Монтажные флюсы. Смывать или не смывать

Монтажные флюсы.
Смывать или не смывать?

В последнее время на отечественном рынке материалов для монтажной пайки широко рекламируются импортируемые флюсы. Реклама превозносит их достоинства, в том числе возможность не смывать их после монтажа. Как относиться к такой рекламе? Можно ли допустить остатки флюсов для аппаратуры, работающей в экстремальных условиях? Особенно если требования к ее ресурсам исчисляются почти ста тысячами часов, а наработка на отказ — десятками тысяч?

Появились публикации, оценивающие коррозионные процессы на электронных изделиях, источником которых являются остатки флюсов. Авторы этих публикаций [1], к сожалению, не учли, что коррозионным процессам металлических элементов плат предшествуют процессы деградации электрической изоляции, завершающиеся электрохимическим отказом [2]. Цель данной публикации — обозначить свою точку зрения на особенности использования флюсов, чтобы попытаться вывести читателей из заблуждения, навязываемого рекламой и поддерживающими ее публикациями.

Материалы, предлагаемые в качестве флюсов для пайки электронных изделий, могут относиться к смолосодержащим и смолонесодержащим. Все смолонесодержащие флюсы имеют ионогенные компоненты, от которых платы нужно очищать. С этим никто не спорит, и о них мы говорить не будем. Споры идут вокруг смолосодержащих (чаще канифольных) флюсов. Нужно ли очищать от них монтажные изделия? Именно это и предстоит обсудить.

Основу смолосодержащих флюсов, как правило, составляет канифоль, представляющая собой смесь органических кислот. Главный компонент этой смеси — абиетиновая кислота. Органические кислоты — такие как салициловая, молочная, стеариновая, лимонная, муравьиная и т. д. — также могут быть использованы для подготовки поверхности к пайке, однако, в силу их большей активности, они требуют более аккуратного обращения и тщательной промывки изделий после пайки. Эти кислоты, как и некоторые их соединения, чаще используются в качестве активаторов и добавок к флюсам на основе канифоли.

Уровень кислотности флюса на основе чистой канифоли очень мал, но в результате ее растворения и в процессе нагрева при пайке происходит ее активация. Процесс активации канифоли начинается при температуре около 170 °С. При сильном нагреве (более 300 °С) происходит интенсивное разложение канифоли и потеря ее флюсующих свойств.

Предлагаемые на рынке флюсы классифицируются по степени активности следующим образом (приведенная классификация отличается от отечественного отраслевого стандарта ОСТ4Г0.033.200.).

Тип «R» (от «rosin» — канифоль) представляет собой чистую канифоль в твердом виде или растворенную в спирте, этилацетате, метиленэтилкетоне и подобных растворителях. Это наименее активная группа флюсов, поэтому ее используют для пайки по свежим поверхностям или по поверхностям, которые были защищены от окисления в процессе хранения. Судя по рекламе и в соответствии с рекомендациями ОСТ4 Г0.033.200, эта группа флюсов не требует удаления их остатков после пайки.

Тип «RMA» (от «resin mild activated» — слегка активированная канифоль) — группа смолосодержащих флюсов с различными комбинациями активаторов: органическими кислотами или их соединениями (диметилалкилбензиламмонийхлорид, трибутилфосфат, салициловая кислота, диэтиламин солянокислый, триэтаноламин и др.). Эти флюсы обладают более высокой активностью по сравнению с типом R. Предполагается, что в процессе пайки активаторы испаряются без остатка. Поэтому они считаются абсолютно безвредными. Судя по рекламе, этот флюс тоже не требует отмывки. Но очевидно, что процесс пайки должен быть гарантированно завершен полным испарением активаторов. Такие гарантии может обеспечить только машинная пайка с автоматизацией температурно-временных процессов (температурного профиля пайки).

Тип «RA» (от «rosin activated» — активированная канифоль). Эта группа флюсов рекламируется для промышленного производства электронных изделий массового спроса. Несмотря на тот факт, что данный вид флюса отличается более высокой активностью по сравнению с упомянутыми выше, он также преподносится рекламой как не требующий смывки, поскольку его остатки якобы не проявляют видимой коррозионной активности.

