Отмывка платы от флюса и покрытие влагозащитным лаком

Какой флюс — такая отмывка

Класс флюса по IPC J-STD-004 указан в его техническом описании (TDS). Два примера из линейки Kester показывают крайние случаи:

Водосмываемый флюс моют обязательно. Kester для 2331-ZX не требует нейтрализаторов и моющих средств: достаточно воды — водопроводной, деионизированной или умягчённой; не рекомендуется только водопроводная вода с высоким содержанием минеральных солей. Оптимальная температура для этого флюса — 54–66 °C, хотя может хватить и более низкой. Эти цифры относятся к 2331-ZX; для другого водосмываемого флюса режим берут из его TDS. Остатки допустимо оставить на плате до 48 ч, но для лучшей отмываемости Kester советует мыть в течение 8 ч после пайки. TI в SLUA271 (разд. 5.3) добавляет: процесс отмывки проверяют отдельно для зазора под QFN, куда вода затекает труднее всего, а после неё плату сушат, иначе остатки жидкости вызовут коррозию.

Безотмывочный флюс обычно оставляют: TI пишет, что с малоостаточной пастой отмывка, как правило, не нужна, и Kester 951 в большинстве применений не требует удаления остатков. Но «обычно» не значит «всегда». Мыть стоит:

• высокоомные и маломощные цепи — ST в AN2867 (разд. 7.3) рекомендует отмывать флюс даже после безотмывочных материалов, если на плате часовой кварц сверхмаломощного генератора: токи в таких цепях малы, и утечка по остаткам становится заметной (наше пояснение);
• платы под лак, если совместимость не проверена — IPC-2221 (табл. 4-7) требует для органических лаков проверки совместимости с химией флюса, HumiSeal для 1B31 тоже оставляет проверку пользователю;
• после ручного ремонта, когда флюса нанесли с избытком и часть его растеклась за пределы прогретого места, — это наша рекомендация, а не требование производителей.

Проверяют чистоту осмотром и испытаниями на сопротивление изоляции поверхности (SIR). Как флюс влияет на SIR, видно по TDS 2331-ZX: в испытании по IPC-TM-650 2.6.3.3 флюс получил оценку Pass, а сопротивление образцов с ним через 1, 4 и 7 суток — 3,4 · 10⁸, 1,4 · 10⁹ и 1,8 · 10⁹ Ом против 1,2 · 10¹⁰, 8,7 · 10⁹ и 8,6 · 10⁹ Ом у чистого образца. Коротко про выбор жидкости — в ответе «Чем отмыть флюс с платы».

Чем мыть: растворители и вода

Порядок для растворителя по TDS MG 4140: плату погружают в ванну и чистят щетинной щёткой, а затем ополаскивают в отдельной ванне или аэрозолем — растворённый флюс накапливается в первой ванне и оседает обратно. С аэрозолем растворённое смывают до того, как растворитель испарится, держа плату вертикально. Иначе флюс просто растекается тонкой плёнкой по всей плате.

Перед тем как мыть плату с пластиковыми деталями, проверьте совместимость. MG Chemicals оценивает стойкость оргстекла (ПММА) к изопропиловому спирту как плохую, АБС — от удовлетворительной до плохой, нейлона — вплоть до разрушения; поликарбонат, полистирол и эпоксид стойки. Световоды, окна индикаторов и корпуса кнопок часто сделаны именно из ПММА и АБС.

Все эти растворители легко воспламеняются — температура вспышки ниже комнатной. Работают с ними под вытяжкой, вдали от паяльника и нагревателей.

Сушка

Сушка — не формальность: TI указывает, что остатки отмывочной жидкости нужно удалять сушкой, потому что они ведут к коррозии, особенно под корпусами с малым зазором. Изопропиловый спирт гигроскопичен: MG Chemicals использует это, чтобы «вытеснять» воду с поверхности, но открытая банка спирта сама набирает воду из воздуха. Перед нанесением лака плата должна быть полностью сухой — лак запрёт влагу под собой. Режим сушки после водной отмывки в наших источниках не задан; его подбирают вместе с поставщиком оборудования и проверяют по результатам испытаний.

Температура вспышки −18 °C и кипения 56 °C у MG 413B совпадают со свойствами ацетона — по-видимому, смывка на его основе (наш вывод, состав в TDS не раскрыт). Такие растворители могут растворять или растрескивать пластмассы корпусов, разъёмов и маркировку, а пары легко воспламеняются: работают вдали от паяльника и открытого огня, с вытяжкой, совместимость с пластмассами проверяют на образце.

Типы лаков и толщина

IPC-2221 различает три химических класса покрытий с разными свойствами (табл. 4-7):

Три реальных лака для ручного нанесения:

У 422C в TDS нет электрической прочности, поэтому прочерк. MG называет 422C силиконовым покрытием (Silicone Conformal Coating), хотя по составу это акрил-силиконовая смесь. Если относить его к типу SR по IPC-2221, рекомендуемые производителем 25–75 мкм частично ниже минимума 50 мкм для силиконовых покрытий: для такой классификации слой берут не тоньше 50 мкм (наш вывод). HumiSeal отдельно отмечает, что оптимальных свойств 1B31 достигает только через 7 суток после нанесения; испытания покрытия разумно проводить не раньше этого срока (наш вывод).

