Очистка печатных плат после пайки: остатки и методы.

Очистка печатной платы необходима для удаления остатков флюса, ионных загрязнений и частиц, которые могут вызывать коррозию, токи утечки и долговременные сбои в работе. Очистка печатной платы наиболее важна перед нанесением защитного покрытия, на платах с высокой надежностью и высоким импедансом, а также под компонентами с малым шагом выводов, где скапливаются остатки. Не каждая плата нуждается в очистке, современные процессы, не требующие очистки, разработаны таким образом, чтобы оставлять безвредные остатки, но знание того, когда и как проводить очистку, имеет важное значение для создания долговечных плат. В этом руководстве объясняется, что делают остатки, когда требуется очистка, распространенные методы и как проверяется чистота.

Что удаляется при очистке печатных плат?

Очистка — это удаление технологических остатков, оставшихся на плате после пайки, в основном остатков флюса, а также ионных загрязнений, масел, используемых при работе, и твердых частиц.

Откуда берутся остатки

Флюс необходим для пайки: он очищает металл, обеспечивая смачивание припоя, но при этом оставляет осадок. В зависимости от химического состава флюса, этот осадок может представлять собой как безобидную пленку, так и активное гигроскопическое вещество, притягивающее влагу и способное вызывать коррозию. Добавьте к этому отпечатки пальцев, пыль и соли от прикосновений, и готовая плата может содержать невидимые, но имеющие важное электрическое значение загрязнения.

Уборка как целенаправленный шаг

Решение о необходимости очистки принимается индивидуально, а не принимается задним числом, и зависит от используемого флюса, требований к надежности изделия и от того, будет ли плата покрыта защитным слоем. На производственной линии очистка интегрирована в процесс сборки печатных плат , при этом метод подбирается в соответствии с используемым флюсом и требованиями к приемке.

Почему остаточный поток является проблемой

Остатки загрязнений – это не просто косметический дефект. Неправильные остатки, оставленные не в том месте, приводят к реальным электрическим и механическим поломкам.

Наиболее коварным из них является электрохимическая миграция: под воздействием напряжения и влаги ионное загрязнение позволяет проводящим дендритам расти между соседними проводниками до тех пор, пока не произойдет короткое замыкание. Поскольку это явление развивается со временем, плата может пройти заводскую проверку, но выйти из строя через несколько месяцев в процессе эксплуатации. Измеримым предшественником является снижение поверхностного сопротивления изоляции из-за ионных отложений, поэтому чистота имеет первостепенное значение при производстве печатных плат с высокими требованиями к качеству.

Флюс, не требующий очистки: нужно ли все равно проводить очистку?

В современной сборке часто используется флюс, не требующий очистки, что поднимает вполне резонный вопрос: если он не требует очистки, зачем вообще его чистить?

Флюс, не требующий очистки, разработан таким образом, чтобы оставлять минимальный, по сути, некоррозионный остаток, который безопасен для использования на плате во многих областях применения. В случае со многими коммерческими электронными устройствами именно это и происходит: плата не очищается, и это нормально. Маркировка соответствует действительности в рамках предполагаемого использования.

Суть в том, что термин «без очистки» предполагает, что остатки остаются нетронутыми, и применение материала это допускает. Если же поверх них нанести защитное покрытие, смешать с другим флюсом или создать высоконадежную схему с высоким импедансом, остатки все равно могут стать проблемой. В таких случаях даже плату, не требующую очистки, следует очистить. Распространенная ошибка – воспринимать «без очистки» как «никогда не очищать».

Потребности в очистке в зависимости от типа флюса

Наиболее важным фактором, определяющим необходимость очистки платы, является используемый припой.

Наиболее наглядный пример — водорастворимый флюс: его остатки агрессивны и всегда должны удаляться с помощью очистки на водной основе. Канифольные флюсы оставляют осадок, который часто требует очистки, особенно более активированные марки. Исключением являются флюсы, не требующие очистки, которые обычно можно оставить в пределах их предполагаемого применения. Сначала определите тип флюса, а затем подберите к нему этап очистки во время контролируемой сборки печатной платы.

Когда требуется очистка печатной платы

В ряде ситуаций решение однозначно склоняется в пользу очистки, независимо от типа флюса.

