual etching reactants/products on a semiconductor wafer | |
| US20170316961A1 (en) | Substrate liquid processing method, substrate liquid processing apparatus, and computer-readable storage medium that stores substrate liquid processing program | |
| KR20040002900A (en) | Megazone system | |
| RU2807567C1 (en) | Method for cleaning water-washable flux from boards with the installation of leadless microcircuits | |
| JP2023162285A (en) | Cleaning solution containing mixture of polyoxyalkylene nonionic surfactants for cleaning metal surfaces | |
| JP2016029705A (en) | Substrate processing method and substrate processing apparatus, and computer-readable storage medium with substrate processing program stored therein | |
| KR101933080B1 (en) | Substrate treating apparatus, process fluid treating apparatus and ozone decomposition method | |
| KR100672942B1 (en) | Apparatus and method for drying substrates used in manufacturing semiconductor devices | |
| KR20090122500A (en) | Power ultrasonic waves cleaning system for removing of high dose ion-implanted photoresist in supercritical carbon dioxide | |
| CN115287130A (en) | PCB (printed circuit board) ion pollution cleaning agent | |
| KR100862231B1 (en) | Apparatus for injecting cleaning liquid and apparatus for cleaning a substrate having the same | |
| US9406500B2 (en) | Flux residue cleaning system and method | |
| JP2005167089A (en) | Apparatus and method for washing substrate | |
| KR101951764B1 (en) | Nozzle capable of hitting power control of fluid and substrate cleaning system using the same | |
| KR101556847B1 (en) | Vacuum cleaning based termination system | |
| JP2004016919A (en) | Washing apparatus for work having fine pores and washing method of the same | |
| JPH0790628A (en) | Etching device and etching method for thin film | |
| KR20080089710A (en) | Method of cleaning a semiconductor device | |
| JP2005347439A (en) | Cleaning method and apparatus for printed wiring board | |
| KR101915053B1 (en) | All-in-one steam nozzle forming liquid curtain | |
| JPH0290591A (en) | Processing method of inside of hole | |
| KR100865179B1 (en) | Apparatus for etching the substrate |