Чем отмыть флюс для пайки

Всем привет! Этот творческий пост родился после случая, о котором рассказал Мастер Сергей. Правда у него была не плата, а разъем и не после пайки, а после попадания мусора в разъем %-). Блин, как работает мой мозг ?! Но это не меняет нашей темы. Привожу свой Топ 3 лучших способа почистить плату после пайки. Эти же способы в принципе применимы и для чистки всяческих разъемов от микромусора и пыли. Приведенное разделение довольно условное и является личным мнением, которое вы можете оспорить в комментариях в конце текста.

3 место — чистка на сухую

Этот способ чистки электронных плат подходит больше для случаев очистки от пыли. За несколько лет эксплуатации внутри бытовой техники скапливается приличный слой пыли. Толщина слоя пылевых отложений зависит от чистоты в комнате и режима влажности. Порой застарелую пыль на сухую не очистить и приходится растворять ее жидкостью.

Кстати с этого способа и родилась мысль написать эту статью. Однажды наш товарищ Мастер Сергей чинил промывал кисточкой коннекторы на планшете и смартфоне. После нескольких дней их принесли обратно в ремонт. Некоторое время не мог найти в чём дело — то был контакт в разъеме питания, то нет. При просмотре через микроскоп увидел забитый мусором коннектор и прочистил все тонкой иглой шприца.

Опять промыл универсальным очистителем и кисточкой, которой промывал этот коннектор в прошлый раз. После посмотрел сразу в микроскоп и увидел опять паутину из ворсы. Снова прочистил иглой, но промыл волосяной (с тонким ворсом) кисточкой. Всё стало чисто и проблемы с контактом исчезла. Похоже проблема была из-за «секущихся концов» кисточки с толстым и жестким ворсом.

Чем чистить на сухую

• сжатый воздух или резиновая груша — подходит для очистки компьютерных и ноутбучных радиаторов с мелким шагом, куда кисточка не пролезет;
• малярная кисть для краски — хорошо подходит для запыленных мест обширной площади, например для платы ЭЛТ телевизора;
• кисточка для рисования с тонким или синтетическим ворсом — хороша для очистки открытых мест платы и углублений с большим зазором, например внутри системного блока компьютера;
• зубная щетка — используется для чистки вдоль маленьких плат с небольшими углублениями, например для чистки платы смартфона после пайки;
• бумажные салфетки или х/б тряпочки — для чистки плоскости платы от остатков флюса или экрана от жирных следов;
• ватные палочки или вата — для очистки оптики или открытых мест платы.

Кстати, вот мои инструменты для чистки нежных плат. Это зубная щетка с заостренным ворсом и художественная кисточка Brauberg с синтетическим ворсом.

Под микроскопом лучше видно отличия толщины ворсинок. Кисточку применяю для особо труднодоступных мест. Например когда нужно почистить под катушкой или конденсатором типоразмера 0402.

2 место — чистка водой

Как ни странно, но электронные платы часто чистят водой. Например, после пайки или для очистки от остатков жидкости (чай, кофе, сок, морская вода) плату смартфона часто помещают в ультразвуковую ванну с дистиллированной водой. За несколько минут кавитация помогает вытащить из под BGA чипов даже самый застарелый налет и растворить его в воде.

После очистки водой, обязательно нужно промыть плату спиртом. Спирт вытягивает воду из труднодоступных мест и обезопасит металлические контакты от коррозии.

Способы очистки водой

• влажной х/б салфеткой — хорошо удаляется старая пыль и мусор;
• струей воды из груши или крана можно промывать радиаторы от пыли — это лучше, чем тереть на сухую.
• в ультразвуковой ванне — популярный у мастеров способ очистки плат от остатков сока или морской воды. После процедуры промыть спиртом или растворителем.

1 место — чистка спиртом

Ну и конечно самыми лучшими средствами очистки платы от почти всех невзгод являются спирт, спирто-бензиновая смесь (СБС) и растворитель. Дело в том, что у этих жидкостей  коэффициент поверхностного натяжения меньше, чем у воды, поэтому они могут проникать в более узкие щели и вытекать оттуда.