• Перед нанесением защитного покрытия. Покрытие должно прочно сцепляться с чистой поверхностью, иначе оно может задерживать загрязнения под собой.
• Высоконадежная продукция. В медицинской, аэрокосмической, автомобильной и других отраслях, связанных с безопасностью, а также в других сферах, относящихся к 3-му классу, обычно требуется уборка и проверка чистоты.
• Детали с малым шагом выводов и низким зазором. Остатки загрязнений трудно удалить из-под плотно расположенных или малозаметных компонентов, поэтому к этому вопросу необходимо подходить целенаправленно.
• Цепи с высоким импедансом или высоким напряжением. Здесь важны мельчайшие токи утечки, поэтому чистота поверхности имеет решающее значение, в том числе и на чувствительных аналоговых устройствах. высокоскоростные конструкции.
• Смешанные флюсовые химические составы. Сочетание флюсов может приводить к образованию остатков, обладающих коррозионными свойствами, даже если каждый из них по отдельности не является таковым.

Эти факторы лучше всего выявлять на ранних стадиях. Анализ конструкции и технологического процесса может выявить необходимость нанесения покрытия или критически важную для чистоты схему еще до начала изготовления платы, что позволит спланировать правильный этап очистки, а не обнаружить его позже.

Сравнение методов очистки печатных плат

Существует несколько проверенных способов очистки доски, каждый из которых подходит для определенных загрязнений и объемов.

Для очистки поверхностей на рабочем столе для большинства задач достаточно изопропилового спирта и щетки. В производстве система промывки на водной основе с правильным ополаскиванием и сушкой обеспечивает стабильные результаты в рамках всей партии. После любой очистки на водной основе плату необходимо полностью высушить, поскольку скопившаяся влага сама по себе представляет риск для надежности. Метод должен соответствовать химическому составу флюса: например, для водорастворимых флюсов требуется очистка на водной основе.

Как проверить чистоту печатной платы

На досках, где чистота имеет значение, вы не просто чистите, вы проверяете. Существует несколько стандартизированных тестов, позволяющих количественно оценить реальную чистоту доски.

• Тестирование на ионное загрязнение. Измеряет общее количество ионных остатков на плате, что является быстрым индикатором общей чистоты.
• Ионная хроматография. Позволяет идентифицировать и количественно определить конкретные ионные соединения для получения подробной картины.
• Сопротивление поверхностной изоляции (SIR). Проверяет, сохраняет ли поверхность свои теплоизоляционные свойства при воздействии тепла и влажности, а также выявляет признаки разрушения отложений.

Эти процедуры описаны в руководстве по методам испытаний IPC, а допустимые пределы установлены стандартом пайки или вашей собственной спецификацией. Использование определенного метода означает, что результат проверки чистоты, полученный в одной лаборатории, сопоставим с результатом, полученным в другой, — тот же принцип стандартизированного тестирования, который лежит в основе качества в производстве печатных плат.

Очистка печатных плат на рабочем столе и в процессе производства.

Способ уборки во многом зависит от масштаба проблемы.

• На скамейке запасных: Для ремонта и изготовления прототипов используются изопропиловый спирт, кисть, тщательная сушка и визуальный осмотр.
• В производстве: Этап очистки интегрирован и контролируется, с использованием одинаковых химических реагентов, ополаскивания, сушки и проверки.

По мере роста объемов производства подход к нему приобретает все большее значение, поскольку чистота должна быть повторяемой на каждой плате, а не только на той, что находится перед вами. Эта стабильность является частью надежной крупносерийной сборки , где контролируемый процесс очистки и проверки обеспечивает стабильную надежность от первой платы до последней. Для плат с высоким тепловыделением, таких как платы с металлическим сердечником , также соблюдаются те же правила чистоты.

Обсудите требования к чистоте.

Очистка печатной платы защищает ее от коррозии, протечек и сбоев, связанных с миграцией флюса, особенно важна перед нанесением покрытия и для высоконадежных плат, и подтверждается стандартизированными тестами на чистоту. Подберите метод очистки в соответствии с используемым флюсом, проводите очистку, когда этого требует применение, и проверяйте результат, когда важна надежность. Вы можете узнать больше о компании Highleap Electronics и наших процессах сборки и очистки.

Часто задаваемые вопросы

Зачем вообще нужно чистить печатную плату?

