Необходимость устранения остатков флюса: зачем нужна отмывка? 

Миниатюризация электронных компонентов и их все более плотное расположение на плате усложняет отмывку последней после пайки от остатков флюса. Поэтому производители электронной техники все чаще внедряют на своих предприятиях применение безотмывочных флюсов, не требующих последующего удаления с поверхности печатной платы. Вместе с тем, среди производителей нет единого мнения о том, стоит ли отказываться от отмывки, и насколько оправдано применение безотмывочных флюсов в плане качества и надежности конечной продукции.

Зачем нужна отмывка?

Необходимость устранения остатков флюса в печатной платы после пайки обусловлено следующими факторами:

• Активные вещества, входящие в состав флюса, вызывают химическую коррозию металлических контактных поверхностей и повреждают материал самой платы, снижая надежность и долговечность электронной продукции;
• Остатки флюса, налипшие на поверхность ПП, мешают качественному нанесению защитных покрытий, что также негативно сказывается на надежной работе электронных устройств;
• Не удаленные частицы флюса ухудшают товарный вид электронной продукции, а также усложняют ремонт техники;
• Флюсовые частицы также могут за счет собственной электропроводности вызывать утечки электричества с платы или приводить к коротким замыканиям между отдельными участками цепи.

Отмывка осуществляется с помощью воды или водных растворов специальных высокоактивных компонентов – в зависимости от состава используемого флюса. Также применяются различные методы физического воздействия, такие как ультразвуковая обработка в жидкой среде, приводящие к механическому разрушению флюсовых частиц.

Безотмывочные флюсы

Безотмывочными называются флюсы, частицы которых не требуется удалять после пайки. К ним относятся следующие категории:

• Слабо активированные на основе канифоли. Их основным компонентом является химически обработанная смесь смол хвойных деревьев, а также активаторы – чаще всего это органические кислоты или галогенные соединения.
• С низким (менее 5%) содержанием твердых веществ. Такие составы могут изготавливаться на основе канифоли, синтетических смол или органических соединений.
• На органической основе. Они представляют собой смесь низкомолекулярных органических кислот и растворителей-активаторов, практически полностью испаряющихся в процессе пайки с поверхности ПП.

Безотмывочные флюсы, как правило, не нуждаются в отмывке, если электронная аппаратура, изготовленная с их применением, используется в нормальных климатических условиях.

Почему может потребоваться отмывка флюсов?

Существует несколько основных причин, из-за которых может потребоваться удаление безотмывочных флюсов с поверхности печатной платы.

Высокая температура. Флюсы, изготовленные из канифоли или синтетических смол, при температуре до 100ᵒС сохраняют высокие изоляционные свойства. Но при повышении этого порога их остатки сначала размягчаются, а затем плавятся с выделением карбоксильных ионов. Из-за ионизации они меняют свои электрические свойства и становятся проводником, повышая риск возникновения коротких замыканий и токов утечки.

Высокая влажность. Современная электронная продукция характеризуется повышенной плотностью расположения компонентов и проводников на поверхности печатной платы, а также высоким импедансом электрических цепей и компонентов. Из-за этого даже небольшие токи утечки могут негативно повлиять на работу электрической схемы. Обычно такие токи возникают из-за ионизации компонентов флюсов при нагревании и расплавлении. Однако, даже на остатках канифольных флюсов может появляться утечка, так как на их поверхности абсорбируется атмосферная влага и углекислый газ, которые образуют сильно ионизированную карбоновую кислоту.

Кроме того, токи утечки могут возникнуть и по другим причинам. В частности, к ним приводит появление шариков припоя в процессе пайки, воздействие остатков травильных растворов или солей припоя, возникающих в процессе производства ПП. Еще одна причина – рост металлических нитей, представляющих собой тонкие (диаметром в несколько микрон) нитеподобные металлические кристаллы, самостоятельно появляющиеся без воздействия напряжения. Чаще всего они возникают на контактных площадках, покрытых электрохимическим оловом.

