“Zerstört ein Ultraschallreinigungsgerät meine Leiterplatte?” Diese Frage stellt sich fast jeder, der ein Ultraschallreinigungsgerät für bestückte Leiterplatten einsetzen möchte. Die ehrliche Antwort: Das kann passieren, lässt sich aber vermeiden. Elektronikhersteller reinigen Leiterplatten seit Jahrzehnten mit Ultraschall. Schäden entstehen durch konkrete, erkennbare Fehler – nicht, weil die Technologie grundsätzlich ungeeignet wäre.
Hier erfahren Sie, was Leiterplatten tatsächlich beschädigt und wie Fertigungsbetriebe solche Schäden vermeiden.
Was Ultraschall von einer Leiterplatte entfernt
Im Mittelpunkt stehen Flussmittelrückstände. Kolophonium- und No-Clean-Rückstände nach dem Reflow- oder Wellenlöten schließen ionische Verunreinigungen ein. Diese verursachen elektrochemische Migration, Dendritenwachstum und schließlich Leckströme zwischen Leiterbahnen – meist erst Monate später im Einsatz.
Hinzu kommen Lotkugeln und Pastenreste, Verunreinigungen durch Handhabung, Sprühnebel von Schutzlacken sowie Partikel unter Bauteilen mit geringer Bodenfreiheit. Gerade diese letzte Gruppe erklärt, warum Ultraschall überhaupt eingesetzt wird. Bei einem Abstand von 0.05 mm erreicht eine Sprühdüse den Bereich unter dem Bauteil kaum, eine Bürste überhaupt nicht. Kavitation wirkt überall dort, wo Flüssigkeit hinkommt. Unter modernen Bauteilen ist sie damit der einzige wirksame Reinigungsmechanismus.
Was Leiterplatten tatsächlich beschädigt – vier vermeidbare Ursachen
Schäden sind möglich, haben aber klar benennbare Ursachen:
- Resonanzschwingungen langer, dünner Strukturen. Bonddrähte, lange freistehende Anschlussdrähte, Schwingquarzelemente und manche MEMS-Strukturen können in Resonanz geraten und ermüden. Das ist das eigentliche physikalische Risiko. Deshalb ist die Frequenzwahl hier wichtiger als bei jeder anderen Anwendung.
- Flüssigkeitseintritt in nicht abgedichtete Bauteile. Relais, manche Steckverbinder, offene Potenziometer, Trimmer und bestimmte Displays nehmen Flüssigkeit auf, die anschließend nicht mehr entweicht. Daran ändert keine Frequenz etwas – das Bauteil ist schlicht nicht waschbar.
- Verlust von Etiketten und Kennzeichnungen. Klebeetiketten und manche Tintenstrahlbeschriftungen halten der Reinigung nicht stand.
- Schäden durch die Reinigungschemie, nicht durch Ultraschall. Stark alkalische Reiniger greifen Dichtungen von Aluminium-Elektrolytkondensatoren und manche Kunststoffe an. Verantwortlich gemacht wird die Kavitation, die Ursache liegt jedoch im pH-Wert.
Was auf dieser Liste fehlt: Lötstellen, passive Bauelemente, Standard-ICs und abgedichtete Steckverbinder. Sie überstehen eine korrekt eingestellte Ultraschallreinigung problemlos.
Frequenz: hoch wählen und dabei bleiben
Dies ist die wichtigste Einzelentscheidung. Bei bestückten Leiterplatten sollten 80 kHz die Untergrenze sein; 120 kHz sind besser. Höhere Frequenzen erzeugen kleinere, schonender wirkende und deutlich zahlreichere Kavitationsblasen. Ihre Energie reicht aus, um Flussmittel unter Bauteilen abzulösen, ohne einen Bonddraht zu ermüden.
28 und 40 kHz gehören zur Reinigung unbestückter Leiterplatten, Schablonen und Rahmen, nicht bestückter Baugruppen. Aus diesem Frequenzbereich stammen die Berichte über Bauteilschäden.