Способы очистки спиртом и растворителем

• очистка спиртом с помощью салфетки лучше подходит для удаления небольшого количества остатков флюса с платы.
• СБС и растворитель более активно удаляют любое количества флюса и других остатков после пайки платы;
• универсальный очиститель в баллончике на основе спирта, растворителя и ПАВ лучше всего подходит для быстрого удаления остатков даже из-под чипов BGA;
• замачивание в спирте с помешиванием дает наибольшую уверенность в удалении лишней воды и окислов даже из под микросхем. Для ускорения сушки хорошо бы продуть плату сжатым воздухом.

В принципе и все — больше я способов очистить плату не нашел. Но если найдете, то присылайте мне или оставляйте комментарий внизу. Ах да, полезное видео про отмывку плат от флюса.

И еще интересное видео про кавитацию в воде. Посмотрите как выглядят и движутся воздушные пузырьки под воздействием ультразвука.

23 Января 2008

До сих пор одной из самых спорных тем в производстве электроники остается вопрос отмывать остатки флюсов после пайки или не отмывать? Увеличение степени интеграции компонентов приводит к постоянному уменьшению зазоров под корпусами компонентов, использование современных флюсов для пайки с низким содержанием твердых веществ и на синтетической основе требуют применения высокотехнологичных, сложных и дорогостоящих процессов отмывки печатных узлов после пайки. Всегда ли не удаленные остатки флюса могут приводить к катастрофическим последствиям в процессе эксплуатации аппаратуры? На эти и многие другие вопросы мы постараемся дать ответ в настоящей статье.

Основная функция отмывки печатных узлов — удаление остатков флюса, которые в процессе эксплуатации электронной аппаратуры могут оказать негативное воздействие на надежность печатных узлов, препятствуют нанесению влагозащитных покрытий, затрудняют выполнение электрического контроля, а также ухудшают внешний вид изделий. В современной технологии сборки печатных узлов наибольшее распространение получили процессы с применением флюсов, не требующих отмывки после пайки. К таким флюсам в соот- ветствии с международным стандартом J-STD-004 относятся канифольные слабо активированные флюсы, флюсы с низким содержанием твердых веществ и флюсы на органической основе. Такие флюсы обычно не требуют удаления остатков после пайки при эксплуатации аппаратуры в нормальных климатических условиях, однако в некоторых случаях может возникать необходимость удаления остатков флюсов.

Остатки канифольных флюсов и флюсов с низким содержанием твердых веществ состоят из:

• канифоли или синтетических смол и их остаточных продуктов,
• активаторов и продуктов их реакции.

В качестве активаторов обычно используются органические кислоты и галогенные соединения. Последние обладают свойствами ионов. Остатки таких флюсов не удаляются водой или спиртом. Широко применяемая спирто-бензиновая смесь тоже обладает крайне низкой эффективностью — плохо удаляются остатки флюсов с низким содержанием твердых веществ, не удаляются ионные водорастворимые компоненты (остатки активаторов, минеральные соли, остатки травильных растворов и электролитов).

В процессе изготовления, хранения и сборки печатных плат на них остаются различные полярные и неполярные загрязнения, некоторые из них приведены ниже в таблице 1:

Таблица 1 Загрязнения на поверхности ПУ

Типы загрязнений
Полярные	Неполярные
Соли гальванических растворов	Масла
	Жиры
Соли травильных растворов	Смолы
	Канифоль
Соли пота	Волосяное масло
Отпечатки пальцев	Косметика
Активаторы флюсов	Кремы для рук
Тиксотропные средства	Тиксотропные средства

Основные причины необходимости удаления остатков флюсов

Высокая температура. Остатки флюсов на основе природной химически обработанной канифоли или искусственных смол примерно до температуры 100°С являются хорошими изоляторами. Если происходит повышение температуры свыше 100°С, остатки флюса сначала размягчаются, а потом начинают плавиться оказывая диссоциирующее воздействие приводящее к образованию карбоксильных ионов. В результате возникающей ионизации изменяются электрические свойства, остатки флюса становятся проводником. Таким образом, возникает опасность возникновения повышенных токов утечки и коротких замыканий.