Пример (грубая оценка по TDS 419D). Электрическая прочность 1000 В/мил, 1 мил = 25,4 мкм. Пробивное напряжение не растёт строго пропорционально толщине, поэтому для слоя 50 мкм получаем лишь порядок величины — пробой около

Это напряжение пробоя материала в испытании, а не допустимое рабочее напряжение между дорожками: зазоры под лаком считают по стандартам, см. ниже. Расход: теоретическая укрывистость 419D при рекомендуемой толщине — 94 020 см² на литр. Плата 100 × 80 мм с двух сторон — 160 см², флакона 55 мл без учёта потерь хватит на 94 020 · 0,055/160 ≈ 32 платы; при распылении потери большие, реально — заметно меньше.

Маскирование и нанесение

IPC-2221 (разд. 4.5.2) требует указывать покрытие на сборочном чертеже и не требует его там, где нет проводников, и обычно на кромках платы. Поэтому до нанесения закрывают то, что должно остаться открытым: контакты разъёмов, контрольные точки, подстроечные элементы, кнопки, оптические окна датчиков. Для парилена маски должны быть герметичными — он проникает в любые щели. И наоборот, есть места, которые стоит покрыть обязательно: ST в AN2867 настоятельно рекомендует лак на область часового кварца LSE, его конденсаторов и дорожек к выводам OSC_IN и OSC_OUT — влага и пыль там приводят к проблемам запуска генератора.

Способы нанесения по TDS MG Chemicals и HumiSeal:

• Кисть — для ремонта и подкраски. Лаки MG 419D и 422C обычно наносят кистью без разбавителя, HumiSeal 1B31 — с небольшой добавкой разбавителя HumiSeal Thinner 503.
• Распыление — плату наклоняют на 45°, распыляют с 20–25 см короткими проходами, начиная и заканчивая мимо платы; между слоями ждут 3 мин (419D) или 2 мин (422C), чтобы не запереть растворитель, затем поворачивают плату на 90° и повторяют. HumiSeal 1B31 для распыления разбавляют растворителем 521 в соотношении 1 : 1 по объёму.
• Окунание — плату держат в лаке 2 мин и медленно вынимают: около 6 дюймов (15 см) в минуту для 419D, 5–15 см/мин для 1B31. Вязкость в ванне растёт по мере испарения растворителя, её контролируют вискозиметрической воронкой.

Подготовка поверхности по TDS 419D — очистка изопропиловым спиртом от масел, пыли и остатков. После распыления или окунания дают выдержку 10 мин при комнатной температуре и только потом ставят плату в печь; слой, нанесённый кистью, по TDS 419D и 422C можно отверждать сразу.

Контроль и ремонт под лаком

Все три лака содержат люминесцентный индикатор: под ультрафиолетовым фонарём покрытие светится, а пропуски, пузыри и непрокрашенные края компонентов видны тёмными пятнами. У парилена, как отмечает IPC-2221, дефекты тонкой плёнки трудно обнаружить визуально.

Ремонт: акриловые 419D и 422C по TDS можно пропаять насквозь или снять смывкой; для 1B31 есть смывка HumiSeal 1080. Место ремонта затем очищают от флюса и подкрашивают лаком кистью (подробнее о самом ремонте — в статье «Ремонт платы»). Силиконовые покрытия IPC-2221 называет легко снимаемыми и ремонтопригодными, но они могут ухудшить паяемость.

Лак и зазоры между проводниками

Лак уменьшает функциональный зазор: по таблице IPC-2221B, как её приводит TI в SLUP419, при пиковом напряжении 400 В наружным проводникам без покрытия нужно 2,5 мм, а под покрытием — 0,8 мм, и IPC-9592B требует покрытия, если зазоры выполнить нельзя. Подобрать функциональный зазор под своё напряжение можно в калькуляторе зазоров на плате.

Типичные ошибки

• Водосмываемый флюс «до завтра». Остатки 2331-ZX проводящие и коррозионные; Kester допускает до 48 ч, а лучше — до 8 ч.
• Отмывка без ополаскивания. Растворённый флюс остаётся плёнкой на плате и под корпусами.
• Лак на влажную плату или поверх непроверенных остатков флюса — пузыри, отслаивание, утечки под плёнкой.
• Толстый слой распылением без перерывов. MG Chemicals требует ждать 2–3 мин между слоями, чтобы не запереть растворитель; кистью нужную толщину по TDS 419D набирают и за один раз.
• Лак в разъёмах и на подстроечниках — забыли маску.
• Изопропиловый спирт на оргстекле — растрескивание световодов и окон.
• Испытания сразу после нанесения: HumiSeal указывает 7 суток до оптимальных свойств 1B31.

Перед отмывкой и лакировкой плату с чувствительными микросхемами переносят и кладут так же, как при монтаже, — по правилам из статьи «Рабочее место с защитой от статики». Другие темы монтажа — в разделе «Монтаж и пайка».