ЧТО НАМ НУЖНО ДЛЯ РЕМОНТА?

АВТОРЫ: КАРЛ СИЛИГ, ВИЦЕ-ПРЕЗИДЕНТ ОТДЕЛА РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ, И ТИМ О’НИЛЛ, РУКОВОДИТЕЛЬ ОТДЕЛА ТЕХНИЧЕСКОГО МАРКЕТИНГА

Каждый опытный инженер, который работает с поверхностным монтажом, может рассказать как минимум об одном своем кошмаре, связанном с плохим составом ремонтных материалов. Неправильный состав флюса, остатки непропаянного флюса на плате или неправильное очищение остатков – все эти факторы приводят к одному и тому же риску: отказу компонента в процессе эксплуатации. И если операторы и инженеры-технологи, проводящие ремонт, редко задумываются о долгосрочных последствиях использования неподходящих материалов или о последствиях неверной технологической обработки, то для инженеров отдела анализа неисправностей эта задача является первостепенной. По словам этих инженеров, большая часть проблем возникает с отремонтированными паяными соединениями, а причина подавляющего большинства этих проблем – неудачный выбор материалов для проведения ремонтных работ.

Как же неправильный флюс попадает на рабочее ремонтное место? Обычный человеческий фактор. В некоторых случаях операторы испытывают сложности при работе с утвержденными составами флюса из-за их низкой паяемости, поэтому приносят более активные материалы из собственной коллекции. При проверке ремонтных столов мы находим разнообразные запрещенные паяльные флюсы, в том числе бухты провода из магазинов для юных радиолюбителей (однажды мы нашли даже цинковый припой!), трубопроводный флюс и даже флюс для пайки витража. Флюсы, не предназначенные для монтажа электронных устройств, обладают высокой активностью и вызывают дефекты, связанные с коррозией.

Говоря о дефектах, вызываемых коррозией, мы можем припомнить все случаи, когда подлежащий обязательной очистке флюс на основе органической кислоты использовался для работы вообще без очистки. Однажды склад ошибочно отгрузил не тот проволочный флюс, который попал на производство и использовался в течение нескольких недель, нанеся ущерб тысяче плат, до тех пор пока ошибку не обнаружили. В другом случае один из экологически настроенных заказчиков по ложному убеждению выбрал термин «органический», считая, что такой флюс менее опасен для окружающей среды.

Такие вот добросовестные и честные заблуждения не поддаются ни прогнозу, ни расчету; с подобными ошибками могут столкнуться крупные и мелкие компании, компании, которые выбирают дорогие или дешевые компоненты, находящиеся как в нашей стране, так и за рубежом. Никто не безупречен, поэтому лучший способ избежать таких ошибок – следить за качеством обучения персонала и проводить регулярный осмотр рабочих мест.

Даже если вы выбрали правильный состав флюса, при неправильном обращении и такой флюс может показать ненадежный результат. Правильное обращение предполагает нужный температурный режим и/или очистку после пайки. Безотмывочный флюс активизируется при тепловом воздействии (см. дополнительный раздел). При соблюдении технологического процесса такой флюс, как правило, демонстрирует надежный результат и держится на печатной плате в течение всего срока ее эксплуатации. Вместе с тем при недостаточной тепловой обработке, на поверхности может остаться опасный уровень ионных материалов. При наличии напряжения смещения и атмосферной влажности эти неудаленные активирующие вещества начинают атаковать все металлы системы – припой, выводы компонента и медь в составе печатной платы. На рисунке 1 приводится пример коррозийного дефекта. При отсутствии правильной очистки безотмывочного флюса можно наблюдать отказ, обусловленный аналогичным механизмом…

Рисунок 1. Коррозия электронного модуля печатной платы

Неполное удаление остатков безотмывочного флюса даже хуже, чем неудаление остатков. Самый безопасный способ применения безотмывочного флюса, предназначенного для ремонтных работ, не трогать остатки и позволить им сделать свою работу. Производство изоляционных материалов предполагает использование флюсов и проверку на электротехническую надежность. Частичное удаление флюсовых остатков может повредить защитный материал и спровоцировать выход ионных соединений, атакующих металлы. На рисунке 2 показана белая пылеобразная «лужица», которая осталась после неполного удаления и/или неполной очистки.

Рисунок 2. Неполное удаление остатков флюса

В случаях когда требуется очистка, очень важно правильно подобрать растворитель. Изопропиловый спирт – один из самых распространенных (и один из самых бесполезных) растворителей. В зависимости от химического состава флюса изопропиловый спирт – это тот растворитель, который не способен полностью растворять флюсовые остатки. Растворители, способные полностью удалять остатки флюса, гораздо лучше, чем изопропиловый спирт, несмотря на то, что изопропиловый спирт считается хорошим промывочным средством, которое высыхает быстрей, чем дистиллированная вода.

