Die Reinigung einer Leiterplatte (PCB) ist ein entscheidender, aber oft unterschätzter Schritt zur Gewährleistung der Leistung und Langlebigkeit elektronischer Systeme. Ob bei der Herstellung, Reparatur oder Wartung vor Ort – Rückstände wie Flussmittel, Staub und Feuchtigkeit können die elektrische Zuverlässigkeit, die Haftung der Beschichtung und die Signalintegrität beeinträchtigen. Dieser Leitfaden erläutert, wann eine Reinigung notwendig ist, welche Verunreinigungen auftreten und wie die Reinigung effektiv durchgeführt werden kann, ohne die Leiterplatte oder ihre Komponenten zu beschädigen.
Warum die PCB-Reinigung nicht vernachlässigt werden sollte
Verunreinigungen auf einer Leiterplatte können subtile, aber schwerwiegende Auswirkungen haben. Flussmittelrückstände nach dem Löten sind ein Hauptproblem. Sie spielen zwar eine wichtige Rolle bei der Herstellung zuverlässiger Lötverbindungen, können aber Feuchtigkeit aus der Umgebung aufnehmen, leitfähig werden und Metalloberflächen korrodieren. Wasserlösliche Flussmittel sind in dieser Hinsicht besonders aggressiv und ihre Rückstände müssen unbedingt entfernt werden.
Selbst sogenannte „No-Clean“-Flussmittel sind zwar stabiler, aber nicht immun gegen Probleme. Bei hochohmigen oder hochfrequenten Schaltkreisen können Rückstände die Oberflächeneigenschaften so verändern, dass die Signalintegrität beeinträchtigt wird. Wenn diese Rückstände unter Bauteilen eingeschlossen sind, sind sie kaum zu untersuchen – und werden leicht ignoriert, bis ein Fehler auftritt.
Neben Flussmitteln entstehen Verunreinigungen oft auch aus der Umgebung: Staubpartikel, Öle aus der Handhabung oder Verpackungsreste. Diese führen zu unvorhersehbaren Schwankungen, von der Beeinträchtigung von Beschichtungen bis hin zu mikroskopisch kleinen Leiterbahnen. In Systemen, bei denen langfristige Zuverlässigkeit entscheidend ist – wie z. B. bei Kfz-Steuergeräten oder industriellen Sensormodulen – stellt jede Abweichung ein Risiko dar. Reinigung ist nicht nur Wartung. Sie ist Risikomanagement.
Wann muss eine Leiterplatte gereinigt werden?
Nicht alle Platinen müssen gereinigt werden. In vielen Fertigungsumgebungen wird die Entscheidung jedoch nicht nur aufgrund technischer Notwendigkeit getroffen, sondern auch aufgrund von Zuverlässigkeitsstandards, der Endanwendungsumgebung und nachgelagerten Prozessen.
Nach dem Löten
Der häufigste Reinigungsgrund ist das Löten nach dem Löten. Bei Verwendung wasserlöslicher Flussmittel ist eine Reinigung nicht optional, sondern erforderlich. Diese Flussmittel sind hochaktiv und können leitfähige Rückstände hinterlassen, die die Umgebungsfeuchtigkeit absorbieren. Selbst bei Verwendung von No-Clean-Flussmitteln kann eine Reinigung bei Produkten mit hoher Zuverlässigkeit oder bei Produkten, bei denen Lötstellen für Inspektionen sichtbar bleiben müssen, erforderlich sein.
Ob handgelötet oder wellengelötet: Bei Leiterplatten mit Flussmittelrückständen besteht die Gefahr von Korrosion und Stromverlust, wenn diese nicht beseitigt werden. Die Risiken steigen mit der Bauteildichte und der Verringerung des Pad-Abstands.
