Čistenie dosiek plošných spojov (DPS) po spájkovaní je kľúčový proces, ktorý zabezpečuje spoľahlivosť a dlhodobú životnosť elektronických zariadení. Zvyšky tavidla, nečistoty a iné kontaminanty môžu ovplyvniť správne fungovanie dosky, čo vedie k potenciálnym poruchám alebo skráteniu životnosti zariadenia. Ultrazvukové čistenie predstavuje efektívnu a šetrnú metódu pre odstránenie týchto nečistôt. Tento článok sa zaoberá procesom čistenia DPS pomocou ultrazvukových čističiek, ich výhodami, postupom a prípravkami, ktoré sa na čistenie používajú.

Prečo je čistenie DPS dôležité?

Spájkovanie je proces, pri ktorom sa pripojujú elektronické komponenty k doske. Tavidlo, ktoré sa pri tom používa, môže zanechať zvyšky, ktoré sú hygroskopické a môžu spôsobiť koróziu alebo vytvárať vodivé stopy medzi cestičkami. Tieto nečistoty majú negatívny vplyv na elektrické vlastnosti dosky, čo môže viesť k nespoľahlivosti alebo dokonca k výpadkom celého zariadenia. Rovnako môžu niektoré tavidlá  pôsobiť korozívne a spôsobovať oxidáciu dosiek plošného spoja. Preto je čistenie po spájkovaní nevyhnutné.

Ultrazvukové čistenie a jeho princíp

Absorbenty a ich úloha pri čistení

Absorbenty, teda čistené časti, majú kľúčovú úlohu v procese, ktorý premieňa ultrazvukovú energiu na tepelnú energiu. Tento proces vysvetľuje zahrievanie čistiaceho média počas jeho prevádzky.

Mechanizmus oddelenia

Pri zmene teploty medzi predmetom, ktorý sa má vyčistiť, a nečistotami dochádza k čiastočnému oddeleniu na mieste ich kontaktu. Týmto spôsobom sa čistiace médium dostane medzi kontaktné miesta vyčisteného objektu a nečistoty. Vniknutie čistiaceho média do tohto priestoru postupne narušuje sily, ktoré viažu tieto dve časti dohromady, až po ich úplné oddelenie.

Proces kavitácie

Vplyvom vákua na miestach s uvoľnenou súdržnosťou molekúl kvapaliny sa narušuje integrita kvapaliny, čo vedie k vytváraniu bublín v čistiacom médiu. Následne sa okamžitá hodnota striedavého tlaku v kvapaline mení a prechádza cez nulovú hodnotu do kladných hodnôt. Tento proces uzatvára a stláča vzniknuté vzduchové bubliny. Pri ostrých kompresiách sférických bublín sa v ich strede vytvárajú sférické vlny s vysokou mechanickou energiou (niekoľko tisíc atmosfér), ktoré definitívne prerušujú väzbu medzi vyčisteným objektom a nečistotami. Tento jav nazývame kavitácia. Je dôležité poznamenať, že kavitácia nemusí vždy úplne oddeliť nečistoty od vyčisteného objektu, avšak jej účinok výrazne prispieva k efektívnosti čistiaceho procesu.

Výber čistiacej kvapaliny pre ultrazvukové čistenie

Výber pracovnej kvapaliny je jedným z najdôležitejších aspektov, ktoré ovplyvňujú efektivitu ultrazvukového čistenia. Čistiace médium zohráva kľúčovú úlohu pri rozpúšťaní nečistôt alebo ich chemickej reakcii s nimi. Pri výbere čistiaceho média je dôležité zohľadniť typ nečistôt, ktoré sa majú odstrániť, ako aj materiál predmetu, ktorý sa čistí. Týmto spôsobom sa zabezpečí optimálny výsledok čistenia a ochrana čisteného objektu.

Prehľad čistiacich prostriedkov pre ultrazvukové čistenie DPS

Postup čistenia DPS pomocou ultrazvukovej čističky

1. Príprava roztoku

   • Na čistenie DPS sa používajú špeciálne formulované kvapaliny určené pre elektroniku. Tieto kvapaliny môžu byť buď na vodnej báze alebo izopropyl alkoholu. Voľba vhodného roztoku závisí na druhoch znečistenia a type DPS.

2. Nastavenie teploty a času čistenia

   • Pre čistenie DPS sa často odporúča nastaviť teplotu čistiaceho roztoku medzi 30–50 °C. Vyššie teploty pomáhajú zlepšiť efektivitu čistenia. Čas čistenia sa pohybuje medzi 5 a 15 minútami, v závislosti od stupňa znečistenia.

