Руководства по выбору и применению технологических материалов

РУКОВОДСТВА ПО ВЫБОРУ И ПРИМЕНЕНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Рекомендации по выбору жидких флюсов

Жидкие флюсы находят широкое применение в системах пайки волной и двойной волной припоя с применением технологии монтажа компонентов в отверстия и смешанного монтажа. Некоторые типы флюсов активно применяются для ручной пайки при ремонте и опытном производстве.

Основные типы флюсов

В процессе пайки флюсы обеспечивают растворение оксидов и сульфидов, защиту паяемых поверхностей от повторного окисления, снижение поверхностного натяжения припоя.

Общие требования, классификация и методы испытаний жидких флюсов приведены в стандарте IPC/ANSI-J-STD-004 («Требования к флюсам для пайки»).

По стандарту IPC/ANSI-J-STD-004 флюсы делятся на несколько основных типов:

В производстве электроники наибольшее применение находят следующие типы жидких флюсов:

1. Флюсы, не требующие отмывки (No Clean)

К данному классу относятся флюсы с низким содержанием твердых веществ, имеющих обычно содержание твердых веществ не более 5%. Флюсы с низким содержанием твердых веществ могут иметь разную основу: канифольную (RO), синтетические смолы (RE) или органическую (OR).

Что же такое флюсы, не требующие отмывки после пайки? С одной стороны, они должны обладать довольно высокой активностью, чтобы обеспечить удаление окисной пленки с поверхности контактных площадок и выводов компонентов. С другой стороны, после пайки они должны полностью потерять свою активность, не должны, также, как и продукты их взаимодействия с металлами, диссоциировать на ионы, снижать коррозионную стойкость и надежность печатного узла.

Предположение, что в процессе пайки все активные составляющие флюса полностью прореагируют при взаимодействии с окисной пленкой и металлом не правомерно, т.к. площадь контактных площадок не превышает 10% от всей поверхности платы. Может показаться, что оба этих свойства находятся в полном противоречии, т.к. при повышении активности флюса и улучшении паяемости должно происходить ухудшение диэлектрических свойств и коррозионной стойкости паяных соединений. Такое утверждение верно, если в качестве активаторов во флюсах используются неорганические вещества, содержащие галогены, а также, если флюс представляет собой смесь органических веществ, которые не взаимодействуют между собой, как при смешивании, так и в процессе пайки.

В безотмывочных флюсах фирмы используются различные композиции органических веществ (органические кислоты, канифоли, синтетические смолы, амины, хлорсодержащие органические соединения, различные растворители), которые интенсивно взаимодействующие между собой. Механизм такого взаимодействия для каждого типа флюса различен, но конечный результат один и тот же - высокая активность при пайке и пассивность после ее завершения.

Флюсы на органической основе

Органические флюсы изготавливаются на основе низкомолекулярных органических кислот и растворителей, которые, растворяя их, создают азеотропную смесь, т.е. испаряются вместе с ними. В результате воздействия высоких температур в процессе пайки основная часть активной составляющей флюса испаряется вместе с растворителем.

Главными преимуществами данных флюсов являются высокая активность в сочетании с практически незаметными остатками значительно меньше, чем у канифольных флюсов), а также полная инертность остатков флюса после пайки волной. Остатки органических флюсов легко удаляются в процессе отмывки.

Недостатком таких флюсов является их низкая температурная стойкость и стабильность, что означает более узкое окно технологического процесса пайки.

Флюсы на канифольной и синтетической основе

Чистая канифоль и синтетические смолы обладают слабой флюсующей активностью, поэтому в состав таких флюсов вводят тщательно подобранные растворители и активаторы, которые оказывают на них активирующее воздействие за счет разрыва их химических связей и образования свободных функциональных групп (процесс деполиконденсации).

После пайки при охлаждении происходит обратный процесс: поликонденсация с образованием сшитого полимера, обладающего высоким уровнем электрических и эксплуатационных свойств.

Особенности канифольных флюсов

Канифольные флюсы обладают повышенной температурной стабильностью в процессе пайки, более высокое содержание твердых веществ по сравнению с флюсами на органической и синтетической основе обеспечивает меньшую вероятность образования шариков и сосулек припоя при пайке, кроме того, канифольные остатки флюса достаточно легко удаляются в процессе отмывки.

Однако протекание процессов поликонденсации в канифольных флюсах трудно регулируемое из-за природного происхождения канифоли, поэтому их остатки имеют низкую механическую прочность и высокую хрупкость.

Применение канифольных флюсов без последующей отмывки остатков рекомендуется для изделий РЭА которые эксплуатируются в нормальных климатических условиях.

Особенности флюсов на синтетической основе

В синтетических флюсах используются фенольные, полиэфирные и другие синтетические смолы с фиксированным массово-молекулярным распределением, что позволяет регулировать процесс активации и поликонденсации, и, следовательно, получать остатки с заданными свойствами (пластичность, механическая прочность, теплостойкость, влагостойкостью и др.). В частности, регулируя процессы поликонденсаци можно получать остатки флюса с высокой температурой плавления более 125ºС, т.е выше максимальной температуры эксплуатации печатных плат. Это позволяет исключить резкое снижение (изменение) электрических свойств печатного узла в процессе эксплуатации.

Флюсы данного класса позволяют применять влагозащитные покрытия без удаления остатков после пайки. Однако остатки таких флюсов будут тяжело удаляться в процессе отмывки. Флюсы не требующие отмывки обеспечивают хорошее качество паяных соединений на различных поверхностях, в том числе: Sn/Pb, Ni/Au, Ag/Pd, Ni/Pd и других.