Тип «SRA» (от слов «super activated resin» — сверхактивированная канифоль). Эти флюсы были созданы для нестандартных применений в электронике. Они могут использоваться для пайки никелесодержащих сплавов, нержавеющих сталей и материалов типа сплава ковар. Флюсы типа SRA очень агрессивны и требуют тщательной отмывки при любых обстоятельствах, поэтому их использование в электронике строго регламентировано.

Читайте так же:

Как пользоваться духовкой аристон газовая

Тип «No-Clean» (не требует смывки). Эта группа специально создана для процессов, где нет возможности использовать последующую отмывку плат или она затруднена по каким-то причинам. Основное отличие этой группы состоит в крайне малом количестве остатков флюса на плате по окончании процесса пайки.

Для обеспечения высокой надежности паяных соединений активность флюсов является определяющей. Но при условии, если это не влечет за собой ухудшение электроизоляционных свойств монтажного основания за счет неизбежных ионногенных загрязнений, источником которых являются остатки флюсов. Что касается даже очень незначительных остатков активаторов, то их роль в увеличении поверхностной проводимости в условиях повышенной влажности несомненна. Сомнительна только роль остатков канифоли. При каких условиях они могут создать проводимость? Почему и при каких условиях зарубежные руководства и российские стандарты разрешают их остатки на поверхности монтажных узлов?

Чтобы ответить на эти вопросы, нужно учесть только одно обстоятельство: в качестве флюса используется не сухая канифоль, а ее спиртовые растворы. И в этом состоянии она химически активна. Ее главный компонент — абиетиновая кислота — в спиртовом растворе способен растворять окислы металлов с образованием комплексных соединений. Каждый может легко убедиться в том, что спиртовая композиция канифоли достаточно долго удерживает спирт, за счет этого она долго не твердеет. В этом состоянии в ней активируются реакции растворения металлов, и тем самым создаются ионогенные компоненты проводимости.

В состоянии проводимости спиртовая композиция канифоли выполняет роль гелеподобного электролита, в котором работа микрогальванических пар олово–медь приводит к коррозии меди опять-таки с образованием продуктов проводимости.

За счет содержания спирта композиция канифоли в условиях даже умеренного увлажнения приобретает способность к гидролизу. Продукты гидролиза тоже создают проводимость. Многие видели последствия гидролиза канифоли в виде визуально различимого белесого налета на поверхности плохо отмытого монтажного узла.

Если платы покрывают электроизоляционным лаком, остатки канифоли (тем более — активаторов), продуктов ее гидролиза и другие загрязнения в условиях увлажнения приводят к осмотическим явлениям, завершающимся отслоением и пузырением лакового покрытия. Пузыри оказываются наполненными влагой и создают канал проводимости изоляции (рис. 1).

Рис. 1. Осмотические явления приводят к отслоению лаковой пленки

Рис.2. Схема образования дендрита в канале, наполненном ионогенными загрязнениями

Все эти рассуждения имеют только одну цель — убедить читателя в том, что остатки флюсов в условиях повышенной влажности создают источники поверхностной проводимости. Что из этого следует? Незначительное снижение сопротивления изоляции для электронного узла не является криминалом. Его величина еще настолько велика, что не оказывает никакого шунтирующего влияния на функционирование схемы. Беда в другом: проводимость изоляции создает стартовые условия для электрохимического отказа [3]. Сущность этого отказа состоит в том, что под действием присутствующего на плате напряжения проводник-анод растворяется, отдавая в канал положительно заряженные ионы металла (рис. 2, а). Ионы направляются по каналу к проводнику-катоду, восстанавливаются на нем до металлического состояния, образуя в изоляционном зазоре проводящие перемычки в виде дендритоподобной рыхлой металлической структуры (рис. 2, б). В результате этих процессов за несколько минут могут образоваться нитевидные кристаллы толщиной 2. 20 мкм и длиной до 12 мм (рис. 2, в). После образования нитевидной перемычки кристаллы постепенно утолщаются до 0,1 мм, приобретая отчетливый металлический блеск. Сопротивление таких кристаллов может доходить до 1 Ома. Если проводящие дендриты «закорачивают» цепи питания, электронный блок сгорает. Последовательность роста дендритов хорошо прослеживается на фотографиях (рис. 3).

