Technisches Zentrum für Reinigungsversuche
Einer der führenden Lohnfertiger für die Elektronikindustrie aus Großbritannien hat einen neuen Prozess zur Baugruppenreinigung in Betrieb genommen. Dieser ermöglicht eine sowohl wasser- als auch lösemittelbasierende Reinigung in nur einer Anlage. Gleichzeitig können damit selbst strengste Reinheitsanforderungen der Luft- und Raumfahrtindustrie eingehalten werden.
Technisches Zentrum für Reinigungsversuche
Flexible Baugruppenreinigung für die Luft- und Raumfahrtindustrie

Höchster Reinheitsgrad

Analytik Zentrum für die Überprüfung der Reinheit direkt nach den Reinigungsversuchen
Analytik Zentrum für die Überprüfung der Reinheit direkt nach den Reinigungsversuchen
Baugruppe vor der Reinigung
Baugruppe vor der Reinigung
Baugruppe nach der Reinigung mit wässrigem (links) und lösemittelbasierendem (rechts) Reiniger
Baugruppe nach der Reinigung mit wässrigem (links) und lösemittelbasierendem (rechts) Reiniger
Prozessschema der 4-Kammer Reinigungsanlage
Prozessschema der 4-Kammer Reinigungsanlage

Einer der führenden Lohnfertiger für die Elektronikindustrie aus Großbritannien hat einen neuen Prozess zur Baugruppenreinigung in Betrieb genommen. Dieser ermöglicht eine sowohl wasser- als auch lösemittelbasierende Reinigung in nur einer Anlage. Gleichzeitig können damit selbst strengste Reinheitsanforderungen der Luft- und Raumfahrtindustrie eingehalten werden.

Durch umfangreiche Investitionen in Spezialanlagen sowie neue Mitarbeiter und die Entwicklung eines Qualitätssicherungsverfahrens erfüllt das Unternehmen inzwischen den international bekannten Qualitätsstandard AS9100. Dieser Standard beinhaltet das Qualitätsmanagementsystem ISO 9001 sowie zusätzliche Anforderungen der Luft- und Raumfahrtindustrie. Darüber hinaus unterstreicht der Lohnfertiger sein Engagement für die Industrie mit der Beteiligung an der Initiative „Aerospace Supply Chain 21", kurz SC 21.

Das Unternehmen bietet seinen Kunden allgemein eine breite Dienstleistungspalette über das gesamte Spektrum der Lohnfertigung, wie zum Beispiel:

· Kundenspezifisches Design und individuelle Produktionsprozesse

· Designsupport und Herstellungsplanung (DFM)

· Prototypenherstellung und Einführung neuer Produkte (NPI)

· Leiterplattenfertigung

· Neben- und Hauptproduktfertigung

· Funktionstests

· Supply Chain Management

· Lagerhaltung und Logistik

· After Sales Services, einschließlich Reparaturen und Rework.

Gemäß den Fertigungsstandards AS9100 und IPC-A-610D stellen höchste Reinheitsgrade eine der Hauptanforderungen für Leiterplatten aus den Bereichen Luft- und Raumfahrt sowie aus der Militärindustrie dar. Demzufolge müssen alle Elektronikbauteile komplett frei von Flussmittelrückständen sein. Außerdem darf die Menge an ionischen Verunreinigungen nicht den Grenzwert von 1,56 µg NaCl eq./cm² überschreiten. Aufgrund dessen startete der Lohnfertiger ein Projekt zur Implementierung eines neuen Prozesses zur Baugruppenreinigung, um den Anforderungen seiner Kunden aus den genannten Industrien gerecht zu werden.

Auswahl des Reinigungs- prozesses

Vor dem Zeitpunkt der AS 9100-Zertifizierung fertigte das Unternehmen mit NoClean-Lotpasten und hatte sich bis dato noch nicht mit den Reinheitsanforderungen auseinandergesetzt, die von der Luft-, Raumfahrt- oder der Militärindustrie verlangt werden. Daher wurden zunächst die wichtigsten Prozessanforderungen festgelegt:

· Die Reinigungsergebnisse müssen die internationalen Standards der Militär-, Luft- und Raumfahrtindustrie erfüllen

· Der neue Reinigungsprozess muss vollautomatisch sein

· Der Prozess soll an Platinengröße und Durchsatz angepasst sein.