Повышенная влажность. Проблема понижения поверхностного сопротивления особое значение приобретает в современных условиях развития электроники по двум основным причинам:

1. Уменьшаются расстояния между проводниками,
2. Полупроводниковые компоненты развиваются от низко импедансных цепей к высоко импедансным, имея тенденцию к уменьшению потребляемой энергии. Поэтому, столь малые токи утечки как остатков флюсов 10–12 А, иногда оказывают существенное влияние на нарушение работы элементов логики. Токи утечки могут возникать за счет присутствия ионных компонентов. Однако, даже канифольные остатки флюса могут стать проводником при наличии тонкого слоя влаги. Влага в сочетании с диоксидом углерода, адсорбированным из воздуха формирует на поверхности канифоли карбоновую кислоту, которая имеет высокое содержание ионов.

Другие причины возникновения повышенных токов утечки. Токи утечки могут увеличиваться за счет появления в процессе пайки шариков припоя, остатков травильных растворов или солей припоя, возникающих в процессе изготовления печатных плат, а так же в случае роста металлических нитей. Металлические нити это волосоподобные кристаллы, которые растут спонтанно без приложения напряжения. Обычно нити растут на 0,01–10 мм в год и имеют диаметр в несколько микрон. Обычно тенденцию к образованию нитей имеют контактные площадки покрытые электрохимическим оловом.

Устранение подобных загрязнений достигается путем применения специализированного оборудования отмывки и эффективных промывочных жидкостей.

Дендриты. Дендриты тоже представляют собой металлические нити или кристаллы, которые растут на поверхности металла, но по электролитическому механизму (рис. 1). То есть для роста дендритов необходимо иметь электролит и напряжение. Скорость роста дендритов на катоде может достигать 0,1 мм в минуту. Аналогичный рост дендритов происходит и на аноде, но значительно медленнее. Рост дендритов наблюдается на проводниках с покрытием из серебра, меди, олово-свинца, золота, золото-палладия. Область роста дендритов ограничивается зоной поверхностного ионного загрязнения и наличием влаги.

Рис. 1 Рост дендритов на поверхности паяного соединения

Рис. 2 Отслоение влагозащитных покрытий с печатных плат с неудаленными остатками флюса

Влагозащитные покрытия. Для предохранения от воздействия влаги и агрессивных сред печатные узлы часто покрываются влагозащитными покрытиями. При этом особое внимание следует уделить совместимости влагозащитных материалов с остатками флюсов. Если остатки флюса не совместимы с влагозащитным покрытием, возможно ухудшение адгезии, отшелушивание и отслаивание влагозащитных покрытий (рис. 2). Важным параметром также является количество остатков флюса. Чем больше остатков флюса, тем выше вероятность возникновения дефектов влагозащитного покрытия.

Внешний вид изделия. Как правило, флюсы не требующие отмывки оставляют малозаметные остатки, незначительно ухудшающие внешний вид печатных узлов, тем не менее, в ряде случаев остатки флюсов приходится удалять по требованию заказчиков в косметических целях (рис. 3).

Рис. 3 Внешний вид паяных соединений с удаленными (А) и неудаленными (В)остатками флюса

Рис. 4 Контакты,покрытые остатками флюса

Рис. 5 Последствия коррозии — разрушение проводника

Высокое сопротивление контактов. Неудаленные остатки флюса могут покрывать тестовые площадки и контакты краевых разъемов (рис. 4). Так как канифоль и синтетические смолы при комнатной температуре являются хорошими изоляторами, тестовые точки могут иметь очень высокое сопротивление контактов, препятствуя обеспечению электрического контроля.

