Способ очистки водосмываемого флюса с плат с монтажом безвыводных микросхем Российский патент 2023 года по МПК H05K3/26 

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.

После процесса пайки для специзделий СВЧ электроники необходима качественная очистка от остатков флюса в узких длинных полостях под корпусом микросхем.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение очистки от водосмываемого флюса низкопрофильных полостей под корпусами микросхем, в том числе и безвыводных.

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.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение качества очистки полостей безвыводных микросхем с шариковыми выводами.

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.

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.

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.

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.

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.

Таблица

Удельная проводимость дистиллированной воды, мкСм/см Температура воды, °С Давление сжатого воздуха в форсунках, атм Время очистки, сек Наиболее близкий аналог (RU №2133559) Заявляемый способ до 2,8 2,8 55 1,0 60 после 7,0 6,0 до 2,8 2,8 55 1,0 120 после 6,5 5,0 до 2,8 2,8 55 1,5 60 после 5,8 3,8 до 2,8 2,8 65 1,0 60 после 6,5 4,8 до 2,8 2,8 65 1,0 120 после 6,0 3,2 до 2,8 2,8 65 1,5 60 после 5,2 3,4 до 2,8 2,8 60 1,25 90 после 5,9 2,9 Примечание: в процессе замочки удельная проводимость дистиллированной воды повышается с 2,8 мкСм/см до 11,9 мкСм/см

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.

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.

Изобретение относится к радиоэлектронике. Технический результат - повышение качества очистки полостей безвыводных микросхем с шариковыми выводами. Технический результат достигается тем, что способ включает 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. 1 табл.

Способ очистки водосмываемого флюса с плат с монтажом безвыводных микросхем, включающий замачивание методом отмывки «струи в объеме», ополаскивание и сушку, отличающийся тем, что 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.