Класифікація флюсів за стандартом IPC-J-STD-004B Ос

Основні функції флюсів

У процесі паяння флюси забезпечують:
• розчинення оксидів та сульфідів,
• захист паяних поверхонь від повторного окислення,
• Зниження поверхневого натягу припою.

Класифікація флюсів

Загальні вимоги, класифікація та методи випробування рідких флюсів наведені в стандарті IPC-J-STD-004B «Вимоги до флюсів для паяння». За стандартом IPC-J-STD-004B флюси поділяються на кілька основних типів (табл. 1).

Таблиця 1. Класифікація флюсів за стандартом IPC-J-STD-004B

¹ Флюси з вмістом галогенідів менше 0,05% можуть бути відомі як не містять галогенідів. Цей метод описує кількість галогенідів, що міститься в складі флюсу.
² Показник 0 і 1 означає відсутність або присутність галогенідів відповідно.

Стандарт IPC-J-STD-004B визначає позначення типу флюсу цифрами 0 або 1 для індикування відсутності або наявності галогенідів, при цьому концентрація галогенідів менше 0,05% приймається рівною 0,0%, тобто. їхня відсутність. Метод тестування на наявність або відсутність галогенідів описано у табл. 2.

Таблиця 2. Технічні вимоги щодо проведення випробувань з класифікації флюсів

¹ Цей метод визначає кількісний вміст галогенідів.
² Якщо друкована плата була зібрана із застосуванням безвідмивального флюсу і згодом відмита, то користувач повинен проконтролювати рівні поверхневого опору та електроміграції після відмивання.
³ Флюси з вмістом галогенідів у залишках після паяння на рівні нижче 0,05% можуть бути відомі як не містять галогеніди. Якщо флюс типу M0 або M1 після відмивання його залишків пройшов тест на поверхневий опір, але не пройшов цей тест без відмивання, залишки такого флюсу повинні бути завжди відмиті.
⁴ Флюси, розроблені як такі, що не потребують відмивання, повинні бути протестовані тільки без відмивання.

Флюси, що не потребують відмивання (NC)

Тип "No-Clean" (не вимагає змивки). Ця група спеціально створена для процесів, де немає можливості використовувати подальше відмивання плат або утруднена з якихось причин. Основна відмінність цієї групи полягає у вкрай малій кількості залишків флюсу на платі після закінчення процесу паяння.
До даного класу відносяться флюси з низьким вмістом твердих речовин, які зазвичай мають вміст твердих речовин не більше 5%. Флюси з низьким вмістом твердих речовин можуть мати різну основу: каніфольна (RO), синтетичні смоли (RE) або органічна (OR).
Флюси класу «No-Clean», з одного боку, повинні мати досить високу активність, щоб забезпечити видалення окисної плівки з поверхні контактних майданчиків і висновків компонентів. З іншого боку, після паяння вони повинні повністю втратити свою активність, не повинні, як і продукти їх взаємодії з металами, дисоціювати на іони, знижувати корозійну стійкість і надійність друкованого вузла.

Флюси на органічній основі (OR)

Органічні флюси виготовляються з урахуванням низькомолекулярних органічних кислот і розчинників, які, розчиняючи їх, створюють азеотропну суміш, тобто. випаровуються разом із ними. Внаслідок впливу високих температур у процесі паяння основна частина активної складової флюсу випаровується разом з розчинником. Головними перевагами даних флюсів є висока активність у поєднанні з практично непомітними залишками значно менше, ніж у каніфольних флюсів, а також повна інертність залишків флюсу після паяння хвилею. Залишки органічних флюсів легко видаляються у процесі відмивання. Недоліком таких флюсів є їхня низька температурна стійкість і стабільність, що означає вужче вікно технологічного процесу паяння.

Флюси на каніфольній (RO) та синтетичній (RE) основі

Чиста каніфоль і синтетичні смоли мають слабку активність, що флюсує, тому до складу таких флюсів вводять ретельно підібрані розчинники і активатори, які надають на них активуючий вплив за рахунок розриву їх хімічних зв'язків і утворення вільних функціональних груп (процес деполіконденсації). Після паяння при охолодженні відбувається зворотний процес: поліконденсація з утворенням зшитого полімеру, що має високий рівень електричних та експлуатаційних властивостей.

Особливості каніфольних флюсів (RO)

Каніфольні флюси мають підвищену температурну стабільність у процесі паяння, більш високий вміст твердих речовин у порівнянні з флюсами на органічній та синтетичній основі забезпечує меншу ймовірність утворення кульок і бурульок припою при пайці, крім того, каніфольні залишки флюсу досить легко видаляються в процесі відмивання. Проте перебіг процесів поліконденсації в каніфольних флюсах важко регульоване через природне походження каніфолі, тому їх залишки мають низьку механічну міцність і високу крихкість. Застосування каніфольних флюсів без подальшого відмивання залишків рекомендується для виробів РЕА, які експлуатуються у нормальних кліматичних умовах.

Особливості флюсів на синтетичній основі (RE)

У синтетичних флюсах використовуються фенольні, поліефірні та інші синтетичні смоли з фіксованим масово-молекулярним розподілом, що дозволяє регулювати процес активації та поліконденсації, і, отже, отримувати залишки із заданими властивостями (пластичність, механічна міцність, теплостійкість, вологостійкість та ін.). Зокрема, регулюючи процеси поліконденсації можна отримувати залишки флюсу з високою температурою плавлення більше 125°С, тобто. вище за максимальну температуру експлуатації друкованих плат. Це дозволяє виключити різке зниження електричних властивостей друкованого вузла в процесі експлуатації. Флюси даного класу дозволяють застосовувати захисні покриття без видалення залишків після паяння. Однак залишки таких флюсів будуть важко видалятися в процесі відмивання. Флюси, що не вимагають відмивання, забезпечують хорошу якість паяних з'єднань на різних поверхнях, у тому числі: Sn/Pb, Ni/Au, Ag/Pd, Ni/Pd та інші. Останнім часом більшість найбільших виробників електроніки використовують флюси, які не вимагають відмивання, з низьким вмістом твердих речовин, серед них такі гіганти, як: Apple Computer, Hewlett Packard, IBM, General Electric, Texas Instruments, Bosch, AT&T, Panasonic, Siemens, Philips , Ericsson, Nokia, LG, Alcatel, Motorola та багато інших. Економічні та екологічні переваги таких флюсів очевидні.

