ฟลักซ์แบบสะอาดเทียบกับฟลักซ์แบบไม่ต้องทำความสะอาด: สารตกค้าง การทำความสะอาด และความน่าเชื่อถือของแผงวงจรพิมพ์ (PCB)

ฟลักซ์คือสารเคมีที่ช่วยให้ตะกั่วบัดกรีไหลและยึดติดรอยต่อได้ดี และคำถามสำคัญในทางปฏิบัติคือ จำเป็นต้องล้างคราบฟลักซ์ออกหลังจากนั้นหรือไม่ ฟลักซ์แบบ "ไม่ต้องล้าง" ถูกออกแบบมาให้ทิ้งคราบที่ปลอดภัยซึ่งคุณสามารถปล่อยทิ้งไว้ได้ ในขณะที่ฟลักซ์แบบล้างได้จะทิ้งคราบที่คุณต้องกำจัดออก หากทำผิดพลาด คุณอาจเสี่ยงต่อการเสียขั้นตอนการทำความสะอาดโดยเปล่าประโยชน์ หรือที่แย่กว่านั้นคือ การกัดกร่อนและการรั่วซึมในชิ้นส่วนที่มีระยะห่างระหว่างขาแคบ คู่มือนี้จะอธิบายว่าฟลักซ์ทำหน้าที่อะไร การตัดสินใจว่าจะใช้ฟลักซ์แบบล้างได้หรือไม่ วิธีการกำจัดคราบฟลักซ์อย่างถูกต้อง และวิธีที่ Highleap Electronics ควบคุมฟลักซ์และความสะอาดในกระบวนการผลิต

1. น้ำยาประสานทำหน้าที่อะไรกันแน่?

น้ำยาประสานทำหน้าที่สามอย่าง: อย่างแรกคือ ขจัดชั้นออกไซด์ออกจากพื้นผิวโลหะด้วยกระบวนการทางเคมี อย่างที่สองคือ ป้องกันการเกิดออกไซด์ใหม่ระหว่างการบัดกรี และอย่างที่สามคือ ลดแรงตึงผิวเพื่อให้ตะกั่วหลอมเหลวไหลและเกาะติดกับรอยต่อได้อย่างเหมาะสม หากไม่มีน้ำยาประสาน ออกไซด์บนทองแดงและขาของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์จะขัดขวางการยึดติดของตะกั่ว ทำให้ได้รอยต่อที่ไม่สวยงาม เป็นก้อน หรือไม่เกาะติด ไม่ว่าหัวแร้งหรือเตาอบจะร้อนแค่ไหนก็ตาม

ฟลักซ์มีอยู่หลายรูปแบบในงานอิเล็กทรอนิกส์: เป็นส่วนประกอบหลักภายในลวดบัดกรี เป็นสารยึดเกาะในน้ำยาบัดกรี (หรือฟลักซ์แบบเดี่ยวๆ ) และเป็นของเหลวหรือเจลแยกต่างหากสำหรับงานซ่อมแซม ประเด็นสำคัญสำหรับส่วนที่เหลือของคู่มือนี้คือ ฟลักซ์มีฤทธิ์ทางเคมีโดยธรรมชาติ ฤทธิ์ทางเคมีนั้นเองที่ช่วยทำความสะอาดโลหะ แต่ก็เป็นสิ่งที่อาจทิ้งคราบตกค้างที่ต้องกำจัดออกหลังจากเสร็จสิ้นภารกิจแล้ว

2. ฟลักซ์แบบสะอาดกับฟลักซ์แบบไม่ต้องทำความสะอาด: แตกต่างกันอย่างไร?