Für Fine-Pitch-Baugruppen und dicht bestückte Leiterplatten arbeitet unsere Dreifrequenz-Baureihe mit 80 und 120 kHz. Megaschallgeräte mit etwa 950 kHz entfernen Partikel im Submikrometerbereich von besonders empfindlichen Werkstücken – vor allem Halbleitersubstraten und optischen Baugruppen, weniger von gewöhnlichen Leiterplatten.
Unbestückte Leiterplatten, Schablonen und Baugruppen: drei unterschiedliche Aufgaben
Ein Ultraschallreinigungsgerät für die Elektronik deckt drei klar getrennte Aufgaben ab. Wer sie gleich behandelt, riskiert Schäden an den Leiterplatten.
Unbestückte Leiterplatten und Rahmen vertragen 28–40 kHz problemlos, da keine Bauteile vorhanden sind, die ermüden könnten. Hier gelten die üblichen Bedingungen der industriellen Reinigung.
Schablonen und Lotpastenfehldrucke sind der einfachste Anwendungsfall und häufig der Anlass für die erste Anschaffung. Lotpaste lässt sich gut entfernen. Entscheidend ist die chemische Verträglichkeit mit der Schablone, nicht die Kavitationsenergie. Ein eigener Ultraschallreiniger für die Leiterplattenfertigung, passend zu den Schablonenrahmen dimensioniert, amortisiert sich in einer gut ausgelasteten SMT-Linie schnell.
Bestückte Baugruppen sind der anspruchsvolle Fall. Alle weiteren Hinweise in diesem Artikel beziehen sich ausdrücklich auf sie. Soll ein Gerät alle drei Aufgaben übernehmen, legen Sie es für die bestückten Baugruppen aus und reinigen Sie die weniger empfindlichen Teile mit denselben Einstellungen – nicht umgekehrt.
Reinigungschemie: Hier entstehen unbemerkte Schäden
Verwenden Sie einen Reiniger, der für elektronische Baugruppen formuliert ist. Ein universeller Industrieentfetter ist ungeeignet. Der Grund ist Aluminium: Gehäuse und Dichtungen von Elektrolytkondensatoren vertragen keine hohen pH-Werte. Der Schaden zeigt sich nicht sofort. Der Kondensator verliert nach und nach seine Eigenschaften und fällt im Betrieb aus. Ein Zusammenhang mit der Reinigung lässt sich dann kaum noch nachweisen.
Die Spülqualität ist hier wichtiger als bei jeder anderen Anwendung. Ziel ist schließlich die Entfernung ionischer Verunreinigungen. Eine abschließende VE-Wasser-Spülung ist deshalb unverzichtbar. Leitungswasser hinterlässt genau die ionischen Rückstände, die Sie beseitigen wollten. Wenn Sie die Sauberkeit mit einem ROSE-Test oder mittels Ionenchromatographie prüfen, begrenzt die Qualität Ihrer VE-Wasser-Spülung das erreichbare Ergebnis.
Auch die Trocknung ist entscheidend: Flüssigkeit unter einem BGA oder in einem Steckverbindergehäuse muss vollständig heraus. Heißluft allein erreicht bei Bauteilen mit geringer Bodenfreiheit ihre Grenzen. Deshalb setzen Reinigungsanlagen für die Elektronikfertigung auf Vakuumtrocknung statt auf einen Heißlufttrockenschrank.
Eine geeignete Konfiguration für bestückte Leiterplatten
- Frequenz 80–120 kHz bei moderater Leistung. Erhöhen Sie bei sichtbar verschmutzten Leiterplatten nicht einfach die Intensität. Passen Sie stattdessen Reinigungschemie oder Reinigungszeit an.
- Reinigungschemie für elektronische Baugruppen in der vom Lieferanten vorgegebenen Konzentration, in einem entgasten Bad bei 40–55 °C.
- Leiterplatten senkrecht in Gestellen anordnen, nicht stapeln. Abstand zwischen den Leiterplatten lassen und nichts auf den Wannenboden stellen.
- Kurze Zyklen – in der Regel 3–8 Minuten. Langes Einweichen erhöht das Risiko eines Flüssigkeitseintritts, ohne die Reinigungswirkung zu verbessern.
- Reinigen → Spülen → VE-Wasser-Spülung → Vakuumtrocknen als aufeinanderfolgende Prozessschritte statt in einem einzigen Becken.