3. Proces čistenia

   • DPS sa vloží do ultrazvukovej čističky s pripraveným roztokom. Počas procesu sa ultrazvukové vlny šíria cez kvapalinu a odstraňujú nečistoty z povrchu DPS.

4. Oplachovanie a sušenie

   • Po ukončení čistenia je potrebné DPS opláchnuť v demineralizovanej vode alebo izopropylalkohole, aby sa odstránili zvyšky čistiaceho roztoku. Následne sa doska nechá vysušiť na vzduchu alebo pomocou stlačeného vzduchu z primeranej vzdialenosti.

Výhody a nevýhody ultrazvukového čistenia

Výhody:

• Efektívnosť: Ultrazvukové vlny dokážu preniknúť do tých najmenších priestorov a zabezpečiť čistenie všetkých povrchov dosky.
• Šetrnosť: Na rozdiel od mechanických metód čistenia je ultrazvuk šetrný k citlivým komponentom, čo minimalizuje riziko fyzického poškodenia.
• Automatizácia procesu: Ultrazvuková čistička môže pracovať automaticky, čo znižuje potrebu ručnej práce.

Nevýhody:

• Možné riziko poškodenia: Niektoré komponenty nemusia byť odolné voči ultrazvuku a môžu byť poškodené pri vysokých frekvenciách, alebo nevhodne zvolenou čistiacou kvapalinou.
• Náklady: Ultrazvukové čističky a špeciálne čistiace prostriedky môžu byť nákladnejšie v porovnaní s inými metódami.

Ultrazvukové čistenie je účinné pre odstraňovanie nečistôt z rôznych komponentov, ale niektoré elektronické a mechanické súčasti sú náchylné na poškodenie pri tomto procese. Tu je prehľad komponentov, ktoré môže byť citlivé na ultrazvukové čistenie:

1. Piezoelektrické a MEMS komponenty : Mikrofóny, gyroskopy, akcelerometre a iné MEMS zariadenia môžu byť poškodené vibráciami. Piezoelektrické materiály môžu stratiť svoje vlastnosti alebo sa mechanicky poškodiť.
2. Kryštály a rezonátory : Môžu byť poškodené účinkami kavitácie čo múže mať za príčinu ich permanentní poškodenie. Preto je dobré zvážiť ich odadenie až po čistení dosky.
3. Keramické kondenzátory : Viacvrstvové keramické kondenzátory (MLCC) môžu byť poškodené v dôsledku mikrotrhlín spôsobených vibráciami.
4. Cievky a transformátory : Komponenty s feritovými jadrami alebo jemnými drôtmi môžu prasknúť alebo sa môžu narušiť ich spoje.
5. Relé a mechanické spínače : Relé a mechanické spínače obsahujú pohyblivé časti, ktoré môžu byť ultrazvukovými vlnami nesprávne zresetované alebo poškodené. Rovnako môže nastať problém zatečenia čistiacej kvapaliny a reziduí z čistenia a pri nedôslednom vysušení, či opláchnití môžu nastať aj ďalšie poškodenia.
6. Optické komponenty : LED diódy, lasery a optické snímače môžu byť poškodené vlhkosťou alebo vibráciami.
7. Displeje (LCD, OLED : e-ink) : Jemné spoje a vrstvy vo vnútri displejov môžu byť poškodené ultrazvukovými vibráciami.
8. Baterky a akumulátory : Ultrazvuk môže spôsobiť praskliny alebo narušenie tesnenia, čo vedie k úniku elektrolytu.
9. Tenkovrstvové a hybridné obvody : Jemné kovové vrstvy a spojenia v tenkovrstvových obvodoch môžu byť narušené vibráciami.

Odporúčania

• Používajte správne čistiace roztoky: Niektoré chemikálie môžu urýchliť poškodenie citlivých komponentov.
• Skontrolujte špecifikácie komponentov: Výrobcovia často uvádzajú, či komponent znesie ultrazvukové čistenie.
• Používajte nižšiu intenzitu: Nízke frekvencie a kratší čas čistenia môžu minimalizovať riziko poškodenia.
• Vyhnite sa ultrazvuku u kritických komponentov: Ak máte pochybnosti, použite alternatívne metódy čistenia, napríklad jemné manuálne čistenie.

Záver

Ultrazvukové čistenie DPS je jednou z najefektívnejších metód na odstránenie nečistôt a zvyškov tavidla po spájkovaní. Výhody tejto metódy, ako sú šetrnosť a časová efektivita, robia z ultrazvuku výbornú voľbu pre čistenie elektronických zariadení. Avšak, je dôležité dodržiavať správny postup a zvoliť vhodný čistiaci roztok pre daný typ DPS.