Vor dem Schutzlackieren
Beschichtungen sollen Leiterplatten vor Feuchtigkeit, Staub und Chemikalien schützen. Sie funktionieren jedoch nur, wenn sie richtig haften. Rückstände oder Öle auf der Leiterplatte reduzieren die Oberflächenenergie und führen zu einer unzureichenden Beschichtungsdeckung, was zu Lücken oder Blasen führt. Schlimmer noch: Unter der Beschichtung versiegelte Rückstände können mit Feuchtigkeit reagieren und schließlich das darunterliegende Metall korrodieren.
Aus diesem Grund umfassen viele Beschichtungssysteme einen obligatorischen Reinigungsschritt und häufig eine Messung der Oberflächenreinheit, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt sowie im Automobilbereich.
Nach Nacharbeit oder Reparatur
Nachbearbeitete Platinen sind besonders anfällig. Beim manuellen Löten wird oft Flussmittel mit einer anderen Zusammensetzung als im Produktionsprozess verwendet. Hinzu kommt die Handhabung bei der Reparatur – Werkzeuge, menschlicher Kontakt, Staub –, wodurch Verunreinigungen wahrscheinlich werden. Die Reinigung nach der Nachbearbeitung stellt die grundlegende Zuverlässigkeit der Platine wieder her und bereitet sie auf die Beschichtung, Prüfung oder den erneuten Einsatz vor.
Die Arten der Kontamination verstehen
Flussmittelrückstände
Flussmittel sind keine einzelne Chemikalie, sondern eine Mischung aus Aktivatoren, Harzen und Lösungsmitteln. Nach dem Löten verdunstet das Lösungsmittel und hinterlässt Rückstände. Wasserlösliche Rückstände bleiben chemisch aktiv. Kolophoniumbasierte Rückstände können aushärten und andere Verunreinigungen einschließen. Selbst rückstandsarme Flussmittel können Probleme verursachen, insbesondere wenn sie in Bereiche unter Chips oder zwischen Leitungen gelangen, wo Trocknung und Inspektion schwierig sind.
Die Position der Rückstände ist ebenso wichtig wie deren Art. Rückstände um Bauteilanschlüsse herum sind beherrschbar. Rückstände unter Bauteilen oder in der Nähe von Fine-Pitch-Verbindungen sind deutlich schwieriger zu reinigen und führen mit weitaus größerer Wahrscheinlichkeit zu langfristigen Problemen.
Partikelkontamination
Staubpartikel sind zwar nicht leitfähig, ziehen aber Feuchtigkeit an und können das elektrische Verhalten einer Oberfläche verändern. Bleiben Partikel auf der Platine zurück, insbesondere in HF- oder analogen Schaltkreisen, können sie die Signaltreue beeinträchtigen. Schlimmer noch: Sie können scheuernd wirken und Beschichtungen zerkratzen oder mechanische Verbindungen beeinträchtigen.
Öle und Handhabungsrückstände
Durch Hautkontakt gelangen Öle, Salze und Feuchtigkeit in die Haut. Diese Verunreinigungen verringern die Lötbarkeit und hinterlassen unsichtbare Rückstände, die die Haftung der Beschichtung beeinträchtigen. In vielen Fertigungsumgebungen ist das Tragen von Handschuhen Standard. Doch selbst beim Umgang mit Handschuhen können Partikel oder Produktionsnebenprodukte übertragen werden, sofern keine ESD-sicheren Reinraumhandschuhe verwendet werden.
Manuelle Leiterplattenreinigung
Die manuelle Reinigung wird am häufigsten bei Nacharbeiten, Kleinserienproduktionen oder bei Leiterplatten eingesetzt, die keinen hohen Temperaturen oder hoher Luftfeuchtigkeit ausgesetzt werden können. Dies ist ein praktischer und dennoch wichtiger Schritt zur Gewährleistung der Konsistenz – insbesondere, wenn es darum geht, die Leiterplatten bester Qualität mit minimalem Risiko von kontaminationsbedingten Ausfällen. Das am häufigsten verwendete Lösungsmittel ist Isopropylalkohol (IPA), typischerweise in einer Konzentration von 99 %. Es löst Kolophonium und die meisten No-Clean-Flussmittel und verdunstet rückstandsfrei.
Zum Auftragen von IPA und zum Entfernen gelöster Rückstände werden fusselfreie Tücher, Schaumstoffstäbchen oder weiche Bürsten verwendet. Es ist wichtig, die Platine nicht zu stark zu benetzen, da überschüssige Flüssigkeit unter die Komponenten gelangen und dort eingeschlossen bleiben kann. Die Verwendung frischer Tücher oder Stäbchen bei jedem Reinigungsdurchgang verhindert, dass gelöste Verunreinigungen in die gereinigten Bereiche gelangen.
IPA eignet sich nicht ideal für wasserlösliche Flussmittel, die deionisiertes Wasser oder eine spezielle wässrige Reinigungslösung erfordern. Diese wasserbasierten Verfahren sind zwar effektiv, bringen aber neue Probleme mit sich: Wasser kann vom PCB-Laminat absorbiert oder bei unzureichender Trocknung unter den Bauteilen eingeschlossen werden.
Ultraschallreinigung für komplexe Baugruppen
Bei der Ultraschallreinigung werden hochfrequente Schallwellen verwendet, um mikroskopisch kleine Bläschen in einer flüssigen Reinigungslösung zu erzeugen. Wenn diese Bläschen platzen, erzeugen sie eine ausreichende lokale Kraft, um Flussmittelrückstände und Partikel zu lösen – sogar unter BGA-Gehäusen oder in kleinen Durchkontaktierungen.
Diese Methode eignet sich besonders für dicht bestückte Leiterplatten oder wenn die Rückstände mit Tupfern und Bürsten nicht erreichbar sind. Ultraschallenergie kann jedoch empfindliche Komponenten wie MEMS-Bauelemente, Mikrofone und Quarzoszillatoren beschädigen. Vor der Anwendung dieser Methode ist die Komponentenkompatibilität unbedingt zu prüfen.
Nach der Reinigung müssen die Platinen abgespült – häufig mit deionisiertem Wasser – und gründlich getrocknet werden. Selbst geringe Rückstände der Reinigungsflüssigkeit können mit der Zeit Korrosion verursachen, insbesondere bei Bauteilen mit offenen Anschlüssen oder freiliegenden Lötstellen.
Überprüfung und Validierung der Sauberkeit
Der erste Schritt ist die visuelle Inspektion. Unter Vergrößerung erscheint Flussmittel als bernsteinfarbene Verfärbung oder glänzender Film. Ionische Verunreinigungen können nach dem Trocknen einen weißen Schleier oder kristalline Ablagerungen hinterlassen. Gute Beleuchtung und Optik helfen, subtile Rückstände zu erkennen, die sonst unbemerkt bleiben könnten.
Bei unternehmenskritischen Anwendungen kommen strengere Methoden zum Einsatz. Die Prüfung des Oberflächenisolationswiderstands (SIR) misst den elektrischen Widerstand in kontaminierten Bereichen. Ionische Verunreinigungen können mithilfe eines ROSE-Tests (Resistivity of Solvent Extract) quantifiziert werden. Diese Messwerte helfen festzustellen, ob die Platine branchenübliche Sauberkeitsstandards wie IPC-A-610 oder kundenspezifische Protokolle erfüllt.
Fazit
Die Reinigung einer Leiterplatte ist nicht immer erforderlich, aber wenn doch, ist eine korrekte Ausführung unerlässlich. Rückstände nach dem Löten oder der Handhabung führen zwar nicht zu einem sofortigen Ausfall, verringern aber die elektrische und ökologische Sicherheit. Ob manuelle Nacharbeit oder Ultraschallsysteme für hochdichte Leiterplatten – entscheidend ist, zu verstehen, was entfernt wird, warum es wichtig ist und wie das Ergebnis überprüft werden kann. Bei VictoryPCB betrachten wir Sauberkeit als entscheidenden Faktor für die Bereitstellung zuverlässiger, langlebiger Leiterplatten für anspruchsvolle Anwendungen.
Kontaktieren Sie uns unter sales@victorypcb.com oder besuchen Sie https://www.victorypcb.com/