Anschließend qualifizieren Sie den Prozess: Reinigen Sie eine Mustercharge und prüfen Sie diese nach denselben Verfahren wie später in der Fertigung – ROSE-Test, Ionenchromatographie oder Sichtprüfung unter Vergrößerung. Untersuchen Sie gezielt die empfindlichen Bauteile, statt nur die gesamte Leiterplatte zu beurteilen.
Den Prozess qualifizieren, ohne Produktionsleiterplatten zu riskieren
Ein Reinigungsprozess sollte niemals an verkaufsfähigen Produkten validiert werden. Mit dieser Reihenfolge bleibt das Risiko begrenzt:
Beginnen Sie mit Ausschussleiterplatten, deren Bestückung der Serienfertigung entspricht – einschließlich des Bauteils, bei dem Sie die größten Bedenken haben. Führen Sie den vorgesehenen Zyklus durch. Prüfen Sie anschließend genau dieses Bauteil unter Vergrößerung, statt nur einen Blick auf die gesamte Leiterplatte zu werfen. Geht es um einen Quarz oder ein Relais, nehmen Sie die Leiterplatte danach in Betrieb und prüfen Sie die Funktion des betreffenden Bauteils. Eine Sichtprüfung erkennt weder einen ermüdeten Bonddraht noch eingedrungene Flüssigkeit.
Wiederholen Sie den Zyklus danach fünf- oder zehnmal an derselben Leiterplatte. Schäden nach einem einzelnen Zyklus sind selten. Kumulative Schäden durch eine grenzwertige Frequenz oder zu hohe Ultraschallleistung im Bad zeigen sich dagegen bei wiederholter Belastung. Eine Leiterplatte, die zehn Zyklen übersteht, hält einen einzelnen problemlos aus.
Erst danach folgt eine kleine Produktionscharge. Prüfen Sie die empfindlichen Bauteile dabei auf jeder Leiterplatte, nicht nur stichprobenartig. Das sind drei Tage Arbeit, die diese Frage dauerhaft klären.
Wann Ultraschallreinigung die falsche Wahl ist
Hier ist eine klare Abgrenzung nötig. Enthält die Baugruppe nicht abgedichtete Relais, freiliegende Bonddrähte, ungekapselte MEMS oder vom Hersteller ausdrücklich als nicht waschbar gekennzeichnete Bauteile, ist Ultraschall kein geeignetes Verfahren. Dann ist eine Spritzreinigung außerhalb eines Tauchbads oder ein manueller Prozess die richtige Wahl. Keine Frequenzeinstellung ändert daran etwas.
Ist die Leiterplatte bereits mit Schutzlack beschichtet, kommt die Reinigung zu spät: Die Verunreinigungen sind unter der Beschichtung eingeschlossen.
Das sagen wir Ihnen lieber vor dem Gerätekauf als danach.
Testen Sie an einer echten Leiterplatte
Jede Leiterplatte ist anders: Bauteilmix, Bodenabstände, Flussmitteltyp und die Frage, ob sie vor der Reinigung eine Woche gelagert wurde. Ein Datenblatt allein kann diese Einflüsse nicht klären.
Jietai Ultrasonic fertigt seit 2003 Ultraschallreinigungsanlagen im eigenen Werk in Dongguan. Als anerkanntes Hightech-Unternehmen sind wir seit über zwanzig Jahren auf diese Branche spezialisiert. Dazu gehören Reinigungsanlagen für die Elektronikindustrie, die genau für solche Aufgaben ausgelegt sind. Senden Sie uns eine bestückte Musterleiterplatte mit den tatsächlich anfallenden Flussmittelrückständen und nennen Sie uns Ihre Sauberkeitsanforderungen. Wir reinigen die Baugruppe, prüfen anschließend die empfindlichen Bauteile und dokumentieren die geeignete Frequenz, Reinigungschemie, Zykluszeit und Trocknungsmethode. Dazu gehört auch die Rückmeldung, wenn ein Bauteil auf Ihrer Leiterplatte überhaupt nicht eingetaucht werden sollte. Der Reinigungstest ist kostenlos. Eine echte Leiterplatte beantwortet mehr Fragen als noch so viele technische Spezifikationen.