монтажні флюси
Матеріали, пропоновані в якості флюсів для пайки електронних виробів, можуть ставитися до смолосодержащім і смолонесодержащім. Все смолонесодержащіе флюси мають іоногенні компоненти, від яких плати потрібно очищати. З цим ніхто не сперечається, і про них ми говорити не будемо. Суперечки точаться навколо смолосодержащіх (частіше каніфольних) флюсів. Чи потрібно очищати від них монтажні вироби? Саме це і належить обговорити.
Основу смолосодержащіх флюсів, як правило, становить каніфоль, що представляє собою суміш органічних кислот. Головний компонент цієї суміші - абієтинова кислота. Органічні кислоти - такі як саліцилова, молочна, стеаринова, лимонна, мурашина і т. Д. - також можуть бути використані для підготовки поверхні до пайки, проте, в силу їх більшої активності, вони вимагають більш обережного поводження і ретельного промивання виробів після пайки. Ці кислоти, як і деякі їх з'єднання, частіше використовуються в якості активаторів і добавок до флюсу на основі каніфолі.
Рівень кислотності флюсу на основі чистої каніфолі дуже малий, але в результаті її розчинення і в процесі нагрівання при пайку відбувається її активація. Процес активації каніфолі починається при температурі близько 170 ° С. При сильному нагріванні (понад 300 ° С) відбувається інтенсивне розкладання каніфолі і втрата її флюсуючих властивостей.
Пропоновані на ринку флюси класифікуються за ступенем активності в такий спосіб (наведена класифікація відрізняється від вітчизняного галузевого стандарту ОСТ4Г0.033.200.).
Тип «SRA» (від слів «super activated resin» - сверхактівірованная каніфоль). Ці флюси були створені для нестандартних застосувань в електроніці. Вони можуть використовуватися для пайки никелеутримуючого сплавів, нержавіючих сталей і матеріалів типу сплаву ковар. Флюси типу SRA дуже агресивні і вимагають ретельної відмивання при будь-яких обставинах, тому їх використання в електроніці строго регламентовано.
Тип «No-Clean» (не вимагає змивання). Ця група спеціально створена для процесів, де немає можливості використовувати наступну відмивання плат або вона ускладнена з якихось причин. Основна відмінність цієї групи полягає в вкрай малій кількості залишків флюсу на платі після закінчення процесу пайки.
Для забезпечення високої надійності паяних з'єднань активність флюсів є визначальною. Але за умови, якщо це не тягне за собою погіршення електроізоляційних властивостей монтажного підстави за рахунок неминучих іонногенних забруднень, джерелом яких є залишки флюсів. Що стосується навіть дуже незначних залишків активаторів, то їх роль у збільшенні поверхневої провідності в умовах підвищеної вологості безсумнівна. Сумнівна тільки роль залишків каніфолі. За яких умов вони можуть створити провідність? Чому і за яких умов зарубіжні керівництва і українські стандарти дозволяють їх залишки на поверхні монтажних вузлів?
Щоб відповісти на ці питання, потрібно врахувати тільки одна обставина: як флюс використовується не суха каніфоль, а її спиртові розчини. І в цьому стані вона хімічно активна. Її головний компонент - абієтинова кислота - в спиртовому розчині здатний розчиняти оксиди металів з утворенням комплексних сполук. Кожен може легко переконатися в тому, що спиртова композиція каніфолі досить довго утримує спирт, за рахунок цього вона довго не твердне. У цьому стані в ній активуються реакції розчинення металів, і тим самим створюються іоногенні компоненти провідності.
У стані провідності спиртова композиція каніфолі виконує роль гелеподібної електроліту, в якому робота мікрогальваніческіх пар олово-мідь призводить до корозії міді знову-таки з утворенням продуктів провідності.
За рахунок вмісту спирту композиція каніфолі в умовах навіть помірного зволоження набуває здатності до гідролізу. Продукти гідролізу теж створюють провідність. Багато хто бачив наслідки гідролізу каніфолі у вигляді візуально помітного білуватий наліт на поверхні погано відмитого монтажного вузла.
Якщо плати покривають електроізоляційним лаком, залишки каніфолі (тим більше - активаторів), продуктів її гідролізу і інші забруднення в умовах зволоження призводять до осмотичним явищам, що завершується відшаруванням і утворення бульбашки лакового покриття. Бульбашки виявляються наповненими вологою і створюють канал провідності ізоляції (рис. 1).
