go_up.gif Предыдущая часть документа


Активным компонентом смеси является абиетиновая кислота, которая при температуре пайки является химически активной и действует на окислы меди на поверхности печатной платы, образуя медный абиетин. Флюсы со смоляной основой имеют три компонента: растворитель или носитель, смолу и активатор. Растворитель играет роль носителя для флюса. Для эффективности смола наносится на плату в жидком состоянии путем растворения смолы и активатора в растворителе - изопропиловом спирте (IPA) или многокомпонентных спиртовых смесях (IPA, метанол или этанол). Затем флюс наносится в виде пены на нижнюю поверхность печатной платы посредством добавления воздуха или азота либо распыляется в смеси с низким содержанием твердых веществ с более высоким содержанием растворителя. Компоненты растворителя имеют разную скорость испарения, поэтому разбавитель должен добавляться в флюсовую смесь, чтобы сохранить химический состав флюса. Основные типы флюсов со смоляной основой следующие: наиболее распространенные слабоактивные смолы (RMA), с добавлением слабого активатора и активные смолы (RA) с более агрессивным активатором.
     
Главная опасность флюсов со смоляной основой для окружающей среды, здоровья и безопасности связана с содержанием в их составе спиртовых растворителей. Опасность вызвана их воспламеняемостью при хранении и использовании (они классифицируются как опасные и требуют соответствующего обращения). Необходимы очистительные системы для устранения выбросов в воздух летучих органических соединений (VOCs), и соблюдение правил промышленной гигиены в связи с вредным воздействием на органы дыхания и кожу. ( По каждому разделу применяются соответствующие методы контроля, обучения персонала и нормативные документы). (Ассоциация производителей электронного и телекоммуникационного оборудования, 1991).
     
В процессе волновой пайки флюс нагревается от 183 до ; при этом образуются и попадают в воздух алифатические альдегиды, такие как формальдегид. Кроме того, многие флюсы содержат органический аминный гидрохлоридный активатор, который помогает очистить припаиваемый участок и высвобождает соляную кислоту при нагревании. Другие газовые компоненты включают бензол, фенол, хлорофенол, стирол, толуол и изопропиловый спирт. Кроме перечисленных газовых компонентов нагретого флюса, образуется значительное количество частиц, размер которых варьируется в диапазоне от 0,01 микрона до 1 микрона, известных под названием канифольная копоть. Обнаружено, что эти частицы вызывают раздражение органов дыхания и аллергические реакции у чувствительных людей (Hausen, Krohn and Budianto 1990). В Великобритании стандарты допустимого уровня воздействия химических веществ атмосферу требуют предельно низкого содержания канифольной копоти. (Комиссия по вопросам здоровья и безопасности 1992). Американская конференция государственных специалистов по промышленной гигиене (ACGIH) установила предельную норму продуктов пиролиза припоя на смоляной основе виде формальдегида в 0.1 (ACGIH 1994). Ассоциация производителей свинцовой промышленности считает ацетон, метиловый спирт, алифатические альдегиды (в виде формальдегида), двуокись углерода, моноокись углерода, метан, этан, абиетиновую кислоту и дитерпиновые кислоты типичными продуктами распада, образующимися при пайке припоем на смоляной основе (Ассоциация свинцовой промышленности 1990).
     
Органические флюсы
Органические флюсы, иногда называемые промежуточными или растворимыми в воде, являются более активными, чем флюсы со смоляной основой и менее коррозийными, чем кислотные флюсы, используемые в металлообрабатывающих отраслях.
Активные соединения этого класса флюсов делятся на три группы:
     
· кислоты (стеариновая, лимонная, молочная)
· галогены (гидрохлориды, бромиды, гидразин)
· амиды и амины (мочевина, триэтаноламин).
     
Эти и другие материалы, входящие в состав органических флюсов, такие как поверхностно-активные вещества, помогающие снизить поверхностное натяжение, растворяются в полиэтиленгликоле, органических растворителях, воде или в смеси этих веществ. Органические флюсы являются коррозийными, но могут легко очищаться обычной горячей водой.
     

Синтетически активируемые флюсы (AS)
Флюсы, основанные на смолах, представляет собой твердые материалы, растворимые в растворителе, а синтетически активируемые флюсы обычно жидкие (растворитель+флюс). Растворитель, являющийся носителем, удаляется при предварительном нагревании пайки волной, оставляя жидкий маслянистый остаток на поверхности печатной платы, который следует очищать сразу после пайки. Главной особенностью синтетически активируемых флюсов является то, что их можно удаляться с помощью подходящего растворителя, обычно на фторуглеродной основе. В связи с существующими ограничениями применения веществ, разрушающих озоновый слой, таких как фторуглероды (фреон TF, фреон TMS и т.д.), очистка растворителей флюсов этой группы используются редко.
     
Не требующие очистки паяльные флюсы с низким содержанием твердых веществ или флюсы на нелетучих органических соединениях
Необходимость исключить после пайки этап очистки коррозионных или липких остатков флюсов с помощью фторуглеродных растворителей привела к широкому использованию нового класса флюсов. Эти флюсы по своей активности похожи на слабоактивные смолы. Содержание твердых веществ в них составляет приблизительно 15%. Содержание твердых веществ является мерой вязкости и равняется отношению флюса к растворителю. Чем ниже содержание твердых веществ, тем выше процентное содержание растворителя. Чем выше содержание твердых веществ, тем активнее флюс и тем более вероятна необходимость очистки после пайки. В электронной промышленности обычно применяются флюсы с низким содержанием твердых веществ (LSF), как правило, не требующие дополнительной очистки. С точки зрения выбросов в атмосферу флюсы с низким содержанием твердых веществ не требуют парового обезжиривания фторуглеродами плат, пропаянных методом пайки волной. Но они содержат повышенную долю испаряющихся спиртовых растворителей, что ведет к повышению содержания в воздухе летучих органических соединений (VOC) . Уровень эмиссии в воздух летучих органических соединений строго контролируются в США и многих других странах. Эта проблема была решена с помощью разработки флюсов, не требующих очистки на водной основе (а не на растворителях), содержащих аналогичные активаторы и смолы. Главные активные компоненты таких флюсов основаны на бикарбоновых кислотах (от 2 до 3%), как правило, это янтарная и жировая кислоты. Поверхностно активные вещества и замедлители коррозии (приблизительно 1 %) также входят в состав, создавая рН (кислотность) от 3.0 до 3.5. Эти флюсы фактически исключают выброс летучих органических соединений и другие опасности для окружающей среды, здоровья и безопасности, характерные для флюсов, основанных на растворителях. Продукты разложения, отмеченные для флюсов со смоляной основой, и здесь имеют место, а невысокая рН требует, чтобы оборудование для работы с флюсами было кислотостойким. Некоторые неопубликованные данные указывают на вероятность возникновения кожных или респираторных заболеваний от высохших, слабокислых бикарбоновых кислот и замедлителей коррозии, остатки которых могут образоваться на контейнерах для плат и на внутренней поверхности оборудования для волновой пайки с применением этих компонентов. Кроме того, водный компонент флюсов может не испариться перед попаданием в емкость с расплавленным припоем и привести к разбрызгиванию горячего припоя.
     
Пайка волной
Добавление флюса на нижнюю поверхность печатной платы производится с помощью приспособления для флюсования, расположенного внутри устройства для пайки волной, либо с помощью отдельного приспособления, размещаемого у входа в устройство для волновой пайки. На рис. 83.7 представлена схема стандартного устройства для пайки волной с приспособлением для флюсования, расположенным внутри устройства. Любая из этих конфигураций используется для нанесения в виде пены или спрея флюса на печатную плату.

--------------------------------------------------------------------------------
     

Рис. 83.7      Схема устройства для пайки волной





--------------------------------------------------------------------------------

Предварительное нагревание
Носители флюса испаряются до пайки с помощью высокотемпературных подогревателей для выпаривания жидких компонентов. Применяются два основных вида подогревателей: излучающий (горячий стержень) и объемный (горячий воздух). В США наиболее часто применяются излучающие подогреватели. Они представляют опасность в связи с вероятным воспламенением излишков флюса или растворителя или повреждением печатной платы, когда она фиксируется под подогревателем. На стороне приспособления для флюсования и подогревателя устройства волновой пайки устанавливается система локальной вытяжной вентиляции, предназначенная для улавливания и вытяжки частиц флюса и растворителей, испаряющихся во время данных операций.

Пайка
Сплав припоя (обычно 63% олова и 37% свинца) содержится в большом резервуаре, который называется тиглем припоя и подогревается электричеством для поддержания припоя в расплавленном состоянии. Нагреватели включают мощный объемный нагреватель для получения исходного расплава и источник с регулируемым подогревом меньшего размера для термостатического контроля температуры.
     
Для успешной пайки нужно, чтобы конструкция тигля припоя и системы насосной рециркуляции непрерывно обеспечивали необходимую "волну" свежего припоя на уровне платы. При пайке чистый припой загрязняется окисленными компонентами свинца и олова, металлическими примесями и продуктами разложения флюса. Шлак образуется на поверхности расплавленного припоя, и чем его больше, тем больше тенденция его дополнительного образования. Шлак вреден для процесса пайки и волны припоя. Если в тигле образуется достаточно шлака, он может попадать в рециркуляционный насос и вызывать абразивный износ импеллера. Необходимо, чтобы операторы волновой пайки освобождали волну припоя от шлака на повседневной основе. Данный процесс включает фильтрацию оператором затвердевшего шлака из расплавленного припоя и сбор остатков для восстановления/вторичной переработки. Процесс освобождения от шлака заключается в том, что оператор открывает заднюю дверцу доступа примыкающую к тиглю припоя и вручную вычерпывает горячий шлак. Во время этой операции из тигля высвобождаются видимые эмиссии, которые являются сильными раздражителями для глаз, носа и горла оператора. Оператор должен надевать теплозащитные перчатки, фартук, защитные очки, маску на лицо и респиратор (для защиты от частиц свинца и олова, коррозионных газов (HCl) и алифатических альдегидов (формальдегида)). Изнутри устройство для пайки волной снабжено локальной вытяжной вентиляцией, но тигель припоя вытаскивают из основного шкафа механическим способом, чтобы обеспечить оператору прямой доступ к обеим сторонам горячего тигля. После снятия тигля труба локальной вытяжки, вмонтированная в шкаф, становится неэффективной для удаления высвобождающихся частиц материалов. Основные факторы риска для здоровья и безопасности следующие: термические ожоги горячим припоем, вредное воздействие на органы дыхания вышеупомянутых материалов, травмы спины при переносе тяжелых слитков припоя и коллекторов для шлака, а также вредное воздействие остатков оловянно-свинцового припоя и мелких частиц при техобслуживании.
     
Во время пайки дверцы доступа закрыты, и внутренняя часть устройства пайки волной находится под отрицательным давлением благодаря локальной вытяжной вентиляции на сторонах тигля припоя и флюса. Благодаря этой вентиляции и рабочей температуре в тигле для припоя (обычно в диапазоне от 302 до , что чуть выше температуры плавления припоя) происходит минимальное образование испарений свинца. Основное вредное воздействие частиц свинца и олова происходит во время очистки от шлака и техобслуживании: при перемешивании шлака в тигле, переносе его в резервуар для переработки и удалении остатков припоя. При удалении шлака образуются высокодисперсные частицы свинца и олова. Они могут проникать в воздух рабочего помещения и зону дыхания оператора волновой пайки. Разработаны различные методы технического контроля для минимизации попадания мельчайших частиц свинца в воздух рабочей зоны, в том числе: встраивание системы локальной вытяжной вентиляции в резервуар для переработки (см. рис. 83.8), применение вакуумных устройств НЕРА для удаления остатков и гибких вытяжных труб с шарнирными рычагами для вентиляции около горячего тигля при очистке от шлака. Применение щеток и веников для выметания остатков припоя запрещается. Необходимо также строго соблюдать правила личной гигиены в производственном помещении. Во время техобслуживания оборудования для пайки волной (еженедельного, ежемесячного, ежеквартального и ежегодного) различные компоненты горячего тигля чистят либо внутри оборудования, либо под колпаком локальной вытяжной вентиляции. Очистка может включать физическое скобление или механическую очистку (с применением электрической дрели или проволочной щетки) насоса и диафрагм. Во время механической очистки образуется большое количество мелких частиц свинца, поэтому данную операцию необходимо производить в закрытой камере с локальной вытяжкой.

--------------------------------------------------------------------------------
     

Рис. 83.8       Приспособление для шлака с вакуумной крышкой





--------------------------------------------------------------------------------

Визуальный контроль, исправление дефектов и испытания
После волновой пайки проводится визуальный контроль, и исправляются небольшие дефекты. Для выполнения этих функций требуются увеличительные лупы и специальное освещение. Небольшие дефекты могут исправляться с помощью специального ручного паяльника и припоя со смоляной основой или очистки щеткой в небольшом количестве жидкого флюса и оловянно-свинцового припоя. Видимые испарения от пайки включают продукты распада от флюса. Чтобы избежать проблем, связанных с небольшим количеством зерен оловянно-свинцового припоя, не прилипших к паяному соединению, нужно соблюдать правила личной гигиены и гигиены производственных помещений. Необходимо установить вентилятор рядом с рабочей станцией для проветривания зоны дыхания оператора либо более сложную систему вытяжки испарений с захватом продуктов распада на конце паяльника. Испарения направляются в систему воздухоочистителя с НЕРА- фильтрацией мелких частиц и газовой адсорбцией активированным углем алифатических альдегидов и газов хлористоводородной кислоты. Эффективность вытяжных систем пайки зависит от скорости захвата, близости к месту образования испарений и отсутствия противоположной тяги на рабочей поверхности. Для электрической проверки замкнутой печатной платы требуется специализированное испытательное оборудование и программное обеспечение.

Ремонт и замена неисправных компонентов
По результатам испытаний неисправные платы выявляют дефекты отдельных компонентов и заменяют их. Ремонт производят с помощью пайки специальным паяльником. Если основные компоненты печатной платы, такие как микропроцессор, требуют замены, для ремонта используется тигель припоя. Участок платы с дефектным компонентом или соединением погружают в небольшой тигель для припоя, удаляют дефектный и вставляют новый функциональный компонент на плату. Если компонент небольшой или легко удаляется, применяется воздушно-вакуумная система с горячим воздухом для нагревания паяного соединения и вакуум для удаления припоя. Тигель припоя при ремонте помещают внутри закрытой камеры с системой локальной вытяжки, которая обеспечивает достаточную скорость вытяжки для захвата продуктов распада флюса, образуемых при растекании жидкого припоя на плате и изготовлении паяного соединения. Тигель также образует шлак, требующий технологии и приспособлений для удаления (но в гораздо меньших количествах). Воздушно-вакуумную систему не нужно помещать в закрытую камеру, а с удаленными остатками оловянно-свинцового припоя следует обращаться, как с опасными отходами и подвергать их вторичной переработке.

Вспомогательные операции - очистка трафарета
Первый этап монтажа печатных плат включал использование трафарета для формирования рисунка расположения соединений, через который наносят пасту оловянно-свинцового припоя. Обычно отверстия на трафарете быстро загрязняются и остатки пасты оловянно-свинцового припоя приходится удалять каждую смену. Предварительная очистка выполняется на установке для трафаретной печати с целью удаления грубых посторонних веществ с платы путем протирки поверхности разбавленным спиртом и обтирочным материалом. Для полного удаления остатков необходима процедура жидкостной химической очистки. В системе, похожей на большую посудомоечную машину, используется горячая вода (t ) и химический раствор разбавленных алифатических аминов (моноэтанол амина) для химического удаления пасты припоя с трафарета. Значительное количество оловянно-свинцового припоя смывается с платы, и он оседает в камере для промывания либо в растворе вытекающего водного потока. Необходима фильтрация вытекающего потока или химическое удаление свинца и регулировка рН для коррозионных алифатических аминов (с использованием хлористоводородной кислоты). В новых закрытых системах очистки трафаретов используется один и тот же раствор для промывания до тех пор, пока он полностью не израсходуется. Раствор подается в перегонное устройство, и летучие вещества отгоняются до образования полужидкого остатка. Остаток является опасным отходам, загрязненным свинцом и оловом.

Сборка компьютеров
После окончания монтажа печатной платы её передают на участок сборки систем для встраивания в конечный продукт - компьютер. Как правило, операция по сборке компьютеров требует интенсивных трудовых затрат. Компоненты, подлежащие сборке, подаются на индивидуальные рабочие станции на специальных транспортных устройствах по механизированной сборочной линии. Основные факторы риска для здоровья и безопасности на этом этапе связаны с движением материалов и конвейером (поднятие с помощью специальных приспособлений, ручное поднятие), эргономическими аспектами процесса сборки (пределы движения; силой, необходимой для "установки" компонентов; установкой винтов и соединителей), окончательной упаковкой, плотным обертыванием и отгрузкой. Процесс сборки компьютера включает следующие операции:
     
· подготовку блока и корпуса;
· установку печатных плат (материнской и дочерней);
· установку основных компонентов (гибкий диск, жесткий диск, источник питания, CD-ROM);
· сборку монитора (только портативного);
· подсоединение мыши и клавиатуры;
· стыковку ленточных соединителей между РС и звуковыми колонками;
· фиксацию кожуха;
· загрузку программного обеспечения;
· тестирование;
· доводку;
· зарядку батареек (только портативных) и упаковку;
· плотное обертывание и отгрузку.
     
 В процессе сборки компьютера могут использоваться только химические вещества, предназначенные для окончательной очистки корпуса компьютера или монитора. Как правило, для этой цели применяется разбавленный раствор изопропилового спирта и воды или смесь очистителей.