Nach Festlegung dieser Hauptkriterien verschaffte sich der Lohnfertiger einen Überblick über die zur Verfügung stehenden Reinigungsanlagen. Aufgrund der hohen Verbreitung von Lösemittelprozessen in der Luft- & Raumfahrt- bzw. Militärindustrie entschied sich das Unternehmen für Reinigungsversuche in lösemitteltauglichen Reinigungsanlagen. Allerdings konnten mit einem reinen Lösemittelprozess weder die Flussmittelrückstände komplett entfernt, noch die Grenzwerte für die ionische Verunreinigung erreicht werden.

Folglich wurde nach alternativen Reinigungsprozessen und Reinigungsmedien gesucht und diese schließlich bei Zestron Europe in Ingolstadt gefunden. Das Technische Zentrum vor Ort bietet mehr als 35 verschiedene Reinigungsanlagen führender internationaler Hersteller für Reinigungsversuche. Zudem stehen sowohl wässrige als auch lösemittelbasierende Reinigungsmedien zur Auswahl. Für den Zulieferer stellte sich nun die Frage, ob ein Reinigungsprozess selektiv mit beiden Arten von Reinigungsmedien betrieben werden könnte, um so den verschiedensten Anforderungen der Kunden zu entsprechen.

Unter anderem hatte ein potenzieller Kunde aus der Militärindustrie bereits den Lösemittelreiniger Zestron FA+ für dessen Baugruppen qualifiziert. Um die Kompatibilität dieses Reinigungsmediums mit der verwendeten Lotpaste sicherzustellen, wurden im Technischen Zentrum Reinigungsversuche mit den Baugruppen aus der Produktion des Lohnfertigers durchgeführt. Mit dem Ziel, die beste Kombination aus Anlage und Reiniger zu ermitteln, wurden in weiteren Versuchen außerdem mehrere wasserbasierende Reinigungsmedien in Verbindung mit verschiedenen Reinigungsanlagen getestet.

Unter Berücksichtigung aller Anforderungen und dem Vergleich der Reinigungsergebnisse entschied sich das Unternehmen schließlich für die Anlage NC25 von m.b.Tech. Diese kann wahlweise mit Zestron FA+ als halbwässriger oder mit dem MPC-Reiniger Vigon A 250 als wässriger Reinigungsprozess betrieben werden.

Die Erfüllung des Reinheitsniveaus ist Pflicht

Die Entscheidung zugunsten dieser beiden Reinigungsmedien wurde auf Basis der Analyse der Reinigungsergebnisse getroffen, die direkt nach den Reinigungsversuchen im Analytik Zentrum in Ingolstadt festgestellt wurden. Um zu gewährleisten, dass die Reinigungsergebnisse den Anforderungen des Lohnfertigers genügen, wurde die Reinheitsqualifzierung wie folgt durchgeführt:

· Sichtprüfung gemäß IPC-A-610D

· Messung der ionischen Kontamination mit dem Testgerät CM 11 der Firma Multicore gemäß der IPC Testmethode 650. Die Beurteilung basierte auf dem J-STD-001D

· Farbreaktion mit Flux Test und Resin Test, um Aktivatoren bzw. Harze oder Kolophonium aus Flussmitteln lokal zu detektieren. Die Auswertung erfolgte ebenso auf Grundlage des J-STD-001D.

Die Analysen der Reinigungsergebnisse zeigten, dass beide Reinigungsmedien beste Resultate hinsichtlich der Oberflächenreinheit erzielen konnten. Sowohl der wässrige, als auch der halbwässrige Prozess entfernten alle Flussmittelrückstände komplett von der Baugruppenoberfläche. Zudem lag bei beiden Reinigungsmedien das Niveau der ionischen Kontamination weit unter dem geforderten Grenzwert von 1,56 µg NaCl eq. /cm².

Die Reinigungsanlage

Die Entscheidung für die Reinigungsanlage gründet auf der Tatsache, dass der Lohnfertiger einen Tauchprozess bevorzugte und alle getesteten Einkammer-Spritzanlagen den geforderten Durchsatz nicht erbringen konnten. Es handelt sich hierbei um eine Vierkammer-Tauchanlage, die mit bis zu fünf Fixierrahmen für Baugruppen bestückt werden kann. Diese Rahmen werden einzeln mit einem automatischen Transportsystem durch die Anlage befördert und in den Reinigungstank eingetaucht. Darin werden die Bauteile mit einer Kombination aus senkrechten Warenbewegungen und entweder Ultraschall oder Druckumflutung gereinigt. Anschließend werden die Baugruppen vollautomatisch zur Vor- und Feinspülung mit vollentsalztem Wasser weitertransportiert und im letzten Schritt in einer vakuumunterstützten Kammer getrocknet. Die Kombination aus heißer Luft und Unterdruck gewährleistet hierbei kurze Trocknungszeiten, selbst unter BGAs oder in engen Spalten von Steckverbindern.