Рис. 3. Стадии роста металлических дендритов: а — 2 мин; б — 2,5 мин; в — 3 мин; г — 4 мин

Теперь автор может заявить, что обеспечение надежности электроизоляционных конструкций электронных узлов немыслимо без повышенных требований к чистоте рабочей поверхности изделия. Поэтому на гамлетовский вопрос: «Мыть или не мыть?», ответ может быть только один — МЫТЬ! [4]

Читайте так же:

Чем протирать глянцевые фасады на кухне

Мыть нужно еще и потому, что в процессе производства на поверхности плат неизбежно остаются загрязнения от прикосновений рук. Отпечатки пальцев — это выделяемый сальными железами жировой секрет, содержащий значительные концентрации водорастворимых ингредиентов. Среди них натрий хлористый (3,8 г/л), мочевина (0,55 г/л), калий хлористый (0,3 г/л), натрий сернистый, глюкоза, кислота уксусная и пропионовая, кислота мочевая, кальций хлористый (0,3 г/л).

Другой вопрос, который напрашивается сам собой, — зачем нужен флюс типа No Clean, если все равно нужно мыть? Действительно, флюс No Clean разрабатывался именно для случаев, где отмывка невозможна или нежелательна. Основное отличие данного типа флюса от обычных на основе канифоли заключается в отсутствии в нем ионногенных компонентов и низком содержании твердых включений. Композиция No Clean подобрана таким образом, что остаток нерастворенных и не улетучившихся при пайке веществ сведен к минимуму (менее 2 %). Разве этого мало, чтобы создать проводимость изоляции? К тому же одна из функций флюса — активировать поверхности, то есть растворять окислы и загрязнения. Значит, после пайки его остатки должны содержать ионогенные примеси. Или печатный узел должен быть подготовлен таким образом, чтобы на его поверхности не было окислов и загрязнений. Возможно ли это?

Поэтому удаление технологических загрязнений также актуально и для No Clean флюсов и не снимает ответственности за дефекты, возникающие из-за отсутствия операции отмывки. Во всяком случае, нанесению влагозащитных покрытий должна предшествовать тщательная очистка поверхностей, чтобы избежать отслоения лака.

Отмывку плат крайне предпочтительно делать на промышленных установках. В идеале предпочтительно использовать для отмывки ультразвуковую установку. Сейчас производители поставляют на рынок широкий спектр такого оборудования с различными возможностями и по различным, подчас очень доступным ценам. Однако в случае невозможности приобретения такого оборудования можно пойти дедовским методом и мыть вручную.

При выборе среды для смывки руководствуются составами и свойствами загрязнений, подлежащих смывке. Условно их можно разделить на три группы:

нейтральные компоненты, появившиеся в процессе производства: жиры, масла, пыль, волокна бумаги, тканей, частицы металлов и прочие безвредные в обычных условиях элементы. Они, как правило, легко удаляются бензином;
ионогенные компоненты: остатки гальванических электролитов, травильных растворов, активаторов флюсов, минеральное содержание отпечатков пальцев и т. д. Материалы этого типа, как правило, крепко удерживаются на поверхности за счет адгезии и требуют для очистки использования водных растворов;
полярные органические соединения: органические кислоты (канифоль и активаторы), продукты разложения флюсов и пр. Обладают высокой адгезией к поверхности и требуют соответствующих (тоже полярных) растворов для удаления (спирта).