В последнее время большинство крупнейших производителей электроники используют флюсы, не требующие отмывки с низким содержанием твердых веществ среди них такие гиганты как: Apple Computer, Hewlett Packard, IBM, General Electric, Texas Instruments, Bosch, AT&T, Panasonic, Siemens, Philips, Ericsson, Nokia, LG, Alcatel, Motorolla и многие другие.

Экономические и экологические преимущества таких флюсов очевидны.

2. Водосмываемые флюсы (Water Soluble)

Водосмываемые флюсы имеют органическую основу (OR), а также содержат широкий ряд различных активаторов и обладают очень высокой активностью. Водосмываемые флюсы применяются для пайки по никелю, стали и поверхностям с плохой паяемостью. Однако остатки таких флюсов обладают высокой коррозионной активностью, и требуют обязательного удаления после пайки.

Хранение

Оптимальные условия хранения достигаются при температуре <20°С и влажности <70%. Следует избегать хранения флюса при высоких температурах, морозе или под дождем. Перед использованием флюса, хранившегося на морозе следует минимум 4 часа выдержать емкость с флюсом в теплом помещении и тщательно взболтать флюс.

Ручная пайка Жидкие флюсы могут использоваться для ручной пайки.

Рекомендации по применению

Перед началом сборки в случае необходимости рекомендуется обеспечить предварительную очистку печатных плат. Ионные загрязнения на печатной плате не должны превышать 5 х 10-7 г/см2.

Температура

Нанесение флюса рекомендуется осуществлять при температуре окружающей среды 18 - 25°С.

Параметры конвейера

Угол наклона конвейера рекомендуется устанавливать в пределах 5 - 9° оптимальный угол наклона, обеспечивающий стекание избытка припоя и препятствующий образованию перемычек и сосулек припоя, составляет 7°.

Скорость конвейера выставляется с учетом конструкции, ритма работы всей производственной линии, температуры предварительного нагрева и времени контакта печатной платы с волной припоя. В общем случае для обеспечения хорошего качества пайки рекомендуется выставлять скорость в пределах 90 – 130 см/мин.

Очистка оборудования

Перед сменой флюса произведите очистку оборудования: ванну для флюса, пенные или распылительные флюсователи, устройство контроля плотности флюса, пальцы, паллеты, поддоны с помощью рекомендуемого растворителя. Если после начала работы флюс изменил оттенок цвета, значит очистка оборудования была произведена плохо и произошло загрязнение флюса материалами, которые использовались раньше или другими загрязнениями.

Требования к воздуху

Сжатый воздух, используемый в системе флюсования, должен быть очищен от частиц воды и масла, и иметь контролируемую температуру.

Методы флюсования

Нанесение флюса обычно осуществляется методом пенного флюсования или распылением.

Достоинства флюсования методом распыления Метод распыления является предпочтительным для получения наилучших результатов:

1. Снижается количество остатков после пайки
2. Точный контроль толщины флюса покрывающего печатную плату (от 1 до 2 мкм)
3. Снижение расхода флюса
4. Сокращение расхода растворителя
5. Флюс не капает в зоне предварительного нагрева.

Нанесение флюса методом распыления

Перед началом работы произведите осмотр сопел флюсователя на просвет, сопла должны быть чистыми. Если установить давление слишком низким капли флюса становятся больше и имеют нестабильную форму. В свою очередь, чрезмерно высокое давление может приводить к отражению флюса от печатной платы, большему расходу флюса, загрязнению печатных плат и оборудования.

Проверьте количество флюса, нанесенного на печатную плату. Флюс должен покрывать всю поверхность равномерным слоем. В случае наличия «сухих» полос или пятен, следует немного увеличить давление и повторить эксперимент.

Если проблема не устраняется путем незначительного увеличения давления, корректировку параметров процесса флюсования следует осуществлять в комбинации с изменением других параметров: скорости конвейера и скорости нанесения (перемещения сопел флюсователя).

Никогда не изменяйте сразу больше одного параметра. Фиксируйте все изменения параметров процесса флюсования.

В случае применения флюсов с высокой плотностью, таких как VOC-free (флюсы на водной основе) давление распыления следует увеличить на 10 – 20% по сравнению с флюсами на спиртовой основе.

Метод пенного флюсования

Для нанесения флюса методом пенного флюсования рекомендуется применять трубчатые фильтры, которые образуют мелкопузырчатую пену, обеспечивающую улучшенное смачивание, особенно при сквозной металлизации, по сравнению с обычной пемзой.

Кроме того, такие фильтры обладают повышенной надежностью, меньше забиваются и даже выход из строя одного из элементов не ведет к нарушению производственного процесса.

При замене одного типа флюса на другой следует произвести замену флюсующего камня.

Оптимальные размеры пор камня составляют 3 – 10 мкм. Перед установкой камень необходимо вымыть в растворителе.

Заполните флюсователь до максимального уровня. Верхняя часть флюсующего камня должна находится на глубине не более 4 см ниже поверхности флюса. Начинайте работу с минимального давления, постепенно увеличивая давление, добейтесь стабильной и качественной формы пены. Конкретная величина давления зависит от конструкции системы пайки.

Отрегулируйте расстояние между пеной и печатной платой. Оптимальные условия нанесения флюса обычно достигаются при высоте пенны не более 2 см. Следует исключить затекание флюса на верхнюю сторону печатной платы.

Просмотров: 1184

Дата: Понедельник, 14 Августа 2017