Pulizia è affidabilità

PRODUZIONE –

Residui di lavorazioni precedenti e contaminanti di ogni natura sono tra i naturali nemici tanto del processo quanto del buon funzionamento di un pcb. La loro rimozione è necessaria per avere un processo robusto e una scheda affidabile nel tempo.

Una delle variabili che contribuisce alla riuscita del
processo produttivo è la sua pulizia che, come avviene per la manutenzione, ne
è parte integrante; contribuisce nel mantenere le variabili di processo all'interno
dei limiti prefissati. Ci sono due direttrici distinte di influenza dell'attività
di pulizia, la linea di assemblaggio e il pcb. In tutti e due i casi c'è un
costo da affrontare in quanto sia i sistemi che i materiali specifici sono un
frutto tecnologico, risultato di una ricerca e sviluppo al pari di altri
prodotti comunemente impiegati.

 

La pulizia in saldatura

Il forno è una potenziale fonte di inquinamento superficiale
delle schede. I forni a convenzione d'aria o di azoto pur non essendo particolarmente
soggetti all'accumulo di incrostazioni vanno comunque puliti per mantenere la
massima efficienza nel trasferimento termico e per evitare il ricircolo di
impurità. Durante le operazioni di pulizia è bene non utilizzare liquidi
generici, che sebbene rimuovano lo sporco possono danneggiare parti del forno
come a esempio le guarnizioni di tenuta. Esistono delle sostanze apposite che
non solo facilitano la pulizia, ma assicurano la completa rimozione di ogni
contaminante in assoluta sicurezza per l'operatore e per il forno. In molti forni sono presenti i sottosistemi per il recupero
del flussante (flux management) in cui si convoglia l'aria o l'azoto (che hanno
già ceduto calore ai pcb) in una batteria di raffreddamento il cui compito è
abbassarne la temperatura. Attraverso dei filtri che ne catturano il flussante
contenuto, l'aria purificata e raffreddata viene convogliata nella zona di
cooling in uscita.

Filtri e batteria di raffreddamento devono essere
periodicamente puliti, meglio se mediante lavaggio con lavatrici a ultrasuoni. In saldatura a onda, nel processo classico così come in
saldatura con minionda, il risultato finale può essere negativamente
influenzato dalla mancata pulizia della macchina. Fondamentalmente in una saldatrice ci sono tre diversi
sottosistemi che hanno caratteristiche proprie, ma interagiscono strettamente
col pcb e i prodotti di consumo. In cascata sono l'area di flussatura, quella di preriscaldo
e l'unità di saldatura, che si influenzano reciprocamente. I sistemi di flussatura usualmente utilizzati sono del tipo
a schiuma o quello a spray, eventualmente entrambi presenti. La pulizia del
sistema spray comporta benefici di ordine funzionale, non arrivando a
contaminare il pcb. La flussatura a schiuma è più soggetta all'inquinamento in
quanto la ricaduta del flussante in eccesso nella vaschetta comporta il
trasporto dei residui delle lavorazioni precedenti subite dal pcb. Non solo si
corre il rischio di intasare le aperture della pietra porosa, ma con
determinati flussanti si corre il rischio di alterarne l'originaria
composizione chimica, inoltre le impurità microscopiche che possono viaggiare
in sospensione sulla schiuma potrebbero ritornare ad aderire sulla superficie
della scheda. In generale rimuovere le incrostazioni di flussante
dall'intera area di flussatura evita che cristallizzazioni del liquido possano
contaminare accidentalmente il pcb in transito. Senza un adeguato trasferimento termico il flussante può
lasciare patine oleose o polvere bianca, quindi è bene assicurare l'efficienza
dei pannelli radianti anche mediante una buona pulizia, che nel caso dei
pannelli ad aria calda evita che particelle di impurità possano migrare sulla
scheda, convogliate dal flusso d'aria.

In caso di mancata pulizia della saldatrice la lega del
pozzetto è esposta al pericolo di inquinamento da parte di impurità lasciate
dal passaggio dei carrelli sporchi o dalle catene incrostate di flussante;
oltre a generare problemi nella stabilità dell'onda, espone a problemi nella
formazione dei giunti e procura residui di scorie come la polvere nera.

