česky english Vítejte, dnes je středa 24. červenec 2024

Proces čištění − monitorování a řízení

DPS 2/2018 | Články
Autor: Thomas Möller (upravil a přeložil: Ing. Michal Šaffer, PBT Rožnov p. R.)

Pro zajištění neměnných výsledků v procesech čištění elektronických sestav je nezbytné správné monitorování čisticí lázně. Na výběr máme širokou škálu procesů. Kromě dobře známých měřicích metod jsou k dispozici nové inovativní metody, které zajišťují monitorování procesu čištění a umožňují jeho komplexní řízení. V tomto článku je uveden přehled stávajících metod s komentářem o jejich výhodách a nevýhodách a dále přehled nejnovějších technologií.

Cíle a metody monitorování

Při čištění elektronických sestav dochází k postupné kontaminaci čisticí a oplachovací lázně, což vede ke změnám jejich vlastností. Kromě kontaminace ovlivňují vlastnosti čisticí lázně také vedlejší vlivy, jako je odpařování, přenos a rozptyl čisticího prostředku v oplachovací vodě, což může mít za následek negativní dopad na konečný výsledek čištění.

Proces čištění − monitorování a řízení

Z výše uvedených důvodů se proto doporučuje monitorování lázně během procesu čištění a oplachování, což přináší následující výhody:

  • Konzistentní proces čištění díky stálému složení čisticího roztoku.
  • Snížení nákladů díky optimalizaci příliš častých výměn čisticí náplně.
  • Předcházení nedokonalým výsledkům čištění v důsledku opožděné výměny média.
  • Dokumentování koncentrace čisticího prostředku a sledovatelnost procesu (např. podle normy ISO 9001-2008).

Pro sledování čisticí a oplachovací lázně existují dvě známé metody měření, které umožňují vyvodit závěry týkající se kvality příslušné fáze procesu čištění (obr. 1), a to měření hodnoty pH a vodivosti.

Vodivost představuje součet iontů v čisticím médiu nebo demineralizované vodě, jejichž přítomnost narůstá v důsledku rozpuštěné kontaminace či přenosu čisticího média do oplachové vody. Tuto hodnotu lze měřit konduktometrem.

Kontaminace lázně rovněž ovlivňuje hodnotu pH. Tavidlo obsažené v pájecí pastě obsahuje např. organické kyseliny, které snižují hodnotu pH čisticí lázně. Hodnotu pH můžeme měřit např. pomocí pH-metru (obr. 2).

Obě tyto metody se úspěšně používají v praxi a uživateli poskytují užitečné informace o tendencích a změnách v procesu čištění nebo oplachování, pokud máme možnost jejich hodnoty porovnávat s referenčními předepsanými údaji. Výsledky uvedených metod mohou však ovlivňovat ještě další faktory, jako je teplota, znečištění či stárnutí měřicích sond, což někdy komplikuje jejich vyhodnocení.

Nicméně žádná z uvedených metod neposkytuje uživateli absolutní hodnoty o koncentraci čisticího prostředku, a proto jsou často nedostačující pro požadavky dnešní výroby.

Význam sledování koncentrace a metody ručního měření

Pro dosažení optimální funkce čisticích prostředků na bázi vody je třeba, aby jejich koncentrace byla udržována v definovaném rozsahu. Jestliže koncentrace klesne pod doporučenou hodnotu, nelze garantovat kvalitu čištění a v takovém případě je nutné doplnit koncentrát. Naopak příliš vysoká koncentrace by zbytečně zvyšovala náklady na čištění. Proto výrobci čisticích prostředků předepisují minimální a maximální mezní hodnoty pro jejich aplikaci.

Pokud jde o stanovení koncentrace, existují ruční metody, které jsou založeny na rychlých chemických testech. Jedná se např. o acidobazickou titraci, kdy se do vzorku alkalického čisticího prostředku přidává kyselý titrační roztok, až dojde ke změně barvy acidobazického indikátoru. Koncentrace čisticího prostředku se následně vypočítá z objemu spotřebovaného titračního roztoku. Je třeba poznamenat, že výsledek této metody je ovlivněn rozpuštěnou kontaminací v čisticí lázni a navíc ji nelze použít pro čisticí prostředky s neutrálním pH.

Další metodu ručního stanovení koncentrace představuje metoda separace fází. Při ní se ke vzorku čisticího roztoku v odměrném válci přidává reakční roztok, který způsobí viditelnou separaci fází. Koncentrace se pak stanoví odečtením fázového rozhraní na stupnici odměrného válce. Tato metoda je použitelná pro analýzu jak alkalických, tak pH neutrálních médií a je přitom nezávislá na úrovni kontaminace.

Alternativní metodou ručního stanovení koncentrace je např. i měření indexu lomu světla (součet kontaminace a koncentrace). Jelikož je změna indexu lomu závislá na obsahu všech organických látek v čisticím roztoku, je měření přesné pouze s čerstvým čisticím roztokem, nikoli kontaminovaným.

Hlavní výhodou ručních metod je jejich snadné provádění a finanční nenáročnost. Jsou proto ideální pro provádění namátkových měření v probíhajících procesech, čímž zajišťují uživateli vyšší bezpečnost.

Automatické měření koncentrace a řízené čištění

Automatické procesy umožňují na rozdíl od ručních metod kontinuální sledování koncentrace, a tím i bezproblémovou dokumentaci. Tento způsob sledování je zpravidla důležitý ve výrobách, kde jsou kladeny vysoké nároky na kvalitu ze strany auditorů nebo koncových zákazníků.

Na trhu je celá řada přístrojů, které umožňují kontinuální sledování koncentrace čisticího prostředku v reálném čase. Zároveň však vyžadují složité nastavení a ne snadno se integrují do procesu čištění. Přesnost měření je navíc často závislá na konkrétních podmínkách procesu a je navíc ovlivňována výskytem kontaminantů.

Mezi zmiňovanými přístroji najdeme na trhu i přístroje nové generace, které jsou založeny na akustické metodě měření (např. viz obr. 3). Klíčovou předností této metody je vysoká přesnost, která je zaručena třemi měřenými proměnnými namísto jedné. I při zvyšující se kontaminaci čisticí lázně tak zajišťuje přesný a stále aktuální výsledek měření.

Nejnovější systémy založené na metodě akustického měření poskytují uživateli nejen stanovení koncentrace, ale umožňují také automatické dávkování koncentrovaných čistidel nebo demineralizované vody (all-in-one solution) − obr. 4. Jedná se tedy o komplexní systém, který nezávisle udržuje koncentraci čisticího prostředku na konstantní úrovni. Díky automatizaci procesu tak lze dosáhnout značných úspor času a nákladů, protože uživatel nemusí provádět manuální měření a dávkování a zároveň se tím eliminuje množství chyb zaviněných lidským faktorem.

Proces čištění − monitorování a řízení 1,

Výhled

V budoucnu můžeme očekávat, že takovéto systémy budou poskytovat rozšířenou škálu služeb. V reálu by se řídicí systém kontroly koncentrace mohl nadále rozvíjet a spravovat několik čisticích zařízení najednou. To by znamenalo v moderním výrobním prostředí možnost seskupení tří a více čisticích jednotek pod jediný řídicí systémem kontroly a udržování koncentrace.