TOMBSTONING IN REFLOW SOLDERING OPERATIONS

TM
CRYO-NETTOYAGE DES EQUIPEMENTS DE BRASAGE ALIX OPTINETTM
B.DUTOURNIER & D. JAMMES , AIR LIQUIDE, 35 000 Rennes
Résumé
Les sociétés qui réalisent sur leur site la conception et l’assemblage de cartes
électroniques, sont confrontée à un problème d'encrassement progressif de leurs
équipements de brasage, (four de refusion), par des résidus (flux, vernis, etc…) obligeant
un nettoyage fréquent.
Compte-tenu des difficultés rencontrées par les équipes de maintenance lors de la phase de
nettoyage : pénibilité du démontage, mauvaise accessibilité, temps d'intervention trop
court (priorité à la production), utilisation de solvants,…le nettoyage effectué est souvent
jugé comme insuffisant, et non satisfaisant.
Pour répondre spécifiquement à ce besoin, AIR LIQUIDE a développé un service sur site
de cryo-nettoyage des fours de refusion, dénommé ALIX OPTINETTM:
Le procédé de cryo-nettoyage CLEANBLASTTM, utilise un fort débit d'air pour projeter
des mini sticks (ou paillettes) de glace carbonique à –80°c sur les surfaces à nettoyer.
En heurtant la surface encrassée, la glace Carbonique crée un choc thermique qui,
combiné à une faible énergie cinétique, permet un décapage non abrasif.
Après le contact , la glace carbonique (CO2 à l'état solide) passe à l'état gazeux , de sorte
qu'il ne reste plus après décapage, que du gaz carbonique et de l'air.
La présente communication vise à faire connaître ce procédé de nettoyage des
équipements de brasage au travers d’exemples de réalisation .
Les résultats acquis démontrent que l’ opération nettoyage cryogénique permet de réaliser
dans tous les cas un nettoyage rapide , efficace des Fours de refusion.
Notre conclusion est que le nettoyage cryogénique présente effectivement une solution
attractive pour nettoyer , ou rénover les équipements de brasage encrassés .
------------------------------------------------Nettoyage des Equipements de Brasage
La plupart des industriels impliqués dans
l’assemblage de cartes électronique sont
confrontés à l’encrassement progressif,
de leurs équipements de brasage (plus
particulièrement leurs fours de refusion),
par des résidus, plus ou moins carbonisés.
Ces résidus proviennent des condensas
issues de la décomposition des solvants
contenus dans les flux des crème à braser,
les circuits imprimés, les vernis épargne,
etc…
Ces résidus se déposent sur toute la
surface
interne
de
l’équipement
(préférentiellement la zones de refusion
, et les points froids que constituent les
zones d’entrée et de refroidissement du
four)
Si ce problème n’est pas pris en
considération et traité convenablement
par le service maintenance de la société,
ce phénomène peut dégénérer et perturber
la production des cartes. Dans certains
cas cela peut conduire à la contamination
des cartes par des salissures (gouttes),
s’étalant en plein milieu de la carte ,
provoquant d’importantes dégradations.
Ce phénomène dépend de plusieurs
paramètres tel que :
- la cadence de passage des cartes : qui
1
-
est proportionnel au volume de
crème à braser, ou de flux transitant
dans l’équipement ,
la formulation du flux contenu dans
la crème à braser ,
La technologie de piégeage des
vapeurs flux propre à chaque
fabriquant d’équipement.
Depuis plusieurs années, des efforts ont
été réalisés par les fournisseurs , tant sur
les formulations des crèmes à braser, que
sur les équipements de piégeage des flux,
et de gros progrès ont été enregistrés , qui
permettent de diminuer l’encrassement,
donc d’espacer les action de nettoyage
des équipements. Mais aucune solution
aujourd’hui ne permet de s’affranchir de
l’opération de nettoyage, qui, de fait
devient récurrente.
Actuellement différents procédés de
nettoyage sont utilisés:
- manuel : démontage et grattage au
moyen de solvants
- ultrasons : les pièces sont démontées
, et mises à tremper dans un bac
d’ultrason (contenant un solvant)
- machine à laver : utilisant un
saponifiant
Le nettoyage réalisé par les équipes de
maintenance est souvent jugé peu
satisfaisant compte tenu :
- du temps consacré , toujours trop
court (priorité est souvent donné à la
production)
- de l’efficacité des produits utilisés
Une solution Innovante : Le CryoNettoyage ALIX OPTINETTM
Rappel sur les propriétés Physiques du
CO2 :
Le CO2 existe sous trois états :
État gazeux:
Le plus répandu, le CO2 est gazeux à
l’état ambiant ; il est sec, et inerte.
Saveur piquante
Plus lourd que l’air ( d = 1,52 )
État liquide:
Cet état ne peut exister à pression
atmosphérique. Il faut établir des
conditions de pression et température:
P > 5,18 bar , et , -56,6°C < T < 31,1°C
État solide:
Cet état est obtenu par décompression du
liquide en dessous de 4,18 bar relatif, et
refroidissement en dessous de –56,6°C.
Pression
(bar abs)
73,7
Point
critique
Fusion
Congélation
5,18
SOLIDE
Sublimation
Vaporisation
LIQUIDE
Point
triple
P atm
-56,6°C
Liquéfaction
GAZ
31,1°C Température
Fig 1 : Les trois états du CO2 et ses changements de phases
exprimes dans le diagramme enthalpique de Mollier
Le cycle de CO2 :
Le CO2 est un produit naturel , présent
dans l’atmosphère (env 350 ppm dans
l’air) ;
Les sources industrielles de CO2 sont de
deux types :
- gisements naturels (une source en
France – sur le site de Montmirail).
Le gaz est collecté , épuré et
conditionné.
sous produit de l’industrie
Agrochimique épuré et conditionné.
Principe de fonctionnement du cryonettoyage :
Le procédé consiste à projeter sur la
surface à nettoyer du CO2 à l’état Solide
(donc à –78°c) au moyen d’un jet d’air
comprimé à très forte vitesse.
L’effet nettoyant est la conjonction de 3
phénomènes complémentaires:
2
-
le choc thermique superficiel , au
niveau de la salissure. Le
refroidissement superficiel, permet,
dans une première phase de fragiliser
celle–ci
Plusieurs concepts existent pour mettre
en œuvre le cryo-nettoyage. Le plus
répandu est celui que nous avons utilisé
dans les exemples que nous détaillerons
dans la suite de cet exposé.
-
l’impact mécanique ( qui reste
toutefois relativement faible) produit
une onde de compression entre le
revêtement et le support. L’énergie
de cette onde est supérieure à la
résistance de collage et décolle
littéralement le revêtement de
l’intérieur
Il fait appel à :
- une source d’air comprimé
- un matériel de projection de CO2, et
son pistolet de tir relié par un flexible
- Du CO2 sous forme solide (ministicks – particules de la taille d’un
grain de riz à –80°c)
-
l’effet de souffle créé par la
sublimation. Les particules de CO2
augmentent instantanément leur
volume : 1 kg de CO2 solide , donne
506 litre de CO2 gazeux.
Après la projection, le CO2 se sublime. Il
ne reste plus que du gaz carbonique dilué
dans l’air. Il n’y a donc pas de résidus de
l’agent nettoyant.
Fig 3 : Mini-sticks de CO2 à –78 °c
Les Ministicks de CO2
solide sont projetés à –78°c
au moyen de l'air comprimé
sur la surface à nettoyer.
Sublimation du CO2 :
Le CO2 gazeux est
éliminé par simple
aspiration
ou
aération
Mini sticks de CO2
SURFACE A
A l'impact, l'énergie de sublimation du CO2
fragilise la salissure, et permet de la décoller.
Fig 2 : Principe de fonctionnement du cryo-nettoyage
Ce procédé est ainsi reconnu pour être :
- non abrasif,
- non agressif,
- non polluante,
- sec,
- sans retraitement d'effluents liquides
ou de médias
- respectueux pour l’environnement,
puisqu’il est une alternative à l’usage
de solvants.
PISTOLET
NETTOYER
AIR
Fig 4 : Principe de mise en Œuvre d’une installation de
cryo-nettoyage.
