تجزیه و تحلیل فرآیند تمیز کردن PCB و باقیمانده شار

خطرات اصلی باقیمانده‌های شار

فلاکس یک مخلوط شیمیایی اسیدی است که در لحیم کاری برای از بین بردن اکسیدهای فلزی و کمک به اتصال لحیم استفاده می‌شود.پس از لحیم کاری، شار (فلاکس) بقایایی روی PCB و اتصالات لحیم باقی می‌گذارد. این بقایا می‌توانند به قابلیت اطمینان آسیب بزنند. با گذشت زمان، بقایای اسیدی رطوبت را جذب کرده و مس و سایر فلزات را می‌خورند. در محیط‌های مرطوب یا گرم، بقایای شار می‌تواند عایق را فرسوده کرده و باعث خوردگی شود. این امر منجر به کاهش مقاومت عایق سطحی (SIR) و حتی مهاجرت الکتروشیمیایی (ECM) بین هادی‌ها می‌شود.[1][2]برای مثال، یک مطالعه موردی نشان داد که باقیمانده زیاد و غیر تمیز فلاکس باعث خوردگی مس در محیطی با رطوبت ۹۸٪ می‌شود.[2]با کوچک‌تر شدن مدارها، حتی رد یون‌های کوچک از شار نیز می‌توانند مسیرهای رسانا تشکیل دهند. به طور خلاصه، باقیمانده شار می‌تواند باعث جریان‌های نشتی، اتصال کوتاه و خوردگی طولانی مدت در PCBها شود.[1][2].

روش‌های لحیم‌کاری و خطر باقی‌مانده

مقدار باقیمانده‌ی روان‌ساز به روش لحیم‌کاری بستگی دارد. چهار روش رایج وجود دارد:

• SMT لحیم کاری مجدد:از خمیر لحیم (فلاکس در خمیر) که توسط توری یا شابلون اعمال می‌شود، استفاده می‌کند. این روش ... کمترین ریسک شار-باقیمانده زیرا مقدار خمیر به شدت کنترل می‌شود[3][4]خرابی‌های ناشی از شار بازگشتی نادر هستند (اگرچه بسته‌های QFN تنگ ممکن است هنوز هم دچار مشکل شوند).
• لحیم کاری موجی تمام برد:قبل از عبور موج لحیم، شار مایع را به بسیاری از قسمت‌های PCB اعمال می‌کند. این روش دارای ... خطر بالاتر نسبت به SMT، زیرا از اسپری زیادی از فلاکس مایع استفاده می‌شود. فلاکس اضافی می‌تواند به مناطقی که خنک‌تر می‌مانند جریان یابد و باقیمانده اسیدی باقی بگذارد.[4].
• لحیم کاری انتخابی:فقط در نواحی خاصی از لحیم موج موضعی و اسپری شار استفاده می‌کند. خطر آن ... متوسط، بین جریان برگشتی و موج کامل. اگر پاشش فلاکس به خوبی کنترل نشود، باقیمانده اسیدی می‌تواند زیر اجزا باقی بماند.
• لحیم کاری دستی:از شار مایع به صورت دستی استفاده می‌کند. این ... بالاترین ریسک زیرا کنترل مقدار شار دشوار است. اغلب شار زیادی اعمال می‌شود. شار اضافی ممکن است زیر قطعات مجاور یا روی برد جاری شود و تمیز کردن آن دشوار باشد.[5].

به طور خلاصه، روان‌ساز موجود در خمیر لحیم (مورد استفاده برای SMT) کمترین خطر باقی ماندن پسماند را دارد.[4]. استفاده از روان‌ساز مایع (که در لحیم‌کاری موجی یا دستی استفاده می‌شود) ریسک بالاتری دارد زیرا اندازه‌گیری آن دشوار است و می‌تواند اسید بیشتری از خود به جا بگذارد. لحیم‌کاری دستی، با روان‌ساز دستی، به ویژه پرخطر است.[5]درک هر فرآیند و کنترل مصرف فلاکس، کلید کاهش مشکلات ناشی از پسماند است.[3][4].

مبانی شار و روش‌های کاربردی

تعریف شار. فلاکس مخلوطی اسیدی از مواد شیمیایی است که در لحیم کاری برای از بین بردن اکسیدها و کمک به خیس شدن سطوح لحیم استفاده می‌شود.[6]وظیفه آن تمیز کردن فلز و ایجاد پیوند لحیم قوی است. اصطلاحاتی مانند "فعالیت کم" و "فعالیت بالا" میزان تهاجمی بودن شار را توصیف می‌کنند. اما این موارد در شیمی دقیقاً تعریف نشده‌اند.[7]در واقع، هیچ آزمایش واحدی نمی‌تواند باقیمانده‌ی شار را «خوش‌خیم» یا «فعال» توصیف کند، زیرا خطر خرابی به عوامل زیادی بستگی دارد: شیمی شار، مقدار اعمال شده، طراحی مدار و محیط[7][8].

اجزای شار. شار مدرن شامل موارد زیر است:

• فعال کننده ها:معمولاً اسیدهای آلی ضعیف (مثلاً اسیدهای آدیپیک، سوکسینیک، گلوتاریک). آنها با اکسیدها واکنش می‌دهند و نمک‌های فلزی تشکیل می‌دهند که حل می‌شوند و به لحیم اجازه اتصال می‌دهند.[9]اما هر فعال‌کننده‌ای که باقی بماند، باقیمانده را اسیدی و خطرناک می‌کند.
• کلاسور (وسایل نقلیه):مواد زود ذوب (رزین یا رزین مصنوعی) که بخش عمده‌ای از باقیمانده پس از لحیم‌کاری را تشکیل می‌دهند[10]آنها فعال‌کننده‌ها را تا زمان گرم شدن در جای خود نگه می‌دارند. روان‌ساز کم جامد، چسب‌های کمتری دارد و باقیمانده قابل مشاهده آن کمتر است.
• حلالها:اجزای روان‌ساز را در مایع حل کنید. آنها باید در حین لحیم‌کاری کاملاً تبخیر شوند. اگر حلال در باقیمانده باقی بماند، خطر خرابی را افزایش می‌دهد.[11].
• مواد افزودنی:مقادیر کمی از نرم‌کننده‌ها، رنگ‌ها، آنتی‌اکسیدان‌ها. آنها تأثیر جزئی بر خطر باقی‌مانده دارند.

روش‌های کاربرد شار. شار را می‌توان به چهار روش اصلی اعمال کرد[4]:

• شار در خمیر لحیم:برای نصب سطحی (SMT) استفاده می‌شود. خمیر با شابلون چاپ می‌شود. این کار شار را به طور دقیق اندازه‌گیری کرده و نتیجه می‌دهد حداقل باقیمانده[4].
• اسپری شار مایع (موج یا انتخابی):برای آماده‌سازی مجموعه‌های سوراخ‌دار و ترکیبی استفاده می‌شود. روان‌ساز قبل از لحیم‌کاری موجی یا لحیم‌کاری انتخابی، روی برد مدار چاپی اسپری می‌شود. این روش از شار بیشترو هرگونه شار اضافی یا غیرفعال می‌تواند روی قسمت‌های خنک‌تر برد باقی بماند.[4].
• شار مایع (دستی):برس یا سرنگ مخصوص لحیم کاری دستی. مقدار شار به اپراتور بستگی دارد. این سخت ترین کنترل استروان‌ساز زیاد منجر به پخش شدن باقیمانده در زیر قطعات یا روی اتصالات لحیم می‌شود.[5].
• شار در سیم لحیم (هسته شار):سیم یا میله لحیم حاوی مقدار کنترل‌شده‌ای از شار است. این ماده تولید می‌کند باقیمانده متوسط در هر مفصل موضعی است.

در عمل، روان‌ساز خمیر لحیم کمترین ریسک زیرا یک صفحه نمایش یا چاپگر میزان آن را کنترل می‌کند[4]فلاکس مایع (اسپری شده) خطر بیشتری را به همراه دارد: اگر بیش از حد اسپری شود، می‌تواند اسید بیشتری باقی بگذارد و به مناطق گرم نشده جریان یابد.[4]روان‌ساز مایع دستی مشکل‌سازترینخطای انسانی می‌تواند منجر به شار اضافی شود که زیر اجزا جریان می‌یابد و تمیز کردن آن دشوار است.[5]قانون این است: شار کمتر = خطر باقی مانده کمتر[4][5].

ارزیابی و تشخیص ریسک پسماند شار

هیچ آزمایش واحدی وجود ندارد که تمام خطرات ناشی از باقیمانده شار را پوشش دهد. در عوض، از چندین روش استفاده می‌شود:

• آزمایش ROSE (مقاومت ویژه عصاره حلال):تخته با یک حلال شسته شده و مقاومت ویژه عصاره اندازه‌گیری می‌شود. این یک معیار غیرمستقیم از تمیزی یونی (میزان باقیمانده رسانا) را ارائه می‌دهد.[12]ROSE به بررسی مؤثر بودن فرآیندهای لحیم‌کاری و تمیزکاری کمک می‌کند.
• کروماتوگرافی یونی (IC):یک آزمایش آزمایشگاهی مستقیم که یون‌های خاص را روی سطح برد شناسایی می‌کند. این آزمایش می‌تواند اسیدهای فعال‌کننده، نمک‌ها و غیره باقی‌مانده را اندازه‌گیری کند.[12]IC به ویژه برای فرآیندهای شار مایع مفید است، زیرا می‌تواند اسیدهای آلی ضعیف و سایر باقیمانده‌ها را تشخیص دهد. آزمایش را می‌توان با خیساندن کل تخته (غلظت متوسط) یا با استخراج نقطه‌ای (غلظت موضعی) انجام داد.[13]نقطه ضعف آن فقدان معیارهای جهانی برای قبول/رد است؛ نتایج به فرآیند و محیط بستگی دارد.[13].
• آزمایش محیطی با رطوبت بالا:بردها در شرایط گرم/مرطوب (مانند ۸۵ درجه سانتیگراد/۸۵٪ رطوبت نسبی) تحت تنش قرار می‌گیرند تا مشخص شود که آیا باقیمانده‌ها باعث نشتی یا اتصال کوتاه می‌شوند یا خیر. این آزمایش بدترین حالت استفاده را شبیه‌سازی می‌کند. اگر خرابی رخ دهد، معمولاً به دلیل نشت جریان یا اتصال کوتاه است. (استفاده از محدودکننده‌های جریان می‌تواند از آسیب به برد جلوگیری کند اما ممکن است علت اصلی را پنهان کند). این آزمایش نشان می‌دهد که طراحی و باقیمانده‌ها در محیط‌های واقعی چگونه رفتار می‌کنند.[14].

سایر عوامل کلیدی مؤثر بر خطر باقیمانده شار عبارتند از:

• فاصله الکتریکی (ولت/میل):ولتاژ بالاتر در هر فاصله روی برد به این معنی است که حتی رسانایی یون‌های کوچک نیز می‌تواند باعث خرابی شود. به عنوان مثال، ۵ ولت در عرض ۰.۱ میلی‌متر در رطوبت بالا می‌تواند دندریت‌ها و مقاومت نزدیک به صفر را تحریک کند.[15].
• حساسیت مدار:مدارهای فرکانس بالا یا امپدانس بالا بسیار حساس هستند. در چنین طرح‌هایی، هرگونه باقیمانده یونی می‌تواند سیگنال‌ها را مختل کند یا نشتی ایجاد کند. مهندسان اغلب تمام باقیمانده‌ها را به عنوان "فعال" در نظر می‌گیرند و برای تمیز کردن برنامه‌ریزی می‌کنند.
• پوشش‌ها یا کپسوله‌سازی:پوشش‌های همدیس یا ترکیبات گلدان ممکن است به خوبی به باقیمانده‌ی روان‌ساز نچسبند. باقیمانده‌ی زیر پوشش می‌تواند رطوبت را جذب کرده و باعث ایجاد یک «دیگ زودپز» خوردگی شود.[16]پوشش روی بقایای فعال می‌تواند باعث لایه لایه شدن یا خوردگی پنهان شود.
• محیط عملیاتی:شرایط گرم، مرطوب یا نمکی خوردگی را تشدید می‌کند. رطوبت موجود در هوا باعث چگالش مواد باقی مانده، حل شدن یون‌ها و مهاجرت الکتروشیمیایی می‌شود.[15]در درازمدت، این امر عایق‌بندی را تخریب کرده و باعث خرابی می‌شود.

نظارت و محدود کردن این عوامل (فاصله، طراحی، کیفیت پوشش، محیط استفاده) به اندازه تمیز کردن در مدیریت ریسک باقی مانده مهم است.

ضرورت تمیز کردن PCB

برای قطعات الکترونیکی با قابلیت اطمینان بالا، تمیز کردن کامل پس از لحیم کاری ضروری است[17][18]اهداف اصلی تمیز کردن عبارتند از:

• حذف آلاینده ها:این شامل بقایای شار (یونی و اسیدی)، چسب نواری یا چسب ماسک لحیم، گرد و غبار، روغن و اثر انگشت می‌شود. در صورت باقی ماندن، این موارد می‌توانند باعث خوردگی پایه‌های قطعات، تخریب اتصالات لحیم یا ایجاد اتصال کوتاه شوند.[18].
• جلوگیری از خوردگی و اتصال کوتاه:باقیمانده‌های یونی رطوبت را جذب کرده و مسیرهای رسانا تشکیل می‌دهند. تمیز کردن، یون‌هایی مانند سولفات، کلرید، اسیدهای ضعیف و غیره را از بین می‌برد. این امر از رشد دندریت‌ها و مهاجرت الکتروشیمیایی که می‌توانند باعث اتصال کوتاه شوند، جلوگیری می‌کند.[18].
• اطمینان از تست خوب تماس بگیرید:پروب‌های آزمایش باید مستقیماً با پدها تماس داشته باشند. هرگونه باقیمانده می‌تواند عایق‌بندی شده و نتایج آزمایش نادرستی ارائه دهد.
• بهبود چسبندگی پوشش:سطوح تمیز به چسبیدن مناسب پوشش‌ها و چسب‌ها کمک می‌کنند. باقیمانده‌ی روان‌ساز می‌تواند مانع چسبندگی پوشش شود و منجر به پوسته پوسته شدن یا به دام افتادن رطوبت شود.[16].
• آشکار کردن عیوب پنهان:تمیز کردن باعث می‌شود تخته‌ها تمیز و براق به نظر برسند. همچنین مشکلات پنهان (سوختگی، لایه لایه شدن، اتصالات ناقص) که ممکن است با تمیز کردن یا استفاده از پودر لحیم کاری پنهان شده باشند، آشکار می‌شوند.

انواع آلاینده‌های PCB: آلودگی سطح PCB معمولاً به شرح زیر است:

• آلاینده‌های قطبی (یونی):اینها مواد جاذب آب مانند فعال‌کننده‌های شار، نمک‌ها و اسیدها هستند. آنها در صورت خیس بودن، رسانای الکتریسیته هستند و باعث نشت و خوردگی می‌شوند.[19][20].
• آلاینده‌های غیرقطبی (غیر یونی):روغن، گریس، رزین یا سایر مواد آلی. آنها رسانا نیستند اما چسبندگی پوشش را مختل می‌کنند و ظاهر بدی دارند.[20].
• آلاینده‌های ذره‌ای:گرد و غبار، توپ‌های لحیم، فیبرها. اگر هادی‌های بزرگ یا نازک پل باشند، این موارد می‌توانند باعث اتصال کوتاه شوند.

به طور خلاصه، تمیزکاری مناسب برای از بین بردن بقایای یونی و غیر یونی و تضمین قابلیت اطمینان لازم است. برای زمینه‌های حساس (هوافضا، پزشکی، نظامی)، تمیزکاری پس از لحیم‌کاری «غیرقابل مذاکره» است.[17]حتی بقایای فلاکس «غیرتمیز» اغلب باید در کاربردهای دشوار تمیز شوند.[21]در محصولات مصرفی، ممکن است از تمیز کردن صرف نظر شود، اما در هر گونه استفاده با رطوبت بالا، ولتاژ بالا یا موارد ایمنی حساس، تمیز کردن و آزمایش پاکیزگی لازم است.

فرآیندهای اصلی تمیز کردن بدون ODS

با ممنوع شدن استفاده از حلال‌های CFC، تمیز کردن مدرن PCB عمدتاً از چهار رویکرد استفاده می‌کند: فرآیندهای مبتنی بر آب، نیمه آبی، حلال یا بدون نیاز به تمیزکاری.

۱. تمیز کردن با آب (بر پایه آب)

اصل اساسی: از آب به همراه مواد شوینده و مواد شیمیایی اضافه شده استفاده کنید. فرمولاسیون معمول شامل آب به علاوه ۲ تا ۱۰ درصد سورفکتانت، شوینده، بازدارنده خوردگی و غیره است.[22]حرارت دادن، برس زدن، اسپری کردن و/یا استفاده از امواج فراصوت به نفوذ محلول در تخته کمک می‌کند. پاک‌کننده‌های پایه آب، اجزای روان‌ساز محلول در آب را حل کرده و روغن‌ها و رزین‌ها را امولسیون می‌کنند.[22].
برای شار مبتنی بر رزین، a صابونی کننده (باز قوی مانند NaOH، KOH یا مونواتانول آمین) اضافه می‌شود.[23][24]این پایه به صورت شیمیایی اسیدها و روغن‌های رزینی را به صابون‌های محلول تبدیل می‌کند. (از آنجا که این پایه‌ها می‌توانند به آلومینیوم یا روی حمله کنند، یک مهارکننده خوردگی نیز در آن گنجانده شده است؛ تخته‌هایی با قطعات حساس به قلیایی باید احتیاط کنند.)[25][26].)
فرآیند: تخته در محلول شوینده داغ (اغلب حدود ۵۵ تا ۶۰ درجه سانتیگراد) با همزن یا اولتراسونیک (معمولاً حدود ۵ دقیقه) شسته می‌شود.[22][27]سپس ۲ تا ۳ بار با آب داغ دیونیزه شده شسته می‌شود (برای جلوگیری از ایجاد لکه)[27]در نهایت، تخته‌ها با هوای گرم (حدود ۶۰ درجه سانتیگراد) خشک می‌شوند. استفاده از آب دیونیزه با خلوص بالا پرهزینه است، اما تضمین می‌کند که هیچ باقیمانده یونی از آب شستشو باقی نماند.[27].
مزایا: تمیز کردن با آب طیف وسیعی از آلاینده‌های قطبی و غیرقطبی را از بین می‌برد. این روش روی اکثر روان‌سازها و گریس‌ها مؤثر است. همچنین به طور کلی برای قطعات بی‌خطر است (قابل اشتعال نیست).
منفی: این روش به مقادیر زیادی آب دیونیزه و انرژی خشک کردن نیاز دارد. خشک کردن تخته‌های با چگالی بالا چالش برانگیز است. تصفیه فاضلاب می‌تواند گران باشد. همچنین، مواد شیمیایی مبتنی بر آب اگر به درستی فرموله نشوند، می‌توانند باعث خوردگی برخی از فلزات شوند.[25].