До сегодняшнего дня наиболее распространенным растворителем в российской электронике является спирто-бензиновая смесь. Спирт смывает остатки канифоли, бензин — жиры и масла, в том числе жировой секрет отпечатков пальцев. Спирт образует с растворенными в нем загрязнениями азеотропную смесь, то есть испаряется вместе с ними. Бензин, испаряясь, оставляет на поверхности растворенные в нем компоненты. Но в сочетании со спиртом его моющие свойства улучшаются. Поэтому данная композиция безусловно лучше, чем ничего. Однако основным ее недостатком является то, что она смывает только первую и третью группы из перечисленных выше. Вторая же, которая является наиболее распространенной и наиболее опасной, большей частью остается. Тем более не смываются минеральные соли из загрязнений, являющихся следами прикосновений рук.

Существуют два решения данной проблемы: либо использовать водные растворы технических моющих средств (поверхностно-активных веществ), либо добавлять диссоциирующие добавки в растворитель (например, использовать водный раствор изопропилового спирта). В идеальном случае после подобной операции желательно использовать окончательную промывку деионизированной водой и сушку, что даст результат, близкий к наилучшему. Самый хороший результат дают отмывки с наложением ультразвука. Из всего вышесказанного можно сделать следующий вывод: проектирование технологий электронной аппаратуры требует осознанного подхода к выбору флюсов, основанного на необходимости удаления их остатков, особенно перед нанесением влагозащитных покрытий.

Читайте так же:

Прямая или угловая кухня что лучше

Чем отмыть плату от канифоли

На работе, если не лень, иду со своей платой на ультазвуковую ванну. В смеси этилового и бензина-калоши. Если лень, то кисточкой или зубной щёткой. Медленнее, но эффект тот же. Попадался без ванны на проводящие остатки ЛТИ под микросхемами. С ванной не попадался.

Ванна всё-таки надёжней.

[QUOTE=yurr;599673]Если флюс нормальный, чистый, то зачем мыть? Никогда не мыл после распайки. Флюс самодельный, спирт + канифоль.[/QUOTE

+1, Правильный флюс красивый вид!

RK9AMD, Тут, в какой-то из веток рекомендовалось проварить в растворе питьевой соды: 1 ст. ложка на литр воды, затем промазать подшипники. Встречались и варианты: проварить в растворе Фейри и пр.

RK1NA, Ацетон — "низзя". Во-первых — низка температура вспышки, во-вторых — обладает нарко-токсическим эффектом, в результате чего в магазинах бытовой химии теперь ацетон только днем с огнем поискать. Хотя, глядя правде в лицо, отмывает все на раз и без всяких налетов
Ага, про содовую ванну я вроде слышал. Только сколько его там "варить"? Или вынимать почаще, да посматривать? А промывать просто водой и продувать воздухом?

в магазинах бытовой химии теперь ацетон только днем с огнем поискать.
Сколько угодно и в любой таре от 0,5 до 1,5 в пластиковых бутылках.
Сам покупал где то в середине декабря.
2011 года.

Хотя, глядя правде в лицо, отмывает все на раз и без всяких налетов
Это тоже неправда. Ацетон не отмывает жиры (масла).
Если конечно их с мочалкой не оттирать.

Варят не менее 30 минут, в зависимости от степени загрязнения. Потом я бы просто промыл чистой водой, просушил теплым воздухом из-под фена, и промазал маслом трущиеся детали.

Добавлено через 5 минут(ы):

Варят не менее 30 минут, в зависимости от степени загрязнения. Потом я бы просто промыл чистой водой, просушил теплым воздухом из-под фена, и промазал маслом трущиеся детали.
RK1NA, "Брехуном" я никогда не был, в нашем регионе я оный уже года 3-4 не могу купить, да и масла он отмывает, не даром является универсальным — органическим и неорганическим растворителем. Конечно, все относительно, в той или иной степени, и паяльный жир он не сможет отмыть запросто.