Implementierung des Reinigungsprozesses

Zwischen jedem Transfer von einer Kammer zur nächsten passieren die elektronischen Baugruppen ein Luftmesser, das oben an jedem Tank angebracht ist. Diese Luftmesser begrenzen die Verschleppung der Reinigungsmedien von einem Tank in den nächsten, was wiederum den Reinigerverbrauch reduziert. Aufgrund des patentierten Filtersystems, das speziell für MPC-Reiniger entwickelt wurde, können extrem lange Badstandzeiten erreicht werden. Zusammen mit einem integrierten Wasseraufbereitungssystem ermöglicht dies eine komplett geschlossene Kreislaufführung und die Erfüllung aktuellster Umweltvorschriften.

Da die Anlage ursprünglich nur für wässrige Reinigungsmedien ausgelegt wurde, mussten für den Einsatz eines Lösemittelreinigers vom Anlagenhersteller einige leichte Modifikationen vorgenommen werden. Je nach Bedarf und Anforderungen der Kunden ist der Lohnfertiger nun in der Lage, die Anlage wahlweise mit einem wasser- oder lösemittelbasierenden Reiniger zu betreiben. Beide Medien haben ein breites Prozessfenster hinsichtlich der Flussmittelentfernung, wodurch höchste Reinheitsgrade erzielt werden können. Zusätzlich überprüft der Lohnfertiger die Reinigungsergebnisse regelmäßig mit dem Contaminometer CM 60.

Wegen aktueller Kundenanforderungen wurde der Reinigungsprozess zunächst für die Verwendung des lösemittelbasierenden Reinigers installiert. In den letzten 11 Monaten hat der Reinigungsprozess konstant gute Ergebnisse erzielt und bis heute war kein Badwechsel notwendig (Tabelle S. 25). Dank des niedrigen Medienverbrauchs sind die Reinigerkosten gering und der Prozess ist wirtschaftlich und zuverlässig. Zur Erfüllung zusätzlicher Kundenspezifikationen kann zu jeder Zeit auf den wasserbasierenden Reiniger umgestellt werden.

Fazit

Die Integration eines vollautomatischen Reinigungsprozesses mit zwei qualifizierten Reinigungsmedien ermöglicht dem Lohnfertiger, höchste Reinheitsgrade zu erzielen und gleichzeitig die Standards AS9100 sowie IPC-A-610D aus den Bereichen Luft- & Raumfahrt bzw. Militär zu erfüllen. Kunden aus diesen und allen anderen Industriezweigen können somit noch besser bei der Produktion von elektronischen Baugruppen unterstützt werden.

Der Erfolg dieses Projektes ist in erster Linie auf die enge Zusammenarbeit aller beteiligten Parteien zurückzuführen. In diesem Fall bildeten die klar festgelegten Ziele und Anforderungen des Lohnfertigers die Grundlage des Projekts. Die Reinigungsversuche im Technischen Zentrum von Zestron halfen dabei, sich einen Überblick über die zur Verfügung stehenden Reinigungsanlagen zu verschaffen. Darüber hinaus dienten die Tests dazu, die optimale Reinigungsanlage auszuwählen und sie waren somit eine wichtige Entscheidungsgrundlage für die Investition. Mit Hilfe der umfangreichen Reinigungsversuche konnten ebenso zwei Reinigungsmedien qualifiziert werden, die stets eine hohe Qualität der Reinigungsergebnisse im späteren Produktionsprozess garantieren. Die vom Anlagenhersteller durchgeführten Modifikationen erlauben es dem Lohnfertiger zudem, dass zwei unterschiedliche Reinigungsmedien unter Einhaltung der Spezifikationen der Luft- & Raumfahrt- sowie der Militärindustrie in einer Anlage eingesetzt werden können. Schlussendlich führten all diese Faktoren zu einem zuverlässigen Reinigungsprozess mit höchsten Reinheitsgraden für die SMT Produktion des Unternehmens, der damit allen Kundenanforderungen gerecht wird.

www.zestron.com

Dipl.-Ing. Oliver Manger, Anwendungstechnologie Zestron Europe, Ingolstadt

25.02.2011


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