Для удаления остатков флюса и ионных загрязнений, которые могут вызывать коррозию меди, снижать изоляцию поверхности и со временем приводить к утечкам или коротким замыканиям, вызванным образованием дендритов, необходима очистка. Также перед нанесением конформного покрытия, которое не обеспечит надежного сцепления с загрязненной поверхностью, необходима очистка. Необходимость очистки зависит от флюса, области применения и требований к надежности.

Если я использую флюс, не требующий очистки, нужно ли мне все равно его очищать?

Часто это не так, поскольку остатки, не требующие очистки, разработаны таким образом, чтобы быть безвредными и оставаться на месте при использовании многих коммерческих продуктов. Но все же следует проводить очистку перед нанесением защитного покрытия, на платах с высокой надежностью или высоким импедансом, а также при смешивании флюсов. Термин «не требующий очистки» подразумевает, что остатки остаются нетронутыми, и применение материала это допускает.

Какие проблемы вызывают остатки флюса?

Активные или гигроскопичные остатки могут вызывать коррозию меди и проводников, снижать сопротивление изоляции поверхности, а под воздействием напряжения и влажности вызывать электрохимическую миграцию, приводящую к росту проводящих дендритов и короткому замыканию проводников. Поскольку эти процессы развиваются со временем, загрязненная плата может сначала пройти проверку, но впоследствии выйти из строя в процессе эксплуатации.

Какие существуют распространенные способы очистки печатной платы?

Для очистки используется деионизированная вода с омыляющим агентом, растворитель, например изопропиловый спирт, системы промывки водой в режиме реального времени или порционно, а также ультразвуковая очистка. При ремонте на верстаке обычно используется изопропиловый спирт и щетка; в производстве применяются системы контролируемой промывки. После любой очистки на водной основе плату необходимо полностью высушить, чтобы избежать скопления влаги.

В каких случаях уборка абсолютно необходима?

Перед нанесением защитного покрытия, на изделиях с высокой надежностью (класс 3), под деталями с малым шагом выводов или небольшим расстоянием от них, где задерживаются остатки покрытия, на цепях с высоким импедансом или высоким напряжением, где важна утечка тока, а также всякий раз, когда смешиваются различные химические составы флюсов. В этих случаях очистку следует планировать в рамках процесса, а не пропускать.

Как проверить, чистая ли плата?

Применяются стандартизированные методы испытаний: тестирование на ионное загрязнение для общей оценки, ионная хроматография для идентификации конкретных веществ и определение сопротивления изоляции поверхности для подтверждения того, что поверхность сохраняет свои изоляционные свойства при воздействии тепла и влажности. Для этих методов используются определенные протоколы испытаний с допустимыми пределами, установленными стандартом пайки или спецификацией заказчика.

Может ли ультразвуковая очистка повредить компоненты?

Это средство может повредить чувствительные компоненты и тонкие внутренние провода, поэтому его следует использовать с осторожностью, и оно подходит не для всех сборок. Оно очень эффективно удаляет остатки, но компоненты на плате должны быть к нему пригодны. В случае сомнений, более щадящим методом будет промывка водой или растворителем.

Влияет ли тип флюса на необходимость проведения чистки?

В основном да. Водорастворимые (органические кислоты) флюсы оставляют агрессивный осадок, который всегда необходимо удалять с помощью очистки на водной основе. Канифольные флюсы, особенно активированные, обычно тоже нуждаются в очистке. Флюсы, не требующие очистки, как правило, могут оставаться на месте в течение всего срока службы. Сначала определите тип флюса, а затем подберите к нему соответствующий метод очистки.

Что произойдёт, если я покрою доску защитным составом, не очистив её предварительно?

Защитное покрытие может плохо прилипать и задерживать остатки на плате, где они продолжают притягивать влагу и вызывать коррозию. В результате может ухудшиться качество покрытия и возникнуть проблемы с надежностью, которые будет трудно исправить позже. Очистка перед нанесением покрытия — одна из важнейших причин, по которой вообще необходимо проводить очистку.

Важнее ли проводить чистку древесностружечных плит высокой плотности?

Да. Детали с малым шагом выводов и небольшим зазором оставляют мало места, поэтому остатки материала скапливаются под ними, где их трудно удалить, и вблизи плотно расположенных проводников. На платах с высокой плотностью размещения компонентов или высоким импедансом, таких как платы для высокоскоростных и ВЧ-систем, эти скопившиеся остатки с большей вероятностью могут вызвать утечку или миграцию, поэтому тщательная очистка и проверка имеют большее значение.