Довольно часто у производителей электроники возникает вопрос: возможно ли наносить конформное покрытие, если при пайке сборок применялась паста с флюсом, не требующим отмывки, и чем этом может грозить? Популярность этого вопроса особенно выросла в последнее время, когда производители ищут все новые и новые способы снизить расходы на производственные процессы.
Прежде всего следует отметить, что понятие «не требующий отмывки» не означает полное отсутствие подлежащих отмывке остатков на плате после пайки – это всего лишь означает уменьшенное содержание остатков по сравнению с флюсами с более высоким содержанием твердых частиц, а также то, что эти остатки являются, при соблюдении режимов нанесения и пайки, некоррозионными и непроводящими.
Остатки на плате после пайки флюсом, не требующим отмывки
Тем не менее, ряд производителей в рамках применения таких флюсов при нанесении конформных покрытий сталкивается с проблемами, которые можно разделить на две большие группы: высвобождение коррозионных остатков флюса и проблемы с адгезией.
Коррозионные остатки флюса
Практически все конформные покрытия не являются совершенно непроницаемыми для влаги, и со временем некоторое ее количество диффундирует к поверхности платы. Невысокая эффективность конформных покрытий бывает особенно характерна для изделий, функционирующих в условиях воздействий жидкой воды, в отличие от ее паров, в особенности если вода содержит ионные загрязнения.
Необходимо помнить, что гигроскопичные полярные остатки флюсов, не требующих отмывки, во время правильно проводимого цикла пайки инкапсулируются в прозрачный защитный полимер, который предохраняет их от высвобождения. Если режимы пайки нарушены, то эти оставшиеся свободными довольно активные остатки флюса будут поглощать влагу и провоцировать образование коррозии. Гораздо больший шанс на недостаточную полимеризацию имеют бессвинцовые техпроцессы вследствие своей повышенной температуры. Проверить правильность настройки режимов пайки, прежде всего предварительного нагрева, предлагается следующим образом: подвергнуть собранную плату с предполагаемыми остатками флюса в виде белого налета нагреву до температуры 130 – 150°С в течение 90 с. Если плата выйдет чистой, это будет свидетельствовать либо об избыточном количестве наносимого флюса, любо о неправильных параметрах предварительного нагрева.
Тем не менее, в общем случае, если остатки не требующих отмывки канифольных флюсов средней активности хорошо инкапсулированы, то, согласно ряду мнений экспертов, конформное покрытие по ним не оказывает существенного влияния на надежность сборок класса 2 по классификации IPC.
Ряд производителей сталкивается с появлением белого налета на платах после использования такого флюса. Этот налет чаще всего представляет собой неинкапсулированные соли металлов (те же самые остатки активаторов флюса). Помимо коррозионной опасности для чувствительных сборок эти остатки дополнительно провоцируют рост дендритов. Нанесение покрытия по такому налету в большинстве случаев не рекомендуется.
Адгезия
Многие компании, однако, не рекомендуют наносить покрытия на платы с флюсом, не требующим отмывки, главным образом из-за возможных проблем с адгезией. Канифольные остатки флюса могут способствовать распространению трещин и отслаивания покрытия при климатических воздействиях вследствие недостаточной адгезии и различиях в ТКР. То же самое относится и к остаткам активаторов флюсов – накапливая влагу, они неблагоприятно влияют на адгезию покрытия.
Остатки флюса, вызвавшие поднятие конформного покрытия
Отмечается необходимость тщательной проверки химической совместимости флюсов с материалами покрытий, так как содержащиеся в последних летучие органические соединения также могут повредить оболочку полимера, запечатывающего остатки флюса.
Испытания
Чтобы оценить возможное влияние остатков флюса на последующую адгезию конформного покрытия, необходимо провести испытания. К сожалению, промышленные стандарты не дают четкого определения совместимости материалов конформных покрытий и остатков безотмывных флюсов, что вынуждает производителей проводить собственные испытания и на их основе разрабатывать рекомендации и стандарты в рамках своего предприятия.