Buona norma è pulire giornalmente il bagno d'onda asportando
le scorie che ristagnano in superficie; in funzione delle ore di lavoro, con
cadenza semestrale o annuale va eseguita una pulizia radicale del crogiolo. La pulizia dei carrelli e delle parti costituenti l'unità di
flussatura è realizzata mediante lavaggio con acqua mista a detergenti.
Esistono in commercio dei sistemi di lavaggio dove si possono alloggiare
diversi carrelli per ciclo. Nelle macchine di lavaggio più complete sono
presenti anche l'unità di risciacquo e quella di asciugatura.

 

La pulizia in serigrafia

Le schede non ancora assemblate potrebbero conservare sulle
superfici residui derivanti delle lavorazioni precedenti, che risultano dannosi
pregiudicando il risultato della serigrafia. La loro pulizia
avviene mediante un semplice sistema installato in ingresso alla serigrafica. È
costituito da quattro rulli, due superiori e due inferiori, costruiti in gomma
sintetica. I due rulli a contatto col pcb raccolgono ogni tipo di impurità che
trasferiscono agli altri due rulli adesivi di raccolta. In uscita dai rulli e prima dell'ingresso nella serigrafica,
un dispositivo elettrico elimina le cariche elettrostatiche eventualmente
accumulate durante la precedente azione di pulizia. Questa operazione assicura l'ingresso in serigrafia di
schede esenti da ogni contaminazione. Attualmente ogni serigrafica automatica è dotata di sistema
per la pulizia in macchina dello stencil. Carta, solvente e aspirazione
compongono il sistema. La carta può lavorare a secco, inumidita col solvente e
col supporto dell'aspirazione; i cicli sono impostati dall'operatore
(eventualmente alternandoli in funzione del numero di pcb serigrafati) o essere
attivati dal sistema di ispezione ogniqualvolta rilevi un problema. Le
serigrafiche di ultima generazione che montano i sistemi di ispezione
post-print, controllano lo stato delle aperture della lamina, attivando
all'occorrenza il ciclo di pulizia. La peculiarità principale del rotolo di carta è quella di
non lasciare assolutamente nessun residuo, la seconda di essere resistente alla
trazione anche quando è inumidita da solventi e la terza, ma non ultima, di
possedere una trama atta a rimuovere ogni particella di lega presente sullo
stencil. Ai fini di un processo pulito è buona norma lavare i telai
serigrafici dopo ogni utilizzo, per assicurarsi che non
rimangano occlusioni negli angoli delle aperture. I sistemi di lavaggio,
usualmente a ultrasuoni, utilizzano acqua con additivi alcalini, le scorie
vengono raccolte da filtri che sono poi smaltiti con i residui di saldatura,
mentre ripristinato a livello neutro il ph dell'acqua la si smaltisce con le
acque reflue, ma non prima di aver effettuato alcune centinaia di cicli di
lavaggio.

 

Il problema della depurazione delle acque

I metalli pesanti che sono tipici prodotti di rifiuto in
molte lavorazioni industriali sono notoriamente non solo pericolosi per
l'ambiente e la salute umana, ma anche difficili da smaltire. Uno dei metodi che è possibile utilizzare ricorre alle celle
elettrochimiche che utilizzano un elemento di carbone poroso come elemento base
catodico, che ha il pregio di aumentare l'efficienza energetica del processo.
L'acqua, una volta depurata dagli inquinanti principali, deve avere un tenore
di acidità neutra (ph=7) per poter essere immessa negli scarichi fognari, a
questo proposito sono in commercio dei correttori che opportunamente dosati
ripristinano l'equilibrio dei bagni. Alcuni produttori di macchine a ultrasuoni per il lavaggio
dei telai serigrafici forniscono liquidi che vengono smaltiti per evaporazione
lasciando residui solidi principalmente costituiti da lega saldante.
L'operazione di alimentare il crogiolo della saldatrice con questi “recuperi”
non è consigliabile perché c'é il rischio di inquinare il bagno di lega. Un
secondo problema può nascere dalla necessità di far evaporare il liquido
dismesso che pur non causando problemi di inquinamento, richiede sicuramente spazio
per le vasche nel caso di evaporazione naturale o investimenti nel caso si
ricorra all'utilizzo di forni specifici.