RK1NA, "Брехуном" я никогда не был

Я и слова такого "БРЕХУН" не знаю:roll:

Конечно, все относительно, в той или иной степени, и паяльный жир он не сможет отмыть запросто.
Согласен.
Относительно вашей губернии наша просто залита ацетоном.
.
Почему делали коктейль из спирта, ацетона и бензина Калоша.
Надо не только флюс отмыть но потожировые следы монтажниц и прочую
пакость которая в процессе производства попадала на платы.
После промывки и сушки платы покрывались лаком УР-231.
Производство было более чем серьезное — авионика.
Платы от односторонних до 5-ти слойных.
Было это давно, 27 лет как оборонка сдохла.
Сейчас другие технологии.
Найдите по поиску — промывка плат, увидите — исключительно спецжикости либо просто вода.
.
Тема о домашней отмывке.
Вот я и сообщил о "древней" технологии, которую леХко применить дома.
И которую сам нынче применяю.
Не часто но всегда успешно.

Читайте так же:

Корзинки для кухни своими руками

Флюс (пайка)

Флюс (лат. Fluxus — поток, течение) — вещества (чаще смесь) органического и неорганического происхождения, предназначенные для удаления оксидов с паяемых поверхностей, снижения поверхностного натяжения, улучшения растекания жидкого припоя и/или защиты от действия окружающей среды [1] .

Содержание

Описание [ править | править код ]

способствуют лучшему смачиванию припаиваемых деталей;
способствуют лучшему растеканию припоя по шву;
предохраняют нагретый при пайке металл от окисления.

Паяльный флюс не должен взаимодействовать с припоем, кроме флюсов для реактивно-флюсовой пайки. В зависимости от технологии, флюс может использоваться в виде жидкости, пасты или порошка. Существуют также паяльные пасты, содержащие частицы припоя вместе с флюсом; иногда трубка из припоя содержит внутри флюс-заполнитель. Остатки разных флюсов могут быть как диэлектриками, так и проводить электричество.

Примерами флюсов могут служить:

₄

соли, например, бура (тетраборат натрия, Na₂B₄O₇). — раствор кислоты в воде, от 85 % и менее с добавками присадок — применяется как активный кислотный флюс [2] — водный раствор хлорида цинка, активный флюс

Классификация [ править | править код ]

Согласно ГОСТ 19250-73 «Флюсы паяльные. Классификация», паяльные флюсы подразделяются по следующим признакам: [3]

по температурному интервалу активности:
- низкотемпературные (до 450 °C);
- высокотемпературные (свыше 450 °C);
- водные;
- неводные;
- низкотемпературные:
  - галогенидные;
  - боридно-углекислые;
  - защитные;
  - химического действия;
  - электрохимического действия;
  - реактивные;
  - твёрдые;
  - жидкие;
  - пастообразные.
  Флюсы для пайки припоями типа ПОС [ править | править код ]
  Флюсы для пайки чёрных металлов [ править | править код ]
  - Сильно-кислые флюсы («активные флюсы»)
  Флюсы для электротехники [ править | править код ]
  Основные требования к таким флюсам — низкий ток утечки и низкая коррозионная активность.
  Простейшие флюсы такого типа создают на основе канифоли — например, растворы канифоли в спирте — этаноле либо других спиртах или спирто-бензиновой смеси, они подходят только для меди. Также часто применяются кислотные флюсы — разнообразные кислоты и их соли, но в связи с большой кислотностью, необходимо промывать место пайки. Даже такой флюс, как глицерин, необходимо отмывать от печатной платы, так как он обладает хорошей гигроскопичностью, вследствие чего место пайки быстро окисляется. Исключением является канифоль и её спиртовые растворы из-за того, что она покрывает поверхность и является своеобразным нейтральным защитным покрытием.
  Флюсы для алюминиевых сплавов [ править | править код ]
  Хотя алюминиевые сплавы можно паять свинцово-оловянными припоями, лучшие результаты достигаются с многокомпонентными припоями, содержащими цинк, кадмий, висмут и другие металлы.
  Применяется «бинарный» флюс: концентрированная ортофосфорная кислота (часто называемая просто фосфорной) — до побеления, затем 20%-я эвтектика (50 мол.%, а.и. 8:11,5) NaOH—KOH в глицерине.
  Топ 3 лучших способа почистить плату после 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 водыиз 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.
  голоса
  Рейтинг статьи