Ще раз про безвідмивальні флюси

Безвідмивальні флюси - флюси, що не вимагають відмивання після паяння. Флюс, що залишився на поверхні після паяння, не повинен сприяти протіканню корозійних процесів і погіршувати рівень електричних параметрів друкованої плати і всього друкованого вузла в цілому. Це важливо, т.к. при паянні за рахунок капілярного ефекту флюс затікає у вузький проміжок (до 50 мкм) між корпусом електронного компонента і друкованою платою. Відмивання у разі пов'язані з певними труднощами і додатковими економічними затратами. Рішення про відмивання друкованих плат у кожному конкретному випадку приймають технологи та розробники РЕА з урахуванням конструктивних особливостей друкованих вузлів, рівнем технологічного оснащення підприємства та умовами експлуатації РЕА. У більшості випадків при виготовленні побутової та промислової електроніки при використанні високоякісної паяльної пасти відмивання флюсу не потрібне. Однак, у разі необхідності видалення залишків флюсу, наприклад, при експлуатації виробів у жорстких кліматичних умовах, друковані вузли можуть бути ефективно відмиті від залишків флюсів після паяння із застосуванням рідин, що промивають.
Флюси, що не потребують відмивання, повинні відповідати таким вимогам:
не містити галогенів та інших сполук, які легко дисоціюють на іони, що знижують рівень електричних параметрів друкованої плати та сприяють виникненню корозії;
температура плавлення каніфолей і смол, що входять до складу флюсу, повинна бути вищою за максимальну температуру експлуатації РЕА. Це пов'язано з тим, що при переході зі склоподібного стану у в'язко-плинний відбувається різка зміна властивостей флюсу (опір ізоляції, діелектричної проникності, сорбційної активності тощо), що негативно впливають на функціональні характеристики РЕА, які можуть призвести до збоїв та відмов у процесі експлуатації.

Безвідмивальні флюси виготовляються з використанням безіонних органічних активаторів, що не містять галогенів (або їх процентний вміст не перевищує 0,5%, що допускається стандартами IPC), а також спеціальних модифікованих каніфолей або синтетичних смол з температурою плавлення 80-125°С.

Увага! Усі флюси, що містять неорганічні активатори, вимагають обов'язкового видалення залишків після паяння. Як правило, залишки таких флюсів легко змиваються водою.

Водозмивні флюси (Water Soluble)

Водозмивані флюси мають органічну основу (OR), а також містять широкий ряд різних активаторів і мають дуже високу активність. Водозмивані флюси застосовуються для паяння по нікелю, сталі та поверхнях з поганою паяльністю. Однак залишки таких флюсів мають високу корозійну активність, і вимагають обов'язкового видалення після паяння.

Зберігання

Оптимальні умови зберігання досягаються при температурі <20°З вологості <70%. Слід уникати зберігання флюсу за високих температур, морозу або під дощем. Перед використанням флюсу, що зберігався на морозі, слід мінімум 4 години витримати ємність з флюсом в теплому приміщенні і ретельно збовтати флюс.

Ручне паяння

Рідкі флюси можуть використовуватися для ручного паяння. Порядок роботи:

1. Нанесіть флюс за допомогою пензля в місця, що підлягають пайці.
2. Підсушіть плату, розчинник повинен випаруватися, інакше флюс кипітиме при пайці.
3. Паяння слід здійснювати паяльником при температурі 320 – 350°С, тривалість паяння 0,5 – 2 сек на одну паяну сполуку.

Однак при цьому не слід забувати, що залишки рідких флюсів після ручного паяння вимагають видалення на відміну від процесу паяння. Вимога видалення залишків викликана не повною термічною обробкою флюсів при ручному паянні, і, отже, лише частковим вигорянням активаторів. Якщо приймається рішення не видаляти залишки флюсів після ручного паяння, необхідно провести випробування на поверхневий опір ізоляції та корозію. Детально методи випробувань наведено у стандарті ІРС-ТМ-650.

Вибір типу флюсу

Перед початком серійного застосування нового типу флюсу рекомендується провести випробування на розтікання флюсу, корозійну дію залишків флюсу та зміну поверхневого опору ізоляції після паяння. Методи проведення випробувань наведено у стандарті ІРС-ТМ-650. При виборі типу флюсу слід керуватися вимогами стандарту IPC/ANSI-J-STD-004 «Вимоги до флюсів для паяння», а також враховувати:
• Конструктивні особливості та призначення електронної техніки;
• Вимоги замовника до зовнішнього вигляду виробів – відмивати або не відмивати залишки флюсу після паяння;
• Метод нанесення флюсу – піною чи розпорошенням;
• Необхідність вологозахисту та можливість застосування вологозахистних матеріалів без видалення залишків флюсу;
• Активність флюсу, достатню для забезпечення гарного очищення і змочування поверхонь, що паяються, припоєм. У процесі паяння подвійною хвилею припою під час проходження другої хвилі на платі має залишатися достатня кількість флюсу. Чим вище придатність до паяння компонентів та друкованих плат, тим менш активний флюс можна використовувати.