 

Lavaggio dei pcb

L'operazione di lavaggio è orientata ad evitare l'insorgere
delle correnti parassite e delle conseguenti corrosioni indotte dalla
contaminazione ionica. Problemi che si manifestano perlopiù quando la scheda è
installata sul dispositivo in campo. Il lavaggio delle schede assemblate è stato per molti anni
abbandonato, in particolare a seguito dell'introduzione dei prodotti di
saldatura no-clean, e anche perché è sempre stato giudicato un passaggio senza
valore aggiunto.

Attualmente si assiste a un rinnovato interesse nei
confronti del lavaggio, senza l'impiego di sistemi in linea come avveniva un
tempo, ma con l'utilizzo di più economiche lavatrici batch. Ci sono diverse ragioni che contribuiscono a rendere
auspicabile il lavaggio. Ad esempio prima di procedere al conformal coating,
consente di avere la sicurezza di non inglobare alcun contaminante, ma si lava
anche per assicurare il contatto delle sonde nei sistemi di test elettrico
oppure si lava per ragioni semplicemente estetiche prima di passare
all'ispezione ottica.

A dispetto di ogni precauzione, particelle microscopiche di
diversi tipi di contaminante possono depositarsi sul pcb durante il suo
attraversamento del ciclo produttivo. Può essere materiale di tipo organico
come pollini, sudore, capelli, piccole squame di pelle o forfora, oppure
materiale inorganico come la generica polvere, particelle d'olio (proveniente
da vari macchinari), materiale staccatosi da imballi come cartone, spugne e
colle di nastro adesivo.

I fattori importanti che condizionano il lavaggio a base
acqua delle schede e il risultato di pulizia finale sono ascrivibili al tipo di
lavatrice e cioè la forza con cui il liquido è portato a contatto delle schede
e la temperatura a cui avviene il processo di pulizia. La forza meccanica e l'angolo di attacco con cui è eseguita
l'operazione di pulitura nelle lavatrici a getto o l'energia degli ultrasuoni e
la temperatura di lavaggio, sono molto importanti perché preponderanti rispetto
alla capacità di aggressione chimica degli attuali additivi. Il controllo della
temperatura nel lavaggio interviene facilitando l'aggressione chimica del
flussante. La componente meccanica è particolarmente critica negli assemblati
con parti di difficile accesso, componenti molto vicini tra loro o con
pochissima distanza tra superficie della scheda e lato inferiore del componente
(componenti low-standoff). Un parametro importante è costituito dai tempi di
asciugatura che devono essere ragionevolmente corti. Utilizzando il lavaggio
coi solventi l'evaporazione è molto veloce, ma con i base acquosa i tempi
tendono ad essere naturalmente dilatati e una asciugatura lenta può lasciare
dei residui indesiderati. Ci sono tre tipi di tecnologia di lavaggio ad acqua: acqua
senza additivi, acqua con saponificatori e acqua con solvente. Il lavaggio con acqua senza additivi è applicabile ai
processi di saldatura dove si utilizzano flussanti solubili in acqua e il lato
bottom dei componenti mantiene dalla superficie della scheda una distanza
sufficiente allo scorrimento dell'acqua.

Dove l'acqua senza additivi ha difficoltà a penetrare, come
sotto i componenti LCC (leadless chip carrier), i buoni risultati arrivano
dall'uso di acqua saponificata e dal lavaggio semiacquoso. I saponificatori diminuiscono la tensione superficiale
dell'acqua permettendo un buon scorrimento sotto la maggior parte dei
componenti, inoltre attaccano chimicamente le resine non solubili in acqua
permettendone l'asportazione. I saponificatori trasformano i residui di
flussante in sali organici, rimossi in seguito dall'azione meccanica
dell'acqua. L'acqua con saponificatori non ha controindicazioni nemmeno
nel caso dei processi a base di flussanti solubili in acqua. Nel lavaggio semi-acquoso il solvente è l'agente chimico
attivo e l'acqua il mezzo meccanico utilizzato per il trasporto dei residui al
di fuori della superficie della scheda. L'abbinamento acqua e solvente ha uno
spettro di azione molto ampio, adatto a molti tipi di flussanti.

 

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