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Un nettoyage indispensable pour les assemblages électroniques

EN DE BR Étiquettes: Le nettoyage

Le nettoyage est un process essentiel dans la production électronique et est employé depuis de nombreuses années pour enlever des contaminants potentiellement nuisibles dans la production du PCB. Ces contaminants peuvent être les flux, les résidus de soudure et d'adhésifs ainsi que d'autres tels que des poussières et des débris provenant d'autres process. L'objectif du nettoyage, spécifiquement dans le cadre de l'expansion rapide de l'industrie électronique est essentiellement d'accroître la durée de vie des produits en assurant une bonne résistance de surface et en prévenant les fuites de courant qui amènent des défaillances des circuits. Ce marché en développement voit les circuits électroniques devenir de plus en plus petits et le besoin de performances élevées et de fiabilité est plus fort que jamais. Afin d'aboutir à une bonne résistance d'isolement la propreté des assemblages électroniques est essentielle. Pour y parvenir il est nécessaire que les fabricants de flux, adhésifs, produits de nettoyage, les fabricants d'équipements de nettoyage et les ingénieurs en électronique travaillent ensemble pour accéder à une performance optimale du nettoyage.

Le nettoyage est nécessaire à de nombreux niveaux : avant la sérigraphie et la soudure afin de retirer les contaminants des diverses étapes préalables de production, après la sérigraphie pour retirer l'excès de pâte et après la soudure pour enlever les résidus de flux corrosifs et de pâte à braser. Aujourd'hui dans l'industrie de nombreux fabricants se tournent vers les procédés "no clean", qui impliquent que le nettoyage n'est plus nécessaire après le brasage. Dans les procédés "no clean" les résidus solides des flux sont plus faibles que dans les produits traditionnels, cependant ils contiennent toujours de la colophane et des activateurs qui ne sont pas enlevés avant l'étape suivante tels que le vernissage ou l'encapsulation du PCB. De tels résidus, associés avec d'autres éléments indésirables dus à une étape de nettoyage manquante peut provoquer des défauts d'adhérence et affecter la performance du moyen de protection employé. Il est de plus établi que même avec les avantages des nouvelles technologies telles que les flux" no-clean" le nettoyage est encore un procédé essentiel à de multiples étapes dans l'industrie électronique. Pour finir, il existe également des méthodes de nettoyages pour le retrait des vernis lorsque la réparation est nécessaire, pour le nettoyage de composants et la maintenance des lignes de production.

Il existe essentiellement deux catégories de nettoyants : à base solvantée et à base aqueuse. Traditionnellement les produits solvantés tels que 1,1,1- trichloréthane et 1,1,3-trichlorotrifluroéthane dominaient le marché ; cependant en raison de leur effet délétère sur la couche d'ozone ils ont été remplacés par un éventail plus large de nettoyants solvantés. Cette catégorie est maintenant divisée en 3 sous sections : solvants inflammables, solvants ininflammables et solvants ininflammables halogénés tels que HFC et HFE. Ces 3 catégories ont leurs avantages et inconvénients mais dans l'ensemble peuvent être décrits comme des nettoyants à évaporation rapide et à simple phase. Toutefois ils requièrent des équipements spécialisés et une extraction pour protéger les personnes de la toxicité et d'autres possibles dangers.

Les nettoyants à base aqueuse ont été développés pour remplacer les produits chimiques qui attaquent la couche d'ozone aussi bien que pour offrir une solution à la réduction des émissions de solvants. Les nettoyants à base aqueuse ont de nombreux avantages sur les solutions solvantées telles qu'ininflammabilité, faible odeur, teneur en COV faible ou nulle et très faible toxicité. Il y a de multiples façons de nettoyer dépendant du type d'équipement disponible. Selon qu'il soit ultrasonique, sous pression en immersion ou similaire à un lave vaisselle, identifier le produit adapté à l'application spécifique est essentiel. Les nettoyants base aqueuse tendent à être bien plus compliqués que leurs homologues solvantés. Ils utilisent des technologies de surfactants pour retirer les contaminants en réduisant les tensio-actifs puis en les maintenant en suspension ou en émulsion. De leur côté, les nettoyants de flux travaillent par saponification, neutralisant les flux acides. Le seul inconvénient majeur des nettoyants aqueux est qu'ils nécessitent de multiples étapes, incluant deux phases de rinçage et un séchage final. Pour finir il existe également un nouveau type de nettoyant aqueux sans surfactant. Ces nettoyants à base de glycols combinent les avantages des produits aqueux et solvantés avec un rinçage minimisé.

Avec le développement continuel du marché du nettoyage pour répondre aux demandes de la croissance industrielle il est important que le niveau de propreté requis soit clairement défini. Une proportion significative de résidus de flux potentiellement dommageables n'est pas visible à l'œil nu ou même avec l'aide d'une loupe. Il est donc vital d'employer la bonne méthode pour s'assurer que le niveau de propreté à atteindre rejoint les standards définis par l'ingénieur. Il y a deux types de résidus : ioniques et non ioniques et il y a plusieurs méthodes pour évaluer le niveau de contamination après nettoyage et décrire précisément le mot "propre".

Les résidus non ioniques comprennent la colophane, les huiles et graisses, sont non conducteurs et généralement des espèces organiques qui subsistent après la fabrication et l'assemblage de la carte. Leurs propriétés isolantes sont un problème lorsque des contacts "plug-in" ou des connecteurs sont utilisés sur les montages. Cela peut causer une faible adhérence de la brasure, des vernis de tropicalisation ou des résines d'enrobage aussi bien qu'une encapsulation des contaminants ioniques et des corps étrangers.