۲. تمیز کردن نیمه آبی

اصل اساسی: ترکیبی از آب، حلال‌های آلی و سورفکتانت‌ها[28][29]پاک‌کننده‌های نیمه‌آبی اغلب حاوی ۵ تا ۲۰ درصد آب و ۸۰ تا ۹۵ درصد حلال‌های آلی (ترپن‌ها، هیدروکربن‌های نفتی، گلیکول اترها و غیره) به علاوه سورفکتانت هستند. محتوای کم آب باعث می‌شود که آنها مانند مخلوط‌های حلال شفاف به نظر برسند.[29]بخش آلی، رزین و بسیاری از روغن‌ها را در خود حل می‌کند، در حالی که سورفکتانت/آب آنها را امولسیون می‌کند. از حلال‌های با نقطه جوش بالا استفاده می‌شود تا به راحتی تبخیر نشوند. تمیز کردن را می‌توان تا دمای حدود ۷۰ درجه سانتیگراد (پایین‌تر از نقطه اشتعال حلال) انجام داد.[28][30].
فرآیند: اغلب از دستگاه‌های دسته‌ای مشابه دستگاه‌های آبی استفاده می‌کند، که شامل تمیز کردن (گاهی اوقات اولتراسونیک)، سپس آبکشی و خشک کردن است. یک مرحله کلیدی، ... بازیابی امولسیون مرحله: پس از تمیز کردن، تخته هنوز خیس از یک مخزن امولسیفایر یا فیلتر عبور داده می‌شود که حلال را از آب جدا می‌کند.[30]این کار از آلوده شدن آب شستشو توسط حلال جلوگیری می‌کند. سپس تخته‌ها با آب (۲ تا ۳ بار) شسته و خشک می‌شوند.
مزایا: سیستم‌های نیمه آبی اکثر روان‌کننده‌ها (بر پایه آب یا حلال) را در یک دستگاه مدیریت می‌کنند. آن‌ها قدرت پاک‌کنندگی قوی (حلال + امولسیفایر) دارند و روی بسیاری از لکه‌ها کار می‌کنند. از آنجا که اکثر حلال‌ها فشار بخار پایینی دارند، نسبت به حلال‌های خالص ایمن‌تر (خطر آتش‌سوزی کمتر) هستند. آن‌ها اغلب می‌توانند در همان تجهیزاتی که برای تمیز کردن با آب استفاده می‌شوند، استفاده شوند و سرمایه‌گذاری را کاهش دهند.[29][31]
منفی: هزینه تجهیزات بالاتر است (مخازن مخصوص، سیستم‌های امولسیون). اقدامات احتیاطی در برابر آتش‌سوزی و انفجار مورد نیاز است. شستشو با آب همچنان لازم است. مخلوط حلال/آب مصرف شده باید تصفیه یا تقطیر شود، بنابراین دفع زباله هنوز یک نگرانی است. مواد تمیزکننده به راحتی بازیافت نمی‌شوند مگر اینکه تقطیر شوند، که پیچیده است. این فرآیند همچنین هنگام بازیابی امولسیون‌ها مقداری از محلول تمیزکننده را هدر می‌دهد.

۳. تمیز کردن با حلال

اصل اساسی: از حلال‌های آلی خالص (بدون آب) برای حل کردن فلاکس و روغن استفاده کنید. حلال‌های رایج اکنون شامل هیدروفلوئوروکربن‌ها (HCFCها مانند 141b، HFCها مانند HFE) یا هیدروکربن‌ها و الکل‌های جدیدتر با سمیت کم هستند.[32]حلال‌های فلوئوردار این مزیت را دارند که غیرقابل اشتعال هستند و خواصی مشابه CFC-113 قدیمی دارند، بنابراین تجهیزات چربی‌زدایی بخار موجود اغلب می‌توانند دوباره مورد استفاده قرار گیرند.[33]مخلوط‌ها یا آزئوتروپ‌ها (مانند HCFC-141b با متانول، HCFC-225 با اتانول) نیز برای افزایش حلالیت استفاده می‌شوند.[34].
فرآیند: چربی‌زدایی با بخار معمولاً به این صورت است: حلال در یک مخزن جوشانده می‌شود و بخار تولید می‌کند. تخته‌ها روی یک قفسه آویزان می‌شوند و در بخار قرار می‌گیرند. آلاینده‌ها حل می‌شوند و می‌چکند. سپس تخته‌ها را می‌توان در حلال مایع (اغلب با همزن اولتراسونیک) خیس کرد و به دنبال آن با حلال سرد (اسپری) شستشو داد تا هرگونه باقیمانده از بین برود. در نهایت، تخته‌ها با چگالش بخار و هوای گرم خشک می‌شوند. از آب استفاده نمی‌شود، بنابراین خشک شدن سریع است. حلال مصرف شده را می‌توان تقطیر و دوباره استفاده کرد.
مزایا: ساده و سریع. حلال به سرعت با تبخیر خشک می‌شود. برای تخته‌های حساس به رطوبت یا روکش‌دار مناسب است. حلال‌ها را می‌توان با تقطیر بازیابی کرد و ضایعات را کاهش داد. نسبت به سیستم‌های قدیمی CFC، به تغییر تجهیزات کمی نیاز است.[33].
منفی: بسیاری از حلال‌ها سمی هستند یا برای اثرات گلخانه‌ای تنظیم شده‌اند. تجهیزات باید در برابر انفجار ایمن باشند. دفع حلال مصرف‌شده (یا ذرات ریز در تقطیر) همچنان نیاز به دقت دارد. برخی از قطعات یا پلاستیک‌های حساس ممکن است حلال‌ها یا بخارات خاصی را تحمل نکنند.

۴. فرآیند بدون تمیزکاری

تعریف: فرآیند تولیدی که به گونه‌ای طراحی شده است که نیازی به تمیز کردن پس از لحیم کاری ندارد. این فرآیند به کنترل شار، فرآیند و مواد متکی است تا مقدار کم باقیمانده شار در محیط استفاده نهایی مضر نباشد. منظور از «تمیز نبودن» از نظر طراحی فرآیند «تمیز» است، نه اینکه به معنای واقعی کلمه به طور خودکار تمیز شود. این فرآیند هزینه را کاهش می‌دهد و سازگار با محیط زیست است (بدون مواد شیمیایی شستشو). این رویکرد برای مونتاژ خودکار و با حجم بالا بردهایی که نیاز به قابلیت اطمینان بالایی ندارند، بهترین گزینه است. کنترل‌های کلیدی عبارتند از:

• انتخاب شار و لحیم:از فلاکس بدون ناخالصی یا فلاکس با جامدات کم به همراه فعال‌کننده‌های اسید آلی ضعیف (WOA) استفاده کنید. اغلب این فلاکس‌ها جامدات کمی دارند و حداقل باقیمانده را باقی می‌گذارند. اگر پوشش‌ها بعداً اعمال شوند، می‌توان یک فلاکس با فعالیت بسیار کم (یا محافظت‌شده با نیتروژن) انتخاب کرد تا باقیمانده تا حد امکان بی‌اثر باقی بماند. برای لوازم الکترونیکی مصرفی استاندارد، می‌توان از فلاکس رزینی با فعالیت ملایم (RMA) استفاده کرد.
• بهینه سازی فرآیند:تا حد امکان، روان‌ساز را با دقت اسپری کنید (مثلاً اسپری حجمی کنترل‌شده) تا از کمترین مقدار مورد نیاز استفاده شود. در دستگاه‌های reflow یا selective از نیتروژن استفاده کنید تا تشکیل اکسید کاهش یابد (بنابراین روان‌ساز به کار کمتری نیاز دارد). پروفیل لحیم‌کاری را طوری تنظیم کنید که فعال‌کننده‌های روان‌ساز در دمای اوج به طور کامل مصرف شوند. برای هرگونه دوباره‌کاری یا لحیم‌کاری دستی، از روان‌ساز بدون تمیزکاری یا سیم با مغزه روان‌ساز برای حفظ ثبات استفاده کنید.
• کیفیت مواد:قبل از مونتاژ، مطمئن شوید که بردها و قطعات لخت کاملاً تمیز هستند. با تأمین‌کنندگان پایدار شار و لحیم کار کنید تا ترکیب شیمیایی آنها ثابت باشد. همچنین مطمئن شوید که هرگونه پوشش محافظی که پس از لحیم‌کاری اعمال می‌شود، می‌تواند در برابر باقی‌مانده مواد مقاوم باشد (برخی از آنها برای چسبندگی به ترکیب شیمیایی خاصی نیاز دارند).

حتی هنگام صرف نظر کردن از شستشو، کنترل فرآیند حیاتی است. به عنوان مثال، بازرسان ممکن است هنوز هم تمیزی یونی را روی برخی از بردها اندازه‌گیری کنند تا فرآیند بدون تمیزی را تأیید کنند.

انتخاب فرآیند تمیز کردن

انتخاب روش تمیز کردن به اهمیت محصول، طراحی و محیط بستگی دارد. عوامل کلیدی:

• حساسیت محصول و محیط زیست:اگر تخته در صنایع هوافضا، نظامی، ایمنی خودرو یا تجهیزات پزشکی باشد، باید بسیار تمیز باشد.[17]محیط‌های با رطوبت بالا یا دریایی نیاز به تمیزکاری و کنترل دقیق نظافت دارند. وسایل مصرفی (کلاس ۱) اغلب می‌توانند از شار غیرتمیز استفاده کنند. محصولات تجاری (کلاس ۲) ممکن است نیاز به بررسی‌های معمول داشته باشند. استانداردهای صنعتی (مانند IPC/J-STD-001) مجموعه‌ها را به کلاس‌های زیر تقسیم می‌کنند: کلاس ۳ ("عملکرد بالا" یا پشتیبانی از حیات) معمولاً نیاز به تمیز کردن و آزمایش خلوص در هر تخته داردکلاس ۲ اجازه برخی آزمایش‌های نمونه‌برداری را می‌دهد؛ کلاس ۱ (عمومی) ممکن است بدون تمیزکاری با بازرسی اولیه اجازه دهد. در عمل، طراحان باید حداقل تمیزکاری کلاس ۲ را برای اکثر محصولات در نظر بگیرند.
• شیمی شار:بقایای فلاکس‌های بسیار فعال یا خورنده نیاز به تمیزکاری شدید دارند. فلاکس‌های محلول در آب (اسیدهای آلی) باید شسته شوند تا از خوردگی جلوگیری شود. فلاکس‌های غیرتمیز یا با فعالیت ضعیف، بقایای مضر کمتری از خود به جا می‌گذارند، بنابراین تمیزکاری ملایم‌تر یا عدم تمیزکاری امکان‌پذیر است.[21]برای هرگونه فلاکس حاوی هالیدها، کلریدها یا اسیدهای قوی، تمیزکاری کامل با آب مورد نیاز است.
• الزامات مشتری/قرارداد:بسیاری از قراردادها یا استانداردها به صراحت الزامات تمیزکاری را بر اساس کلاس محصول بیان می‌کنند. همیشه از مشخصات مشتری یا استانداردهای مربوطه (مانند J-STD-001، MIL-SPEC) برای تمیزی پیروی کنید.
• سایر عوامل محیطی:اگر قرار است پوشش‌های تطبیقی ​​اعمال شود، مطمئن شوید که روش تمیز کردن (یا عدم تمیز کردن) انتخاب شده با آن سازگار است. شرایط مرطوب یا پوشش داده شده ممکن است مشکل‌ساز باشد.

به طور خلاصه، بردهای با قابلیت اطمینان بالا در محیط‌های سخت باید کاملاً تمیز و از نظر سطح یونی آزمایش شوند. بردهای با حساسیت کمتر می‌توانند از فرآیندهای بدون تمیزکاری با بررسی‌های دوره‌ای استفاده کنند. همانطور که یکی از منابع اشاره می‌کند، روش تمیزکاری «باید بر اساس اهمیت محصول، تمیزی مورد نیاز و وضعیت کارخانه باشد».

جایگزین جدید: تمیز کردن با یخ خشک

انفجار یخ خشک یک روش تمیز کردن PCB نوظهور و سازگار با محیط زیست است. در این روش از هوای فشرده برای شلیک گلوله‌های جامد CO₂ با سرعت بالا به سطح PCB استفاده می‌شود. وقتی گلوله‌ها به تخته برخورد می‌کنند، فوراً ... تصعید کردن (به گاز تبدیل شود) و یک ضربه قوی و اثر خنک کننده روی باقیمانده ایجاد کند[35]این عمل جنبشی و حرارتی، پیوند بین آلاینده‌ها و سطح تخته را می‌شکند. این باعث می‌شود که باقیمانده‌ی فلاکس و سایر کثیفی‌ها شکننده شوند و از بین بروند. از آنجا که CO₂ به سادگی به گاز تبدیل می‌شود، ... بدون ضایعات ثانویه در هیئت مدیره[35]یک گزارش اشاره می‌کند که تمیز کردن با یخ خشک می‌تواند بیش از ۹۵٪ آلودگی‌های ناشی از شار لحیم را از بردهای آزمایشی پاک کند.[36].

مقایسه‌های کلیدی با نظافت سنتی:

• کارایی تمیز کردن:گزارش شده است که انفجار یخ خشک خیلی سریع – تا ۴ برابر سریع‌تر از برخی روش‌های حلال یا آبی. می‌تواند بدون خیساندن یا چرخه‌های طولانی، به سرعت تمیز کند.
• پسماند و ضایعات:تولید می کند بدون پساب مایعتنها «ضایعات» آلودگی‌های جدا شده هستند که باید با جاروبرقی جمع شوند. یخ خشک (CO₂) خود به هوا تبخیر می‌شود و تخته را کاملاً خشک می‌گذارد. این کار از تماس با مواد شیمیایی سمی شستشو یا فاضلاب جلوگیری می‌کند.
• اثر تمیز کردن:گلوله‌های یخ خشک می‌توانند به شکاف‌های ریز و زیر اجزایی که ممکن است پاک‌کننده‌های مایع نتوانند آنها را خیس کنند، برسند. انفجار دقیق آن می‌تواند مجموعه‌های پیچیده را کاملاً تمیز کند.[37]مطالعات نشان می‌دهد که این ماده، شار را بدون کاهش قابلیت لحیم‌کاری پوشش نهایی، حذف می‌کند.[38].
• ایمنی تخته:یخ خشک ساینده و نارسانا نیست. به اجزای ظریف، سیم‌ها یا مسیرهای مدار آسیب نمی‌رساند.[35]یک منبع اشاره می‌کند که «بدون برجای گذاشتن هیچ اثری، کثیفی و آلودگی را از بین می‌برد» و «هیچ آسیب مکانیکی به سطوح ظریف یا اجزای پیچیده وارد نمی‌کند».[35]آنقدر ملایم است که حتی در صورت ایمن بودن تنظیمات، می‌توان از آن در وسایل الکترونیکی برقی نیز استفاده کرد.
• اثرات زیست محیطی:تمیز کردن با یخ خشک در نظر گرفته شده است سبزاز CO₂ صنعتی بازیافتی استفاده می‌کند و هیچ ماده شیمیایی سمی به آن اضافه نمی‌کند. هیچ زباله خطرناکی برای دفع وجود ندارد.[38][35]تنها محصول جانبی، آلودگی حذف شده است که بی‌اثر است.
• ایمنی:قرص‌های CO₂ سرد اما غیرسمی هستند و هیچ پسماند مضری از خود به جا نمی‌گذارند. هیچ خطر آتش‌سوزی یا انفجاری وجود ندارد (برخلاف بخارات حلال). اپراتورها به دلیل سطح گاز CO₂ باید از ماسک تنفسی استفاده کنند، اما به طور کلی این روش ایمن است.
• هزینه:هزینه‌های اصلی شامل تهیه یخ خشک و هوای فشرده است. هزینه‌های مواد شیمیایی غیر شوینده یا دفع فاضلاب صرفه‌جویی می‌شود. به دلیل تمیز کردن سریع، نیروی کار می‌تواند کمتر باشد. بسیاری هزینه کلی را رقابتی می‌دانند، به خصوص وقتی صرفه‌جویی در زمان و توان عملیاتی بالاتر را در نظر بگیرند.

به طور خلاصه، انفجار یخ خشک، تمیزکاری مؤثر و بدون باقی مانده را ارائه می‌دهد. این روش بسیاری از معایب تمیزکاری مرطوب را از بین می‌برد: بدون آلودگی ثانویه، بدون زباله مایع و بدون آسیب به تخته‌ها. همانطور که در یک مقاله کنفرانسی آمده است، این روش "نوآورانه، ارزان و سبز" است و می‌تواند بقایای شار را به طور بسیار مؤثری از بین ببرد.[38][36]بسیاری از کاربران گزارش می‌دهند که انفجار یخ خشک، به ویژه برای قطعات الکترونیکی حساس، بدون خطر برای PCB، به تمیزکاری عالی دست می‌یابد.