Мал. 1. Осмотические явища призводять до відшарування лакової плівки
Рис.2. Схема освіти дендрита в каналі, наповненому йоногенних забрудненнями
Всі ці міркування мають тільки одну мету - переконати Новомосковсктеля в тому, що залишки флюсів в умовах підвищеної вологості створюють джерела поверхневої провідності. Що з цього випливає? Незначне зниження опору ізоляції для електронного вузла не є криміналом. Його величина ще настільки велика, що не робить ніякого шунтуючого впливу на функціонування схеми. Біда в іншому: провідність ізоляції створює стартові умови для електрохімічного відмови [3]. Сутність цієї відмови полягає в тому, що під дією присутнього на платі напруги провідник-анод розчиняється, віддаючи в канал позитивно заряджені іони металу (рис. 2, а). Іони направляються по каналу до провідника-катода, відновлюються на ньому до металевого стану, утворюючи в ізоляційному проміжку проводять перемички у вигляді дендрітоподобной пухкої металевої структури (рис. 2, б). В результаті цих процесів за кілька хвилин можуть утворитися ниткоподібні кристали товщиною 2. 20 мкм і довжиною до 12 мм (рис. 2, в). Після утворення ниткоподібної перемички кристали поступово товщають до 0,1 мм, набуваючи виразний металевий блиск. Опір таких кристалів може доходити до 1 Ома. Якщо проводять дендрити «закорачивается» ланцюга харчування, електронний блок згорає. Послідовність зростання дендритів добре простежується на фотографіях (рис. 3).
Мал. 3. Стадії зростання металевих дендритів: а - 2 хв; б - 2,5 хв; в - 3 хв; г - 4 хв
Мити потрібно ще й тому, що в процесі виробництва на поверхні плат неминуче залишаються забруднення від дотиків рук. Відбитки пальців - це виділяється сальними залозами жирової секрет, що містить значні концентрації водорозчинних інгредієнтів. Серед них натрій хлористий (3,8 г / л), сечовина (0,55 г / л), калій хлористий (0,3 г / л), натрій сірчистий, глюкоза, кислота оцтова і пропіонова, кислота сечова, кальцій хлористий ( 0,3 г / л).
Інше питання, яке напрошується сам собою, - навіщо потрібен флюс типу No Clean, якщо все одно потрібно мити? Дійсно, флюс No Clean розроблявся саме для випадків, де відмивання неможлива або небажана. Основна відмінність даного типу флюсу від звичайних на основі каніфолі полягає у відсутності в ньому іонногенних компонентів і низькому вмісті твердих включень. Композиція No Clean підібрана таким чином, що залишок нерозчинених і не зниклі при пайку речовин зведений до мінімуму (менше 2%). Хіба цього мало, щоб створити провідність ізоляції? До того ж одна з функцій флюсу - активувати поверхні, тобто розчиняти оксиди і забруднення. Значить, після пайки його залишки повинні містити іоногенні домішки. Або друкований вузол повинен бути підготовлений таким чином, щоб на його поверхні не було окислів і забруднень. Чи це можливо?
Тому видалення технологічних забруднень також актуально і для No Clean флюсів і не знімає відповідальності за дефекти, що виникають із-за відсутності операції відмивання. У всякому разі, нанесення влагозащитних покриттів повинна передувати ретельна очистка поверхонь, щоб уникнути відшарування лаку.
Відмивання плат вкрай бажано робити на промислових установках. В ідеалі бажано використовувати для відмивання ультразвукову установку. Зараз виробники поставляють на ринок широкий спектр такого обладнання з різними можливостями і по різним, часом дуже доступними цінами. Однак в разі неможливості придбання такого обладнання можна піти дідівським методом і мити вручну.
При виборі середовища для змивки керуються складами і властивостями забруднень, які підлягають смивке. Умовно їх можна розділити на три групи:
До сьогоднішнього дня найбільш поширеним розчинником в українській електроніці є спирто-бензинова суміш. Спирт змиває залишки каніфолі, бензин - жири і масла, в тому числі жирової секрет відбитків пальців. Спирт утворює з розчиненими в ньому забрудненнями азеотропную суміш, тобто випаровується разом з ними. Бензин, випаровуючись, залишає на поверхні розчинені в ньому компоненти. Але в поєднанні зі спиртом його миючі властивості поліпшуються. Тому дана композиція безумовно краще, ніж нічого. Однак основним її недоліком є те, що вона змиває тільки першу і третю групи з перерахованих вище. Друга ж, яка є найбільш поширеною і найбільш небезпечною, здебільшого залишається. Тим більше не змиваються мінеральні солі з забруднень, які є слідами доторків рук.
Існують два рішення даної проблеми: або використовувати водні розчини технічних миючих засобів (поверхнево-активних речовин), або додавати диссоциирующие добавки в розчинник (наприклад, використовувати водний розчин ізопропілового спирту). В ідеальному випадку після подібної операції бажано використовувати остаточну промивку деионизированной водою і сушку, що дасть результат, близький до найкращого. Самий хороший результат дають відмивання з накладенням ультразвуку. З усього вищесказаного можна зробити наступний висновок: проектування технологій електронної апаратури вимагає усвідомленого підходу до вибору флюсів, заснованого на необхідності видалення їх залишків, особливо перед нанесенням влагозащитних покриттів.