Ручная пайка. Отечественные производители достаточно часто применяют жидкие «безотмывочные» флюсы, для ручной пайки полагая, что их остатки не требуют удаления. Однако, большинство жидких флюсов не требующих отмывки специально разработаны для машинной пайки волной припоя, только этот способ пайки гарантирует выгорание и разложение активаторов флюсов, не требуя обязательного удаления остатков после пайки.

Зачастую необходимость удаления остатков жидких флюсов при ручной пайке вызвана только частичным выгоранием активаторов. Флюс при ручной пайке, как правило, наносится кисточкой и попадает не только в места, подлежащие пайке, но и вокруг них на паяльную маску, соседние проводники и компоненты. Нагрев до температуры пайки производится локально, только в местах образования паяных соединений. Весь остальной флюс не подвергается термической обработке и сохраняет свою активность.

Воздействие остатков активаторов. Активаторы, входящие в состав флюса, содержат ионные соединения (галогены, соли и кислоты), которые в свою очередь могут вступать в реакцию с влагой, влияя на уменьшение поверхностного сопротивления. Несмотря на то, что остатки флюсов очень редко приводят к отказам в процессе работы, последствия коррозии могут быть очень серьезными (рис. 5). Наиболее распространенный механизм коррозии — электролитический. Электролитическая коррозия может возникать в двух случаях:

1. При наличии электрического поля и водной пленки между двумя смежными проводниками (рис. 6а),
2. На одиночных многослойных проводниках, например, при контакте двух разнородных металлов с разными потенциалами, например, медный проводник (+0,34 В), покрытый сплавом олово-свинец (-0,14 В). Так при наличии влаги и небольшого количества ионных компонентов возникает напряжение короткого замыкания и начинает протекать ток (рис. 6б).

Избежать электролитической коррозии возможно только в случае удаления всех следов влаги и ионных загрязнений с печатных узлов и обеспечив защиту от повторных загрязнений.

Класс аппаратуры. Влияет ли класс производимой аппаратуры на необходимость отмывки? Давайте попробуем ответить на этот вопрос. По надежности изделия электронной техники делится на три основных класса:

Класс 1 — Бытовая электроника: отмывка не требуется, так как изделия эксплуатируются в нормальных климатических условиях.

Класс 2 — Промышленная электроника — Необходимость отмывки зависит от условий эксплуатации изделий. При эксплуатации изделий, неподвергающихся влагозащите, в нормальных климатических условиях отмывка в большинстве случаев не требуется, однако в случае эксплуатации изделий в жестких климатических условиях, а также для высокочастотной электроники применение отмывки является оправданным. Кроме того требования отмывки остатков флюсов существенно зависят от типа (класса) используемого флюса.

Класс 3 — Спецтехника (военная, аэрокосмическая техника, системы жизнеобеспечения) — отмывка является обязательной.

Мыть или не мыть?

Мы рассмотрели лишь несколько основных причин необходимости удаления остатков флюса после пайки. Подводя итоги вышеперечисленным причинам можно утверждать, что для обеспечения максимальной надежности производимой электроники остатки флюса необходимо удалять. С другой стороны абсолютно очевидно, что процесс отмывки будет увеличивать себестоимость изделий. Следовательно, применение отмывки должно быть экономически оправданным. Поэтому,принимая решение о необходимости отмывки следует взвесить все доводы за и против: условия эксплуатации аппаратуры, требования по надежности и долговечности, затраты на обслуживание и ремонт производимой электроники, наличие необходимого оборудования для отмывки и контроля качества отмывки. Помните, что если Вы не можете организовать качественную отмывку, то ее лучше не проводить вообще, особенно при использовании «безотмывочных» флюсов.

Автор, должность:
Алексей Ефремов, заместитель Генерального директора по сервису
Email:
materials@ostec-group.ru
Издание:
Информационный бюллетень «Поверхностный монтаж», январь 2008, №1