Les contaminants ioniques sont typiquement des résidus de flux ou des particules nuisibles qui subsistent après le brasage. Les produits hydrosolubles se dissocient en solution et la charge ionique en hausse accroît la conductivité globale de cette solution. Ils peuvent dégrader la fiabilité de composants électroniques et d'assemblages en contribuant aux courants de fuite dans le circuit, causant de la corrosion et favorisant l'apparition de dendrite. Les contaminants ioniques et non ioniques impactent tous deux le fonctionnement et la fiabilité des dispositifs sur lesquels ils sont présents, mais la contamination ionique est responsable de la majorité des défaillances.

Il y a plusieurs méthodes pour contrôler le niveau des deux types de contaminants, ioniques et non ioniques. La plus simple adaptée aux deux types est l'inspection visuelle. Bien qu'elle n'apporte aucune donnée quantitative elle peut être employée en parallèle à d'autres méthodes. Un grossissement 10-15 fois peut suffire pour un objectif de qualité et apportera des informations sur des étapes de production incluant manutention et emballage et leur contribution à la contamination.

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En dehors de l'inspection visuelle, il n'y a pas de méthode simple pour mesurer les résidus non ioniques. La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) est la méthode analytique la plus répandue pour déterminer efficacement la nature précise des contaminants. La chromatographie liquide haute performance (CLHP) et la spectroscopie UV visible peuvent être utilisées pour identifier les résidus de colophane. La microscopie électronique à balayage (MEB), l'analyse en diffraction X et l'analyse de Auger sont également adaptées pour la détermination de résidus et de contaminants sur un PCB et chacune présente ses avantages spécifiques. Les équipements requis pour mettre au point ce type d'expériences sont coûteux et nécessitent beaucoup de maintenance. Ils sont donc rarement utilisés dans les environnements de production.

La mesure de résistivité d'un extrait de solvant est une méthode courante de détermination de la contamination ionique. La théorie de la méthode est que lorsque la concentration en ions augmente la résistivité diminue. Des instruments automatisés simples tels que Omega Meter, Ionograph ou Zerolon sont utilisés par nombre d'assembleurs pour le contrôle qualité. La norme industrielle IPC-TM-650 emploie une solution d'isopropanol et d'eau déionisée pour extraire les contaminants tandis que l'appareil mesure la variation de conductivité. Ce type de test est largement accepté et offre des résultats rapides mais restrictifs. Initialement conçus pour tester les résidus de flux traditionnels à la colophane et employant un solvant économique et facilement disponible (l'alcool isopropylique) le champ d'application de cette méthode est quelque peu dépassé et ne peut pas alerter les utilisateurs sur de possibles variations résultant de résidus non solubles. Le changement dans l'acceptation des niveaux de propreté met en lumière le développement de l'industrie du nettoyage. Traditionnellement pour les nettoyants du type CFC 113 mentionnés préalablement la limite acceptable était de 1.56μg/cm2 d'équivalent NaCl ainsi que précisé dans la norme ANSI/J-STD-001. Aujourd'hui la plupart des montages atteignent des niveaux bien plus bas typiquement dans la région 0-0.15μg/cm2. Cette méthode est également uniquement capable de mesurer la contamination ionique et ne peut identifier ou localiser les contaminants.

Deux méthodes plus poussées apportent de précieuses données. Il s'agit de la mesure de résistance d'isolation de surface (Test SIR) et de la chromatographie ionique. La première comporte la mesure de la variation d'un courant électrique dans le temps au travers d'un circuit ayant un motif de pistes intercalées et est typiquement employée à des températures et hygrométries élevées. La présence de contaminants diminue la résistance d'isolement du matériau entre les pistes. La seconde, la chromatographie ionique est une toute nouvelle méthode pour l'évaluation de la propreté qui peut être employée pour identifier et quantifier des espèces ioniques spécifiques que l'on peut retirer par des moyens spécifiques. Une analyse ultérieure du fluide peut séparer, identifier et quantifier les résidus. La manipulation et la préparation du substrat sont critiques pour cette méthode, ce qui la rend particulièrement chère et longue. Néanmoins, elle n'est pas utilisée à des fins de contrôle qualité mais plutôt comme technique analytique spécifique.

Le nettoyage efficace des PCB et des composants associés est un élément essentiel de la production électronique. Il accroit la fiabilité des circuits et permet de réaliser la tropicalisation et l'encapsulation en toute confiance. Le choix d'un type de nettoyant dépend largement des conditions de production. Lorsque le choix d'une technologie, solvantée ou aqueuse, est effectué, la méthode d'utilisation et sa mise au point est impérative pour aboutir à un bon résultat. De nombreuses spécifications ont été établies pour évaluer la propreté : IPC TM-650 reste toutefois la norme industrielle. Elle détaille les méthodes de la plupart des tests de nettoyages décrits ci-dessus en donnant des instructions précises pour les analyses. Il est évident que certaines méthodes sont coûteuses et prennent du temps, cependant elles peuvent apporter des données très précises sur le type, la localisation et la quantité de résidus. Autrement, d'autres méthodes, moins pointues peuvent être employées pour un contrôle qualité rapide et efficace. En résumé, la sélection du procédé de nettoyage le plus adapté, qui en retour apportera le niveau requis de propreté, est la clé pour assurer une fiabilité maximum avec un coût minimum.