ความแตกต่างอยู่ที่ว่าฟลักซ์แต่ละชนิดต้องการการกำจัดอย่างไรหลังการบัดกรี: ฟลักซ์แบบไม่ต้องทำความสะอาดจะทิ้งคราบเล็กน้อยที่ไม่เป็นอันตรายและมีความต้านทานสูง ซึ่งโดยปกติแล้วคุณสามารถปล่อยทิ้งไว้บนแผงวงจรได้ ในขณะที่ฟลักซ์แบบทำความสะอาดได้ (แบบละลายน้ำได้และแบบเรซิน/RMA หลายชนิด) จะทิ้งคราบที่คุณต้องกำจัดออก ชนิดของฟลักซ์จะเป็นตัวกำหนดทั้งประสิทธิภาพในการทำความสะอาดและลักษณะของคราบที่เหลืออยู่:

ฟลักซ์แบบไม่ต้องล้าง (No-clean) เป็นวิธีมาตรฐานในการผลิตสมัยใหม่ส่วนใหญ่ เพราะการข้ามขั้นตอนการล้างช่วยประหยัดขั้นตอนการผลิตและหลีกเลี่ยงการนำน้ำเข้าใกล้ชิ้นส่วนที่บอบบาง ส่วนฟลักซ์แบบละลายน้ำได้จะถูกเลือกใช้เมื่อต้องการการยึดเกาะที่แข็งแรงมาก และแน่นอนว่าจะต้องล้างแผงวงจร การเลือกใช้ฟลักซ์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางเคมีเพียงอย่างเดียว แต่ยังขึ้นอยู่กับกระบวนการทั้งหมดด้วย เช่น ระดับการทำงาน ของฟลักซ์บัดกรีชิ้นส่วนต่างๆ และว่าจะมีการเคลือบผิวตามมาหรือไม่

3. คุณจำเป็นต้องทำความสะอาดฟลักซ์แบบไม่ต้องทำความสะอาดออกจากแผงวงจรพิมพ์หรือไม่?

โดยปกติแล้วคุณไม่จำเป็นต้องทำความสะอาดฟลักซ์แบบไม่ต้องทำความสะอาด แต่มีข้อยกเว้นที่สำคัญ ได้แก่ การทำความสะอาดเมื่อแผงวงจรจะถูกเคลือบด้วยสารป้องกันความชื้น เมื่อต้องผ่านการทดสอบความสะอาดหรือความต้านทานสูง เมื่อระยะห่างระหว่างขาแคบหรือแรงดันสูงทำให้คราบตกค้างเป็นอันตราย หรือเพียงแค่เมื่อลูกค้าต้องการพื้นผิวที่ปราศจากคราบตกค้าง คราบตกค้างของฟลักซ์แบบไม่ต้องทำความสะอาดนั้นปลอดภัยที่จะปล่อยทิ้งไว้ก็ต่อเมื่อกระบวนการถูกต้องและคราบตกค้างนั้นแห้งสนิทแล้วเท่านั้น ฟลักซ์แบบไม่ต้องทำความสะอาดที่ได้รับความร้อนไม่เพียงพออาจทิ้งคราบตกค้างที่ยังไม่ทำปฏิกิริยาซึ่งไม่เป็นอันตรายได้

เหตุผลที่พบบ่อยที่สุดในการทำความสะอาดแผงวงจรแบบไม่ต้องทำความสะอาด (no-clean board) คือการเคลือบผิวในขั้นตอนถัดไป: การเคลือบแบบคอนฟอร์มอลมักยึดเกาะได้ไม่ดีกับคราบฟลักซ์ ดังนั้นจึงต้องทำความสะอาดแผงวงจรก่อน แม้ว่าฟลักซ์นั้นจะเป็นแบบ “ไม่ต้องทำความสะอาด” ก็ตาม ผลิตภัณฑ์ที่มีความน่าเชื่อถือสูง ผลิตภัณฑ์ที่มีจุดเชื่อมต่อความต้านทานสูง และแผงวงจรที่ต้องเผชิญกับความชื้น เป็นกรณีอื่นๆ ที่การกำจัดคราบตกค้างแม้เพียงเล็กน้อยก็เป็นทางเลือกที่ปลอดภัยกว่า เมื่อไม่แน่ใจ ปัจจัยที่ใช้ตัดสินใจคือ ระดับความน่าเชื่อถือ การเคลือบผิวในขั้นตอนถัดไป และข้อกำหนดด้านความสะอาดของลูกค้าเอง

4. วิธีทำความสะอาดคราบฟลักซ์ที่ตกค้างบนแผงวงจร

ทำความสะอาดคราบฟลักซ์ด้วยตัวทำละลายที่เหมาะสมกับชนิดของฟลักซ์ — น้ำปราศจากไอออน (มักมีสารทำให้เกิดสบู่) สำหรับฟลักซ์ที่ละลายน้ำได้ และน้ำยาขจัดฟลักซ์เกรดอิเล็กทรอนิกส์หรือไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์ (IPA) สำหรับฟลักซ์เรซินและคราบที่ไม่ต้องทำความสะอาด — โดยใช้แปรงทาแล้วปล่อยให้แห้งสนิท การใช้สารทำความสะอาดผิดประเภทเป็นความผิดพลาดที่พบบ่อย: IPA ไม่สามารถขจัดคราบที่ละลายน้ำได้หมด และน้ำเปล่าอย่างเดียวไม่สามารถขจัดเรซินได้ วิธีการทั่วไป:

• เลือกใช้น้ำยาทำความสะอาดให้เหมาะสมกับฟลักซ์ คราบตกค้างที่ละลายน้ำได้ต้องทำความสะอาดด้วยน้ำ ส่วนคราบเรซินและคราบตกค้างที่ไม่ต้องทำความสะอาดนั้น สามารถใช้สารกำจัดฟลักซ์โดยเฉพาะหรือไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์ (IPA) ที่มีความบริสุทธิ์สูงในการกำจัดได้
• คนเบาๆ แปรงขนนุ่มป้องกันไฟฟ้าสถิตจะช่วยขจัดคราบตกค้างจากใต้และรอบๆ ชิ้นส่วนต่างๆ หลีกเลี่ยงการใช้ของเหลวฉีดเข้าไปใต้ชิ้นส่วนที่ไม่สามารถทำให้แห้งได้
• แห้งสนิท น้ำยาทำความสะอาดที่ตกค้างอยู่ภายในแผงวงจรนั้นถือเป็นความเสี่ยงต่อความน่าเชื่อถือ ดังนั้นแผงวงจรจะต้องแห้งสนิท โดยเฉพาะอย่างยิ่งบริเวณชิ้นส่วนที่มีระยะห่างจากแผงวงจรน้อย
• ตรวจสอบดูว่ามันสำคัญหรือไม่ สำหรับงานที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง ควรตรวจสอบความสะอาดด้วยการทดสอบ แทนที่จะสันนิษฐานเอาเอง

ในโรงงาน การทำความสะอาดจะทำโดยใช้ระบบทำความสะอาดด้วยน้ำหรือตัวทำละลายแบบควบคุม แทนการทำด้วยมือ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการทำความสะอาดแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ในสายการผลิต จึงให้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอและตรวจสอบได้มากกว่าการทำความสะอาดบนโต๊ะทำงาน ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญเมื่อความน่าเชื่อถือของแผงวงจรขึ้นอยู่กับเรื่องนี้

5. จะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณทิ้งสารตกค้างจากฟลักซ์ที่ไม่ถูกต้องไว้

การทิ้งคราบฟลักซ์ที่ยังคงทำงานอยู่บนแผงวงจรอาจทำให้เกิดการเคลื่อนย้ายทางเคมีไฟฟ้า การเจริญเติบโตของเดนไดรต์ และการกัดกร่อน ซึ่งนำไปสู่กระแสไฟรั่ว ความผิดพลาดเป็นระยะ หรือการลัดวงจรหลายเดือนหลังจากที่แผงวงจรถูกส่งออกไป นี่คือลักษณะความล้มเหลวที่ทำให้ความสะอาดของฟลักซ์เป็นปัญหาด้านความน่าเชื่อถือมากกว่าปัญหาด้านความสวยงาม และนี่คือเหตุผลว่าทำไม "ไม่ต้องทำความสะอาด" จึงปลอดภัยก็ต่อเมื่อคราบฟลักซ์แห้งสนิทและไม่เป็นอันตรายเท่านั้น