Появление дендритов. Если металлические нити – это кристаллы, возникающие сами по себе, то дендриты представляют собой ветвистые металлические образования, появляющиеся вследствие электрохимических реакций в материале контактной площадки. То есть, для их образования необходим электролит, роль которого играют влага и ионизированное загрязнение (в том числе остатки флюса). Чаще всего дендриты появляются на проводниках с покрытием из меди, серебра, золота и его сплавов со свинцом или палладием. Рост этих образований ограничен областью ионного загрязнения, но может быть очень быстрым – например, на катоде они развиваются со скоростью 0,1 мм в секунду. Если область ионного загрязнения большая, дендриты могут создать перемычки между контактами близко расположенных компонентов, из-за чего нарушится работа электронной схемы.

Нарушение влагозащитных покрытий. Для защиты печатной платы и контактов электронных компонентов от коррозии, вызываемой воздействием влаги, их поверхность покрывается слоем лака или полимера. Если флюс, используемый во время пайки, несовместим с влагозащитным покрытием, его остатки могут нарушить адгезию защитного слоя к поверхности платы и вызвать отшелушивание и отслаивание. Но даже при совместимости флюса и покрытия большое количество остатков первого может спровоцировать те же дефекты.

Повышенное сопротивление контактов. После изготовления печатные узлы всегда проходят проверку на работоспособность. Остатки флюса, покрывающие тестовые контакты и краевые разъемы, значительно повышают их сопротивление, что мешает проведению электрического контроля конечного изделия.

Коррозия печатной платы. В состав флюсов входят активаторы, способствующие уменьшению поверхностного натяжения припоя и тем самым обеспечивающие его лучшую растекание по поверхности контактной площадки. В роли таких активаторов выступают кислоты, галогены и соли. При этом они являются высокого ионизированными компонентами, вызывающими электролитическую коррозию. Защитить от нее изделие можно только путем полного удаления остатков влаги и флюса с поверхности печатной платы. 

Необходимость отмывки при ручной пайке

Часто производители, а также специалисты, осуществляющие ремонт электронной техники, используют безотмывочные флюсы при ручной пайке компонентов и не осуществляют последующую отмывку. С одной стороны, это действительно снижает затраты и время, необходимое на производство или выполнение ремонтных работ. С другой – большинство безотмывочных флюсов разработаны для автоматизированной пайки волной припоя, при которой специально подобранный температурный режим способствует полному выгоранию активаторов. При ручной пайке активаторы выгорают лишь частично по следующим причинам:

• Температурный контроль проводится менее тщательно, и некоторое количество активаторов флюса остается на поверхности печатной платы, приводя к ее коррозии, росту дендритов и другим дефектам.
• Нанесение флюса осуществляется кисточкой, при этом некоторое его количество попадает на участки, не подлежащие пайке. А ручной паяльник вызывает лишь локальный нагрев печатной платы, в результате чего флюс, оставшийся вне зон воздействия паяльника, остается активным.

Как зависит отмывка печатной платы от класса аппаратуры?

Чтобы решить, осуществлять отмывку ПП от флюса после пайки или нет, необходимо учитывать класс выпускаемой электронной продукции.

Класс 1. К нему относится бытовая электроника, используемая в нормальных климатических условиях, поэтому отмывка в данном случае необязательна. Чаще всего производители такой продукции удаляют остатки флюса в косметических целях.

Класс 2. Это промышленная электроника – в этом случае отмывка печатных узлов зависит от того, в каких условиях она применяется. Например, если изделие не имеет влагозащиты, но применяется в обычных климатических условиях, отмывка не требуется. Но при эксплуатации в жестких условиях (высокая температура, влажность и т. д.) ее целесообразно провести.

Класс 3. К нему относится специализированная электронная техника, используемая в медицинской, аэрокосмической, военной, энергетической сфере, системах жизнеобеспечения и т. д. В этом случае отмывка печатной платы является обязательной.

Заключение

Появление безотмывочных флюсов действительно в определенной степени упростило процесс производства электронной продукции. Однако необходимость отмывки печатной платы от их остатков сохраняется, если речь идет о производстве электронной продукции, используемой в ответственных сферах. Кроме того, при определенных условиях безотмывочные флюсы могут приводить к появлению различных дефектов печатных плат и электронных компонентов, что также необходимо учитывать при организации производства.