Чем смыть канифоль после пайки плат: средства и рекомендации

Для обеспечения наилучшей работоспособности и уменьшения отказов печатных узлов, а также для качественного последующего нанесения влагозащитных покрытий необходимо производить очистку поверхностей печатных узлов от всех типов загрязнений (рис.1).

Рис. 1

Под отмывкой печатных плат после пайки подразумевают удаление остатков флюса с поверхности печатных узлов и электронных компонентов. Тип флюса в составе пасты определяет ее активность, необходимость отмывки и способы отмывки. Каждая группа флюсов включает несколько уровней активности, с границами, определяемыми соответствующими тестами. Выделяют три категории флюсов по методу удаления их остатков:

1. Канифольные флюсы (рис.2).  Изготавливаются на основе очищенной натуральной смолы, добываемой из древесины сосны (55-65%). Внутри группы по степени активности флюсы делятся на:

а) неактивированные (Rosin, R);
б) среднеактивированные (Rosin mildly activated, RMA);
в) активированные слабокоррозионные (Rosin activated, RA).

Канифольные флюсы группы R имеют самую низкую активность среди вышеперечисленных. Содержат канифоль и растворитель. Данные флюсы подходят только для чистых и легко поддающихся пайке поверхностей. Остаток флюса группы R твердый, некоррозионный, нетокопроводный и может не удаляться с большинства изделий. Остаток может быть удален при помощи соответствующего растворителя.

Рис.2. Канифольный флюс AIM RMA 202-25

Наибольшее распространение получили флюсы средней активности (RMA), состоящие из канифоли, растворителя и небольшого количества активатора. Большинство флюсов RMA имеют достаточно низкую активность и наилучшим образом подходят для легко паяемых поверхностей. Обладают достаточной очищающей способностью, обеспечивают хорошее смачивание и растекаемость припоя. Такие флюсы явились предшественниками материалов, не требующих отмывки. Тем не менее, они могут быть коррозионными, поэтому рекомендуется проводить отмывку изделий после пайки (растворителями либо водными мыльными растворами). Остаток флюсов RMA прозрачный и мягкий. Если остаток флюса RMA необходимо смыть, то отмывка производится соответствующим растворителем.

RA-флюсы используются достаточно редко вследствие своей высокой активности, преимущественно для пайки подвергшихся сильному окислению поверхностей. Состоят из канифоли, растворителя и агрессивных активаторов. Остатки флюса RA считаются коррозионными и должны быть очищены незамедлительно после оплавления органическими растворителями на основе спирта.

Рис.3. Водосмываемый флюс Hydro X20

2. Водосмываемые флюсы (Water soluble), изготовленные на основе органических кислот (иначе называемые organic acid, OA), гелеобразующей добавки и растворителя (рис.3). Флюс WS производится с широким диапазоном уровней активности – от нейтральной до чрезвычайно высокой активности, что позволяет использовать данный флюс для пайки даже самых трудно паяемых поверхностей, таких как нержавеющая сталь. Ввиду того, что флюс WS может иметь различную активность, необходимо учитывать данные спецификации флюса касательно коррозии и токопроводности. Обеспечивают хорошие результаты пайки благодаря своей высокой активности, однако требуют обязательной отмывки горячей деионизированной водой (55–65°С).

3. Безотмывные флюсы, не требующие отмывки (No-clean, NC), изготавливаемые на основе натуральных и синтетических смол. Имеют в составе меньше смол, чем RMA-флюсы (35-45%), Как правило, флюсы NC имеют низкую или среднюю активность и предназначены для легко паяемых поверхностей. Процент твердых остатков No-clean флюсов сведен к минимуму и составляет менее 2 %. Отмывка при использовании таких флюсов не является обязательной. Предполагается, что остаток можно не смывать в большинстве случаев. Если отмывка все же необходима, то проводится с применением тех же материалов, что и для RMA-флюсов. Некоторые, но не все, флюсы NC отмываются сложнее, чем флюсы RMA (рис.4).