กลไกนี้เป็นเรื่องทางเคมีที่ตรงไปตรงมา คราบฟลักซ์ที่ตกค้างนั้นมีคุณสมบัติเป็นตัวนำไฟฟ้าอ่อนๆ และมีประจุไอออน ภายใต้ความชื้นและแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายเข้าไป ไอออนโลหะจะเคลื่อนที่ข้ามช่องว่างระหว่างตัวนำและก่อตัวเป็นเส้นใยนำไฟฟ้าขนาดเล็กที่เรียกว่าเดนไดรต์ ซึ่งในที่สุดอาจเชื่อมต่อแผ่นตัวนำที่มีระยะห่างแคบและทำให้เกิดการลัดวงจร แม้ว่าจะไม่ถึงขั้นลัดวงจรอย่างรุนแรง คราบฟลักซ์ก็ลดความต้านทานฉนวนของพื้นผิว ทำให้เกิดการรั่วไหลซึ่งส่งผลเสียต่อจุดที่มีความต้านทานสูงและการอ่านค่าเซ็นเซอร์ ความเสี่ยงจะเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อระยะห่างแคบลง แรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น และสภาพแวดล้อมชื้นหรือมีการควบแน่น ซึ่งเป็นสภาวะที่แผงวงจรมีความไวต่อความเสียหายมากที่สุด ผลที่ตามมาในทางปฏิบัติสองประการคือ ต้องกำจัดคราบฟลักซ์ออกก่อนที่จะปิดผนึกแผงวงจรด้วยสารเคลือบป้องกันมิฉะนั้นจะกักคราบฟลักซ์ไว้กับวงจร และสำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีความน่าเชื่อถือสูง ความสะอาดจะได้รับการยืนยันโดยการทดสอบมากกว่าการสันนิษฐาน ความระมัดระวังเดียวกันนี้ยังขยายไปถึงการทำความสะอาดแผงวงจร ทั่วไป หลังจากการซ่อมแซมใดๆ ซึ่งฟลักซ์จากการบัดกรีด้วยมือเป็นสิ่งปนเปื้อนที่ซ่อนอยู่ทั่วไป

6. Highleap ควบคุมอัตราการไหลและความสะอาดในกระบวนการผลิตได้อย่างไร

Highleap ควบคุมฟลักซ์และความสะอาดเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการประกอบ โดยเลือกเคมีของฟลักซ์และวิธีการทำความสะอาดให้เหมาะสมกับระดับความน่าเชื่อถือของคุณและว่าจะมีการเคลือบผิวตามมาหรือไม่ ในสายการผลิตที่ไม่ต้องทำความสะอาด กระบวนการจะถูกปรับแต่งเพื่อให้สารตกค้างแห้งสนิทและไม่เป็นอันตราย ในกรณีที่ผลิตภัณฑ์ต้องการการทำความสะอาด การควบคุมการทำความสะอาดจะช่วยขจัดสารตกค้างและทำให้แผงวงจรแห้งอย่างเหมาะสม

สิ่งนี้สำคัญที่สุดเมื่อการประกอบชิ้นส่วนนำไปสู่การเคลือบผิวป้องกัน Highleap ผสานการประกอบ PCB แบบ SMTเข้ากับการเคลือบผิวป้องกันความชื้น ฝุ่น หรือสารเคมี โดยทำความสะอาดล่วงหน้าเพื่อให้สารเคลือบยึดเกาะได้ดี เนื่องจากปัญหาคราบตกค้างมักเกิดจากการเลือกขนาดและระยะห่างของชิ้นส่วน การตรวจสอบความสามารถในการผลิตก่อนการผลิตจึงมีความสำคัญเช่นกัน เมื่อคุณขอใบเสนอราคา โปรดแจ้งความต้องการฟลักซ์/ความสะอาด ว่าคุณต้องการการเคลือบผิวหรือไม่ และระดับความน่าเชื่อถือ เพื่อให้กระบวนการได้รับการตั้งค่าอย่างถูกต้องตั้งแต่เริ่มต้น

7. คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการทำความสะอาดฟลักซ์

สามารถบัดกรีโดยไม่ใช้ฟลักซ์ได้หรือไม่?

ในทางปฏิบัติแล้ว ไม่จำเป็น เพราะโลหะเปล่าจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันและตะกั่วบัดกรีจะไม่เกาะติดอย่างเหมาะสม คุณแทบจะไม่ต้องเติมฟลักซ์แยกต่างหากสำหรับงานพื้นฐานทั่วไป เพราะลวดบัดกรีมีฟลักซ์อยู่ภายในแกนอยู่แล้ว แต่สำหรับงานติดตั้งบนพื้นผิวและการซ่อมแซม มักจะยังคงต้องใช้ฟลักซ์เพิ่มเติมอยู่ดี

เศษฟลักซ์ที่เหลืออยู่สามารถนำไฟฟ้าได้หรือไม่?

คราบตกค้างที่แห้งสนิทแล้วโดยพื้นฐานแล้วจะไม่นำไฟฟ้าและมีความต้านทานสูง ซึ่งเป็นเหตุผลที่สามารถปล่อยทิ้งไว้ได้ ส่วนคราบตกค้างที่ยังไม่แห้งสนิทหรือแห้งสนิทบางส่วน และคราบตกค้างที่ละลายน้ำได้ จะนำไฟฟ้าได้เล็กน้อยและอาจทำให้เกิดการรั่วไหลหรือการกัดกร่อนหากไม่กำจัดออก

ฉันสามารถใช้ไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์ล้างคราบฟลักซ์ออกจากแผ่นวงจรพิมพ์ได้หรือไม่?

ใช่แล้ว สำหรับคราบเรซินและคราบตกค้างจากน้ำยาทำความสะอาดแบบไม่ต้องล้างออก แอลกอฮอล์ไอโซโพรพิลบริสุทธิ์สูง (90% ขึ้นไป) กับแปรงขัดจะใช้ได้ผลดี แต่จะไม่สามารถกำจัดฟลักซ์ที่ละลายน้ำได้หมดจด ซึ่งต้องใช้น้ำปราศจากไอออน ดังนั้นควรเลือกน้ำยาทำความสะอาดให้เหมาะสมกับชนิดของฟลักซ์

ทำไมจึงมีคราบสีขาวติดอยู่บนแผงวงจรหลังจากบัดกรีเสร็จ?

คราบสีขาวหรือคราบแข็งมักหมายความว่าฟลักซ์ร้อนเกินไป ใช้น้ำยาทำความสะอาดผิดประเภท หรือมีสารตกค้างที่ละลายน้ำได้และทำปฏิกิริยา ควรทำความสะอาดออก เนื่องจากอาจบ่งชี้ถึงสารตกค้างที่ยังคงทำปฏิกิริยาอยู่ ไม่ใช่ฟลักซ์ที่แข็งตัวแล้วซึ่งไม่เป็นอันตราย

น้ำยาประสานโลหะมีวันหมดอายุหรือไม่?

ใช่แล้ว ฟลักซ์และตะกั่วบัดกรีแบบมีฟลักซ์อยู่ภายในจะเสื่อมสภาพไปตามเวลา เนื่องจากสารเคมีที่ใช้กระตุ้นการหลอมละลายเสื่อมสภาพ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งตะกั่วบัดกรีแบบวางจะมีอายุการเก็บรักษาในตู้เย็นที่จำกัด ฟลักซ์เก่าจะเกาะติดพื้นผิวได้ไม่ดีและอาจทิ้งคราบที่ทำความสะอาดได้ยาก ดังนั้นจึงควรเปลี่ยนใหม่

ฟลักซ์แบบไม่ต้องทำความสะอาดปลอดภัยหรือไม่หากทิ้งไว้เป็นเวลานาน?

เมื่อกระบวนการถูกต้องและคราบตกค้างแห้งสนิทแล้ว ใช่แล้ว — มันถูกออกแบบมาให้คงอยู่ได้ตลอดไป ความเสี่ยงจะเกิดขึ้นเมื่อความร้อนไม่เพียงพอหรือมีคราบตกค้างมากเกินไป หรือในสภาวะที่มีแรงดันไฟฟ้าสูง ระยะห่างระหว่างขาแคบ หรือสภาวะชื้น ซึ่งการทำความสะอาดจะเป็นทางเลือกที่ปลอดภัยกว่า