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3-2015

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Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion

Reinigung Vorteilhafte

Reinigung Vorteilhafte Reinigung von Leiterplatten Der Beitrag stellt FinalClean, ein neues Reinigungsverfahren für Leiterplatten, näher vor. Es bietet technologische, ökologische als auch wirtschaftliche Vorteile. Bild 1 Darstellung des stromlosen Ni/Chemisch-Au-Prozesses. Quellen für Bild 1 bis 3: Atotech: Mechanismus Saurer Reiniger, 03/08/2011 Bild 2: Darstellung der Nickeloxyd-Bildung Bild 3: Darstellung der Nickeloxyd-Auflösung Mit FinalClean erfolgt die Reinigung von Leiterplatten (PCBs) nach dem Zuschneiden und Fräsen. Das neue Verfahren wird bei schlecht lötbaren Electroless-Nickel/Immersion- Gold (ENIG) und Electroless- Nickel/Electroless-Palladium/ Immersion-Gold-Oberflächen (ENEPIG) verwendet sowie bei überlagerten ENIG/ENEPIG- Platinen. Wie funktioniert es? Das Verfahren erlaubt die Behandlung in horizontaler Anlagentechnik. Der Prozess beginnt mit einem ultraschallunterstützten Reinigungsmodul, welches Schwefelsäure und Aurotech FinalClean (spezielle Lösung) enthält. Diese beiden Komponenten sorgen für eine perfekte Reinigung der PCB-Oberfläche. Danach wird mit vollentsalztem Wasser mit einer sehr niedrigen Leitfähigkeit gespült, getrocknet und in Luftpolsterfolie verpackt. Was passiert nun dabei auf der Leiterplatten-Oberfläche? ENIG/ENEPIG ist eine direkte, stromlose Nickelabscheidung auf Kupfer. Neben der Nickelschicht ist eine Goldbeschichtung auf der Oberfläche erforderlich. Der Chemisch-Gold-Prozess ist ein Austauschverfahren von Nickel und Gold. Während des chemischen Verfahrens ersetzt ein Goldatom zwei Nickelatome, welches in manchen Fällen zu einer falschen Positionierung des Goldatoms führt. Bild 1 zeigt schematisch den stromlosen Ni/Chemisch-Au- Prozess. Nach der Beschichtung werden die PCBs gespült und getrocknet. Umwelteinflüsse, wie Temperatur und Feuchtigkeit, können zu ihrer künstlichen Alterung führen: Bild 4: PCB-Oberfläche vor dem FinalClean-Einsatz Bild 5: PCB-Oberfläche nach dem FinalClean-Einsatz 30 3/2015

Reinigung Bild 6: PCB-Oberfläche vor dem FinalClean-Prozess Bild 7: PCB-Oberfläche nach dem FinalClean-Prozess Nickeloxyd bildet sich auf der Oberfläche (Bild 2). Nickeloxid wird durch korrosive Medien aufgelöst, sodass Nickel in ionogener Form an die Oberfläche diffundiert. Auf der Goldoberfläche tritt wieder Nickeloxyd auf. Aurotech FinalClean enthält spezielle Chemikalien, welche die Oberfläche vollständig benetzen. Schwefelsäure und Aurotech Final- Clean lösen ultraschallunterstützt das Nickeloxyd von der Goldschicht. In Bild 3 ist dies schematisch gezeigt. Anschließend wird in einer Vierfach-VE-Wasserkaskade gespült. Dies führt zu einem einwandfreien Reinigungsergebnis. Danach werden die PCBs horizontal getrocknet. Das Reinigungsverfahren aktiviert die Edelmetall-Oberfläche, wodurch sie wieder lötbar wird. In der Praxis Vor und nach dem Final- Clean-Prozess wurden PCBs der gleichen Charge (DC4299) gelötet. Die Bilder 5 und 7 zeigen eine verbesserte Lötung an 15 jahre alten pcbs. Die Bilder 4 und 6 wurden ebenfalls bei der APL mittels Stereomikroskop, bei gleicher Vergrößerung, aufgenommen. Diese zeigen die Lötung der pcbs vor dem Final- Clean. Alle Leiterplatten, die mit dem FinalClean Prozess behandelt wurden, zeigen ein besseres Lötergebnis. Die Benetzung mit Lot der LPs nach dem Final- Clean-Prozess ist weitaus besser als die von den nicht gereinigten Platinen. Die gute Wirkung bestätigt auch das Ergebnis einer eingehenderen analytischen Untersuchung. Das Ergebnis der Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie zeigt eine deutliche Abnahme der Elemente Ni und O, dies bestätigt wiederum die Funktionsweise des FinalClean Prozesses. Nickeloxid wird durch den FinalClean Prozess von der Oberfläche entfernt, was die verbesserte Lötbarkeit erklärt. Die Analysen-Ergebnisse der ATU GmbH Herrenberg, Auftrag # 1412001, 06/02/2015 zeigen auch einen höheren Gehalt an Gold, dieser hohe Gehalt ist durch die fehlende Nickeloxidschicht begründet. Vorteile dieses Prozesses Der FinalClean-Prozess hat eine Menge Vorteile. Technologische Pluspunkte sind. • Gold muss nicht von der PCB- Oberfläche entfernt werden. • sehr einfache Neuaktivierung der Oberfläche ohne Neubeschichtung von Nickel und Gold • sehr geringer Stress auf Basismaterial und Lötstopplack • hocheffektives Verfahren • Erfolgsquote >95% Hinzu kommen mehrere ökologische Vorteile: • keine Chemie-Abfälle • Reinigungsprozess enthält keine giftigen und umweltschädlichen Materialien, wie es bei einer Neubeschichtung der Fall wäre • geringer Wasserverbrauch • geringer Energieverbrauch durch niedrige Prozesstemperatur Als wirtschaftliche Vorteile sind zu nennen: • kosteneffizient durch kürzeren Prozess im Vergleich zu einer neuen Nickel-Gold- Beschichtung • keine Neubeschaffung von PCBs notwendig APL Oberflächentechnik GmbH www.apl-ssc.com 3/2015 31

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© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel