Baugruppenfertigung Ohne Reinigung geht (fast) nichts

Steigende Ausfälle von in »No-Clean-Prozessen« gefertigten Baugruppen und zunehmende Anforderungen an Baugruppen in punkto Zuverlässigkeit lassen den Bedarf an Baugruppenreinigung deutlich steigen. Doch wie reinigt man Baugruppen und wie findet man den passenden Reinigungsprozess? Dabei unterstützen Reinigungsspezialisten wie Zestron Europe, die neben ihrer Expertise im hauseigenen »Technischen Zentrum« auch das technische Equipment zu Testzwecken zur Verfügung stellt.

»Wir beobachten nach 15 Jahren Felderfahrung mit »No-Clean-Prozessen« eine steigende Zahl an Feldausfällen, insbesondere lackierter Baugruppen«, gibt Dr. Alexandra Rost, Prozessingenieurin bei Zestron, zu bedenken. Außerdem hat der verstärkte Einsatz von Hochspannungsbaugruppen die Anforderungen an Spannungsfestigkeit und Alterungsbeständigkeit drastisch erhöht. »Speziell Hersteller von solchen Schaltungen, an die erhöhte Ansprüche in Bezug auf Klima- bzw. Langzeitzuverlässigkeit gestellt werden, sollten sich fragen, ob sie die potenziellen Risiken einer No-Clean-Fertigung eingehen wollen«, warnt Dr. Rost.

Vor allem für Klasse-2- und Klasse-3-Baugruppen und im Speziellen für solche, die in nachfolgenden Prozessen beschichtet oder drahtgebondet werden, ist eine hochreine Oberfläche wichtig. Nur so lässt sich garantieren, dass das Coating bzw. die Bondverbindung ausreichend schützt bzw. dauerhaft hält. Auch Baugruppen, die unter kritischen, wechselnden klimatischen Einflüssen zum Einsatz kommen, müssen eine sehr hohe Oberflächenreinheit aufweisen. Nach Ansicht von Frau Dr. Rost lässt sich so das Risiko von Fehlfunktionen durch verunreinigungsbedingte Kriechstrome und elektrochemische Migration deutlich reduzieren. »Hinzu kommt, dass mit der Einführung von bleifreien Lotpasten auch der höhere Flussmittelanteil und die aggressiveren Aktivatoren berücksichtigt werden müssen, die in diesen Pasten enthalten sind«, so Alexandra Rost. Dadurch sei mit einer Verstärkung der Fehlfunktionen zu rechnen, und die Zuverlässigkeit und Lebensdauer elektronischer Baugruppen werde verringert. »Die Reinheitsqualifizierung einer Baugruppe kann über optische Inspektion, ionische Kontaminationsmessung und verschiedene Schnelltests erfolgen«, erklärt Dr. Rost. Über die zulässigen bzw. akzeptablen Grenzwerte und Verunreinigungsgrade sowie über Prüfmethoden geben verschiedene Normen Aufschluss (siehe Kasten). Ebenso unterstützen die Prozessingenieure von Zestron bei der Qualifizierung der Oberflächenreinheit. Der Kunde erhält zudem einen Prüfbericht mit einer kundenspezifischen Prozessempfehlung.

Mit Schlüssel-Schloss-Prinzip zum passenden Reinigungsmedium

Dr. Rost empfiehlt: »Das Medium zur Reinigung von Baugruppen sollte wie nach einem Schlüssel-Schloss-Prinzip an die Verunreinigungen, dh. die Flussmittelrückstände, angepasst sein. Ansonsten wird man zwar ein gewisses Reinigungsergebnis erzielen, aber selbst mit der aufwändigsten und teuersten Reinigungsanlage weit von der gewünschten Oberflächenreinheit entfernt sein.« Zur Auswahl stehen drei Reinigersysteme: Moderne Lösemittel, wässrig alkalische Tensidsysteme und die von Zestron entwickelten wasserbasierenden MPC-Reiniger:

  • Moderne Lösemittel zeichnen sich durch ein sehr breites Prozessfenster für das Entfernen aller Arten von Verunreinigungen aus. Daher sind sie technisch in manchen Fällen die beste Alternative. Gleichzeitig besitzen sie jedoch Nachteile wie Flammpunkt und einen stärkeren Eigengeruch.
  • Herkömmliche Tensidreiniger dagegen sind wässrig und somit nicht brennbar. Sie haben jedoch ein enges Prozessfenster und verarmen schnell an reinigungsaktiven Bestandteilen, was zu häufigem Nachdosieren, zu verkürzten Badstandzeiten und damit zu einem hohen Verbrauch und Entsorgungsaufwand führt. Herkömmliche Tenside bleiben zudem bei unzureichender Spülung auf der Oberfläche haften und bilden dort einen Film, der sich bei nachfolgenden Beschichtungs- und Bondprozessen negativ auf die Qualität auswirken kann.
  • Die MPC-Technologie vereint die Vorteile der Lösemittel- und Tensidreiniger und tilgt gleichzeitig deren Nachteile. MPC-Reiniger sind wasserbasierende Medien ohne Flammpunkt. Der VOC-Anteil (Volatile Organic Compound) ist bei MPC-Reinigern auf Grund der besonderen Formulierung sehr gering, und sie sind zudem sehr geruchsarm. Durch ihr großes Prozessfenster können sie jedoch ähnlich wie Lösemittel für das Entfernen vieler Verunreinigungen eingesetzt werden. MPC-Reiniger enthalten keine Tenside und lassen sich daher problemlos rückstandsfrei spülen. Sie sind somit auch an Anwendungen mit sehr hohen Reinheitsanforderungen optimal angepasst.