Рис. 4. Безотмывный флюс Multocore MFR 301

Иной раз на упаковке или в инструкции к флюсам можно встретить заявления, что флюс производства какой-либо компании очень высококачественный и вовсе не требует промывки после пайки, так как не обладает коррозионной активностью и не электропроводен. Но как правило это полный вымысел, доказательством того служат многочисленные сообщения, что после использования того или иного вида флюса после пайки появляются такие огромные утечки, что электроника просто отказывается работать. Иногда производители флюса или паяльной пасты честно пишут, что их продукт должен быть смыт с печатной платы не позднее нескольких часов после нанесения. Если этого не сделать, то впоследствии, даже нормально промытая печатная плата может получить такие неустранимые токи утечки, которые крайне негативно скажутся на работе электронного устройства. Понятно, что после нанесения любого флюса, необходимо как можно быстрее выполнить пайку и качественную промывку, дабы не экспериментировать с качеством выпускаемой продукции.

В большинстве случаев хочется сделать быструю промывку печатной платы после ручного монтажа, не прибегая к помощи струйных промывочных машин или ультразвуковых ванн. Как правило, вполне можно обойтись подручными средствами, не снижая качество промывки печатной платы.

Для промывки плат после монтажа с паяльной пастой на основе вазелинового масла можно применять бензин «Галоша» (НЕФРАС С2-80/120). Бензин фактически растворяет вазелиновое масло. Разумеется, следует учитывать, что при такой промывке, если количество используемого бензина невелико, получается заметная жирная пленка на поверхности платы, которая будет обладать некоторой электропроводностью, с уровнем утечки, выше допустимого для многих устройств, что может привести даже к выходу их из строя. Во избежание указанных проблем следует делать промывку два или три раза, каждый раз заменяя бензин. При первой промывке печатной платы, следует дать ей полежать в бензине от 10-ти до 50-ти минут для лучшего растворения флюса в труднодоступных местах, периодически необходимо покачивать ванночку, чтобы бензин омывал печатную плату. Для компонентов SMD время увеличивается до 50 минут в зависимости от того, насколько сложно будет проникать бензин под напаянные детали. Для печатных плат, содержащих только выводные детали, достаточно 10 минут для первой промывки. Две оставшиеся промывки могут быть от 1-й до 10-ти минут (опять же в зависимости от типа установленных деталей) с интенсивным обмыванием платы с помощью покачивания ванночки.

Для промывки печатных плат после монтажа с флюсом из чистой канифоли следует применять изопропиловый спирт (изопропанол) 98%. Технология промывки полностью аналогична описанной выше технологии, применяемой для промывки плат после монтажа с паяльной пастой на основе вазелинового масла.

Получить заметно лучший результат промывки печатных плат можно, используя универсальную спирто-бензиновою смесь (СБС), которую также следует применять после пайки комбинированными пастами, содержащими одновременно жир и канифоль. Спирто-бензиновая смесь (СБС) готовится в пропорции 50% спирта и 50% бензина. Это основной, универсальный раствор для промывки печатных плат после любых флюсов. Однако не следует такой способ промывки и раствор считать оптимальным выбором вообще, они хороши лишь своей простотой, но на этом их достоинства можно считать исчерпанными.
При проведении обезжиривания в ваннах окунанием необходимо учитывать, что растворяющая способность подобного вида растворов заметно снижается при содержании в обезжиривающем составе более 0,7 % масел.

Недостатком ручного способа промывки также является горючесть, поэтому необходимо строго соблюдать технику обращения с легковоспламеняемыми веществами.

После завершения промывки печатных плат необходимо выполнить их ополаскивание в дистиллированной воде. Возможно использование воды, фильтрованной через промышленную или бытовую систему обратного осмоса. Если ни один из этих вариантов недоступен, можно использовать воду, пропущенную через обычный бытовой фильтр для питьевой воды, но в этом случае возможно образование белых пятен на платах после их высыхания, так как вода будет не полностью стекать с печатных плат при сушке.

Конечно, описанными методами полностью отмыть с контактных площадок вазелиновый или канифольный флюс под такими SMD-компонентами, как корпуса BGA, QFN и подобные, практически невозможно. Во всяком случае, это будет весьма затруднительно и при таких методах промывки нельзя гарантировать нормальный результат. Для этих целей следует использовать ультразвуковую ванну и соответствующие растворы.

Один из наиболее распространенных методов отмывки — с помощью ультразвука;кроме того, отмывка в ультразвуке обеспечивает более быстрое растворение методами агитационных воздействий (рис.5, 6). При выборе оптимального поверхностных загрязнений по сравнению с другими процесса ультразвуковой отмывки возникает вопрос: какова должна быть мощность или частота ультразвуковых колебаний?

Результаты испытаний показывают, что частота 35-40 кГц является оптимальной для большинства случаев. Были проведены следующие испытания по удалению различных остатков для определения мощности ультразвука при отмывке печатных узлов:

• остатки флюсов паяльных паст;
• удаление шариков припоя;
• пленочные загрязнения;
• солевые загрязнения.

Испытания проводились при тестовых частотах 25, 35, 45 и 135 кГц и акустических колебаниях 60, 80 и 100%. Влияние на результаты оказывают: энергия, концентрация промывочной жидкости, совместимость материалов и температура.

Рис. 5. Отмывка печатных узлов с помощью ультразвука

При удалении остатков флюса концентрация промывочной жидкости является наиболее важным фактором; второй по значимости — температура. Частота также оказывает существенное воздействие. Низкие частоты в пределах 20-30 кГц способствуют быстрому растворению загрязнений и не вызывают повреждения изделий, а сверхнизкие частоты (меньше 20 кГц) могут приводить к появлению проблем. Тем не менее для большинства процессов отмывки предпочтительной является частота в диапазоне от 35 до 45 кГц. Частоты в этом диапазоне гарантируют наиболее быстрое и эффективное растворение загрязнений, особенно под корпусами компонентов.

Время отмывки обычно составляет от 3 до 15 мин и зависит от типа оборудования, степени полимеризации остатков флюса, типа, мощности и времени агитационного воздействия, а также типа промывочной жидкости.

При промывке в ультразвуке следует придерживаться важных правил:
1. Применять промывочную жидкость следует в рекомендуемой по инструкции концентрации. Уменьшение концентрации относительно рекомендуемых значений приводит к значительному ухудшению результатов отмывки.

2. При подготовке моющего раствора путем разведения концентрата промывочной жидкости следует использовать деионизованную воду. Применение обычной водопроводной воды может снизить эффективность и срок жизни промывочной жидкости.

3. Любые остатки флюсов склонны к «стеклованию» при воздействии высоких температур пайки (свыше 250 °С) и длительного времени между процессами пайки и отмывки (2-3 суток). Для улучшения качества отмывки рекомендуется минимизировать время между процессами пайки и отмывки (предпочтительно производить отмывку в течение 10-50 мин после пайки, максимальное время выдержки не должно превышать 2-3 часов).

4. Постоянно контролировать степень загрязнения моющего раствора. Для успешной отмывки необходимо поддерживать низкий уровень загрязнений в промывочной жидкости. Чрезмерное загрязнение моющего раствора будет способствовать ухудшению результатов отмывки.

5. В результате экспериментов было выявлено, что повышение температуры промывочной жидкости приводит к значительному ускорению отмывки, особенно при использовании низкопрофильных компонентов, тогда как увеличение времени цикла отмывки только косвенно влияет на результаты отмывки.

Рис. 6. Роботизированная система ультразвуковой отмывки РОНДО

Стадия ополаскивания важна наравне со стадией отмывки, полное н качественное удаление остатков растворенных флюсов и промывочной жидкости могут быть обеспечены только при использовании чистых материалов в сочетании с их правильной эксплуаиацией. Ополаскивание в зависимости от типа промывочной жидкости может производиться с применением разных сред, например, воды или спирта. Спиртовые процессы требуют пожаро- и взрывобезопасного исполнения оборудования отмывки, которое практически не производится в настоящее время. Поэтому наибольшее распространение получили водные процессы.

Основное преимущество струйной отмывки перед ультразвуковой то, что применяя струйную отмывку можно отмывать элементы, чувствительные к ультразвуку (такие как танталовые конденсаторы, кварцевые резонаторы).

Печатный узел помещается в пустую камеру, затем на него воздействуют струи моющего раствора, нагнетаемого помпой через форсунки. Для струйной отмывки

Рис. 7. Отмывочная жидкость Ремрад

используются жидкости на водной основе. Отмывочная жидкость должна быть совместима с деталями оборудования и отмываемых изделий, не приводить к их деформации, разрушению, окислению, а также эффективно удалять требуемые загрязнения с поверхности изделий. В качестве удачного примера можно привести жидкость РЕМРАД (рис. 7) на водной основе.

Универсальным средством для очистки всеми способами отмывки является универсальная жидкость для отмывки печатных плат ТМ-Тем Рад, которая с успехом прошла испытания на предприятии ОАО «НИИ ДАР».

Это средство является высококонцентрированным низкопенным щелочным средством на водной основе и специально предназначено для очистки и обезжиривания печатных плат после пайки, эффективно удаляет остатки канифольного флюса, паяльной пасты, трубчатого припоя, а также различные эксплуатационные загрязнения органического характера. Очистка средством ТМ-РемРад может производиться как вручную, так и с использованием ультразвуковых ванн, также автоматизированных систем мойки всех типов.

Так как РемРад является концентратом, то его необходимо смешать с водой в соотношении примерно 1к 10. Желательно, конечно, использовать деионизированную воду, но Ремрад эффективно работает в воде любой жесткости, в диапазоне температур от 25 до 80°С. Биоразлагаем, не требует специальных условий утилизации.

При ручном способе отмывки просто погружаем плату в ванну с раствором, при необходимости используем щетку, и споласкиваем платы деионизованной водой.

При использовании ультразвукового способа отмывки погружаем плату, требующую очистки, ванну с приготовленным раствором и ставим на 5-10 минут отмывки. В случае сильно загрязненных поверхностей рекомендуется дополнительное механическое воздействие.

После очистки средством плату необходимо отмыть в воде и далее высушить феном. Стоит отметить, что средство не оказывает отрицательного воздействия на обрабатываемые поверхности и не разлагается с выделением вредных веществ. Таким образом, ТМ-РемРад является универсальным высокоэффективным отмывочным средством, используя которое вы всегда будете уверенны в чистоте печатной платы.

По отзывам клиентов, жидкость Ремрад обладает хорошими отмывающими свойствами, не требует частой замены раствора, обладает нейтральным запахом, отмывает практически все типы загрязнений, универсальна, выпускается в удобных канистрах различного объема (1л, 5л, 30л, бочки – 200л).

Совершенно новая технология, сочетающая в себе преимущества струйной отмывки в воздухе с вакуумной отмывкой в модифицированных спиртах.

Струи в вакууме — это водная или полуводная технология, при которой распыление жидкости из вращающихся рамп происходит  при разрежении в камере. Например, в установке УСОТП остаточное давление на стадии отмывки  составляет 0,4 атм.,  а на стадии сушки — 0,2 атм. Такое разрежение при отмывке позволяет отмывочной жидкости проникнуть в самые маленькие зазоры и глухие отверстия, обеспечивая доступ к загрязнениям. 

Еще одной особенностью установки УСОТП является возможность производить ополаскивание от отмывочной жидкости паром дистиллированной воды при 100% влажности в камере. Во-первых, пар имеет высокую проникающую способность, не имеет поверхностного натяжения воды, что позволяет ему беспрепятственно попадать в малые зазоры. Во-вторых, эта система позволяет экономить деньги и силы персонала на подготовке деионизированной воды и обслуживании системы деионизации. Дистиллированная вода сама по себе имеет низкое содержание солей, а её пар практически свободен от примесей.

Ну и благодаря вакуумированию, а также возможности нагревать воздух в камере до 120 гр. при высоком воздухообмене – чередуя циклично процессы, мы можем создавать различные процессы сушки, от щадящей, до интенсивной, в зависимости от требований заказчика.

Автор: Московкина Елизавета, специалист отдела технологического оборудования ООО «ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ и ТЕХНОЛОГИИ», info@propaiku.ru