Помимо простого визуального исследования на отсутствие пузырей, трещин и прочих дефектов покрытия, часто для измерения силы адгезии проводят т.н. испытание клейкой лентой. Результатам такого испытания не всегда возможно доверять вследствие большой зависимости их от действий оператора в части параметров проведения испытания – в частности, силы, скорости и угла снятия ленты, а также зависимости от характеристик самой ленты – ширины и длины, силы прилипания, условий и срока хранения и пр. Ряд подобных испытаний стандартизованы (ASTM D 3359-02, IPC-TM-650, методы 2.4.28.1F и 2.4.26). Затем проводят испытания на электрическую надежность, измеряя удельное поверхностное сопротивление по стандарту IPC-TM-650 (для безотмывных флюсов – метод 2.6.3.3B, для конформных покрытий – 2.6.3.4A).
Отмывка
Если остатки безотмывных флюсов все же требуется отмывать, то необходимо помнить, что обычно такие флюсы труднорастворимы в деионизированной воде и отмывочных растворах на основе изопропилового спирта, так как их остатки специально не должны впитывать влагу. Белый налет, оставшийся после отмывки изопропиловым спиртом – главным образом, обезвоженный флюс, который может быть электропроводным и накапливать влагу. Рекомендуется применять омыляющую добавку (которая расщепляет нерастворимые эфиры канифоли до растворимых солей) при температуре 60° и ополаскивание деионизированной водой с присутствием большого количества пара низкого давления. Если отмывка выполняется, она должна быть полной и тщательной – в противном случае возможно высвобождение остатков из инкапсулирующего полимера со всеми описанными выше негативными последствиями.
Белый налет, оставшийся на плате после отмывки в растворе на основе изопропилового спирта
Заключение
Важно соотносить между собой сложность, стоимость конечного изделия, требования к его надежности и параметрам работы в части воздействий температуры и влажности, предполагаемый срок эксплуатации и затраты на дополнительный этап отмывки после пайки. Если для массового производства относительно простых изделий с невысокими требованиями к надежности отсутствие отмывки может оказаться оправданным, то для мелкосерийного изготовления сложных и высоконадежных изделий ответственного применения, эксплуатирующихся в жестких климатических условиях, отмывка остатков таких флюсов, скорее всего, должна производиться. Ряд экспертов отмечает, что остатки не требующего отмывки флюса всегда необходимо удалять с целью долговременного поддержания эксплуатационных характеристик изделия. Количество компаний, производящих отмывку безотмывных флюсов, постоянно растет, а сама такая отмывка становится стандартной практикой.
Список источников:
1. Choosing the Right Conformal Coating… The Facts & Myths. Pierce Pillon, Lab Manager, Techspray; Kevin Pawlowski, Senior Product Manager, Techspray. 25.06.2012. http://www.newark.com/pdfs/techarticles/ondemand-August2012/Coating-Whitepaper-062112.pdf
2. Conformal coating of printed circuit boards. J. F. Humphries, Electrolube http://www.electrolube.com/docs/articles7.asp
3. Compatibility of Conformal Coatings versus No-Clean Solder Paste Flux Residues: When To Clean? Christopher Nash, Indium Corp. 28.01.2011. http://blogs.indium.com/blog/indium-solder-paste/compatibility-of-conformal-coatings-versus-no-clean...
4. Problem With No Clean Solder Flux Residue. Expert's Panel Responses www.ipcoutlook.org/mart/50350D.shtml
5. Conformal coating on No-clean fluxes. INTERFLUX® Electronics N. V. http://www.interflux.com/sites/default/files/Conformal%20coatings%20on%20flux%20residue.pdf
6. Cleaning No-clean Fluxes Prior to Conformal Coating. EMPF Helpline. http://www.empf.org/empfasis/2010/feb10/help-210.html