»Die Auswahl eines Reinigungsverfahrens sollte im ersten Schritt über die technischen Notwendigkeiten erfolgen«, meint Alexandra Rost. »Bei nachgelagerten Beschichtungsprozessen ist es vor allem wichtig, durch die Reinigung eine möglichst hohe Oberflächenreinheit zu erzielen.« Dadurch wird die Haftung von Beschichtungsstoffen auf der Baugruppenoberfläche verbessert. Bei der Auswahl eines geeigneten Reinigungsprozesses spielt vor allem die optimale Abstimmung von Reinigungsanlage und -chemie eine große Rolle. »Die eingesetzte mechanische Agitation wie Sprühen, Druckumfluten oder Ultraschall soll auf die jeweiligen Anforderungen der zu reinigenden Rückstände, die Geometrie und die verwendeten Materialien der Baugruppe abgestimmt sein«, gibt Dr. Rost zu bedenken.

Welche Reinigungsanlage ist die richtige?

Der Markt bietet eine Vielzahl unterschiedlicher Reinigungsmaschinen, z.B. Tauchanlagen mit Ultraschall oder Druckumflutung, Einkammer-Spritzreinigung im Spülmaschinensystem, Inline-Spritz-Anlagen für die vollautomatische Reinigung und Einkammer-Lösemittelanlagen mit Dampfspülung und Vakuumtrocknung. Es gibt unterschiedliche halbautomatische Prozesse, bei denen das Reinigungsgut manuell umgesetzt wird, beispielsweise von der Reinigungs- in die Spülstufe . Bei einem vollautomatischen System, bei dem der Bediener lediglich die Substrate in die Anlage stellen muss und der Reinigungsvorgang von einem Programm abgearbeitet wird, ist im Vergleich zu einem halbautomatischen Prozess aber der personelle Aufwand/Kosten bzw. das Handling größer.

Einen guten Überblick dazu bietet Zestron im Technischen Zentrum in Ingolstadt: Dort stehen den Kunden alle Reinigungsanlagen führender Hersteller zum Test zur Verfügung, mit denen Zestron unabhängig zusammenarbeitet. »Damit ersparen wir unseren Kunden viel Zeit und Kosten, weil einzelne Besuche bei verschiedenen Hersteller nicht notwendig sind«, sagt Frau Dr. Rost. »Der Kunde hat die Möglichkeit, alle relevanten Anlagen und verschiedene Reinigungsmedien mit eigenen Teilen, wie Baugruppen, Schablonen, Lötrahmen etc., kostenlos zu testen, und wird dabei durch unsere Ingenieure unterstützt.« Bei der Auswahl der Reinigungsanlage stellen sich diese Fragen:

  • Wieviel muss ich reinigen – Was ist mein Durchsatz pro Tag?
  • Wie groß darf die Anlage sein – Welche Anlagenstellfläche habe ich in meiner Produktion zur Verfügung?
  • Wie soll die Reinigung in die Fertigung eingebunden sein – Soll batchweise oder vollautomatisch in einer Inline-Anlage gereinigt werden?  

Bei der Auswahl der Reinigungsanlage stellen sich diese Fragen:

  • Wieviel muss ich reinigen – Was ist mein Durchsatz pro Tag?
  • Wie groß darf die Anlage sein – Welche Anlagenstellfläche habe ich in meiner Produktion zur Verfügung?
  • Wie soll die Reinigung in die Fertigung eingebunden sein – Soll batchweise oder vollautomatisch in einer Inline-Anlage gereinigt werden?

Ebenso wichtig wie der Reiniger und die passende Reinigungsanlage ist die kontinuierliche Überwachung des Reinigungsbades. »Die Überwachung des Reinigungsbades sollte ein integraler Bestandteil eines jeden Reinigungsprozesses sein«, fordert daher Dr. Rost, »denn durch eine regelmäßige Badüberwachung kann der Anwender eine sichere Aussage über die Qualität seines Reinigungsbades treffen, verfrühte bzw. häufige Badwechsel verhindern und Medien- sowie Operatorkosten vermeiden. Gleichzeitig erzielt man damit auch eine gleich bleibend hohe Badqualität und dadurch einen stabilen Prozess mit kontinuierlich guten Reinigungsergebnissen.«