Les Applications :
Le cryo-nettoyage est né chez
LOCKHEED dans les années 70,
lorsqu’un ingénieur en revêtements
recherchait des moyens pour enlever de
la peinture d’avion.
3
Sont venus par la suite différents secteurs
d’activité concernés :
- Fonderie & métallurgie
- Automobile
- Industrie du caoutchouc
- Imprimerie
- Agroalimentaire
- Et, aujourd’hui , l’Electronique
Mise en œuvre du Procédé :
Le principe de cryonettoyage ci-dessus
évoqué peut être mis en œuvre :
- soit directement par l’industriel,
après investissement des matériels, et
approvisionnement régulier des
consommables
- soit , sous forme de prestation de
service sur site , externalisée ,
autonome et complète.
Principe de la prestation de service
autonome ALIX OPTINETTM
Afin de proposer des prestations
personnalisées clefs en main, AIR
LIQUIDE s’est doté de moyens matériels
mis en œuvre par des opérateur dédiés .
Ce sont ces matériels, décrits ci-après ,
qui ont été utilisés pour les interventions
en électronique décrites dans cette
présentation.
Dans leur véhicule d’intervention
autonome CRYOVAN, les opérateurs
disposent :
- de compresseurs/sécheurs pouvant
fournir
l’air
comprimé
aux
caractéristiques requises pour le
procédé (pression ,débit , et qualité),
- d’un (ou plusieurs) matériel(s) de
projection de CO2, avec son jeu de
buses de formes différentes.
- de
containers
isothermes
spécialement adaptés au transport et
au stockage du CO2 sous forme
solide (mini-sticks)
Fig 5 : Véhicule d’intervention mobile Autonome
Fig 6 : Véhicule d’intervention avec ses équipements, et son
personnel d’intervention
Fig 7 : Le système de projection
4
-
Fig 8 : Opérateur en action sur un Four de refusion
Le CO2 ne dissout pas les résidus, une
fois qu’ils ont été déplacés par le
processus de décapage. Aussi les
opérateurs disposent-ils des protections
permettant la récupération de ces résidus,
et leur enlèvement dans la phase de
parachèvement qui succède à l’opération
de décapage.
Constatations
Les résultats enregistrés à ce jour sur nos
premières interventions, montrent :
- une efficacité inégalée du nettoyage sur
l'ensemble des surfaces encrassées du four
( plaques , chaîne, rails, etc…)
- un gain de temps générant :
- une amélioration de la productivité
du client
- immobilisation réduite de l'outil de
production :
- une intervention immédiate: l'opérateur
peut intervenir sur four chaud, dés l'arrêt de
production du four.
- une contribution à la protection de
l’environnement (moins de solvants)
Améliorations du procédé :
Nos travaux portent actuellement sur
trois points sensibles soulevés lors de nos
premières interventions :
- La diminution du niveau sonore
de l’opération
- Le confinement des projections de
salissure
L’adaptation spécifique de la
géométrie des buses de tir à cette
nouvelle application.
Conclusions
le nettoyage cryogénique présente
effectivement une solution attractive pour
nettoyer les équipements de brasage
encrassés.
Dans certains cas , il peut même être
économiquement plus intéressant que le
nettoyage conventionnel, grâce
- au gain de temps sur le nettoyage
- au gain de productivité qui en
découle
- à la prolongation de la durée de
vie de l’équipement (moindre
encrassement , et meilleur
entretien)
Ce procédé intéressera aussi bien les
exploitants de ces équipements de
brasage , que leurs fabricants, ou
revendeurs, ainsi que les acteurs de la
maintenance.
…. Voir en annexe, page suivantes les
photos des exemples de réalisations,
avec la comparaison avant et après
nettoyage.
Pour toute information complémentaire :
Bertrand DUTOURNIER & Denis JAMMES
[email protected]
[email protected]
5
ANNEXE,
Exemples de réalisations de cryo-nettoyage appliquée à des fours de refusion : comparaison avant et après nettoyage
Avant
Avant
Fig : vue du rail - zone de refusion /zone de refroidissement
Après
Avant
Fig : vue du rail - zone d’entrée
Après
Après
6