Для любого процесса очистки как до, так и после ремонтных работ очень важно подобрать растворитель, который способен удалять пятна. Рисунок 3 демонстрирует видимые последствия при выборе несочетаемых по составу растворителя и флюса для ремонтных работ.

Рисунок 3. Реакция при выборе несочетающихся по составу флюса для ремонтных работ и очищающего растворителя

Большинство однокомпонентных растворителей для удаления флюса не требуют отмывки. Подобная аэрозольная продукция выбирается на основе химической сочетаемости с остатками флюса определенного типа, однако громадное количество прочих факторов, таких как технологическая безопасность и технологическая совместимость, может оказать негативное воздействие на производительность и ограничить выбор.

Два плюса могут стать минусом. Даже флюс, который считается «безопасным», способен оказаться источником проблем при неверном сочетании с другими материалами. Химическая несовместимость компонентов двух или более флюсов может стать источником проблем в эксплуатации, от простых и безобидных до сложных и почти катастрофических.

Как правило, флюс для ремонтных работ покупают у поставщика, который продает флюс для основных работ, поэтому этот же поставщик может рассказать вам обо всех возможных сочетаниях. Однако, если поставщик не проводил исследования на сочетание составов, или если флюсы для основных и ремонтных работ были куплены у разных поставщиков, необходимо проверить составы флюсов на сочетаемость.

Щепотка загодя стоит пуда после. Что нужно сделать инженеру-технологу, чтобы предотвратить ремонт производственных дефектов из-за неправильно выбранного химического состава?

1. Регулярно осматривайте рабочие места, на которых проводятся ремонтные работы. Осмотрите столы, ящики и шкафчики помещений, в которых хранится оборудование для ремонта, помещения, в которых выполняется гарантийный ремонт и проводятся электроиспытания, а также места хранения ремонтных металлов.

2. Задавайте вопросы операторам. Они с радостью расскажут о компонентах, которые с трудом поддаются пайке, о неудачных составах или инструментах своего рабочего места, а еще некоторые «трюки», которые помогают им соблюдать стандарты качества работы во время ремонта сложных паяных соединений.

3. Создайте «НЗ» флюса. Со временем паяемость компонентов ухудшается даже при соблюдении всех условий хранения. Подберите флюс для ремонтных работ, которой соответствует требованиям надежности, храните его у начальника цеха, чтобы использовать в сложных и исключительных случаях.

4. Создайте систему обратной связи, чтобы получать данные о поведении при эксплуатации компонентов после ремонта. По возможности собирайте информацию обо всех поломках, вызванных составом материалов для ремонта, и используйте данные для предотвращения подобных ошибок. Раздайте платы, подвергшиеся коррозии (или их фотографии), специалистам, проводящим ремонт, для того чтобы они имели возможность обучать новый персонал.

Лучший способ обеспечить электромеханическую надежность паяных соединений после ремонта – использовать во время ремонтных работ правильные материалы и устройства нанесения флюса, как правило, проволочный припой или дозированный маркер, наносить флюс только на участки, подвергающиеся тепловому воздействию и не смывайть остатки безотмывочного флюса. Когда нужно убрать остатки флюса, убедитесь, что вы убрали весь остаток.

КОНТРОЛЬНЫЙ ЛИСТ

Рабочее место: все, что НУЖНО для ремонта

√ Флюсы, пригодные для проведения ремонтных работ, в виде проволоки и маркеров.

√ Только один безотмывочный или водорастворимый флюс (выбирайте самые распространенные типы).

√ Один тип сплава – бессвинцовый или свинцово-оловянный.

√ Разрешенный растворитель.

√ Изопропиловый спирт или дистиллированная вода для промывки.

√ Чистые сухие инструменты и ветошь.

√ Перчатки и резиновые напальчники.

Рабочее место: что НЕ НУЖНО держать под рукой

X Бутылочки с жидким флюсом для пайки волной припоя.

X Флюсы нескольких типов – устраните саму возможность случайного использования неподходящего состава.

X Паяльные сплавы нескольких видов – устраните саму возможность случайного использования неподходящего состава.

X Изопропиловый спирт для удаления флюса.

X Питьевая вода.

X Грязные инструменты, загрязняющие вещества с которых могут попасть во флюсы или оставить тяжелые остатки флюса на плате.

X Еда, напитки или личные вещи, например головные уборы, сумки, свитера.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ: ФЛЮСЫ С ПОВЫШЕННОЙ АКТИВНОСТЬЮ

Химические вещества, которые сокращают содержание оксидов во флюсах, предназначенных для пайки электронных компонентов, называются активирующими веществами. Активирующие вещества безотмывочных флюсов приводятся в действие нагреванием, и как правило, эти вещества предназначены для работы в широком температурном окне. Активирующие вещества растворяются, вступая во взаимодействие с оксидами на печатной плате и ее компонентах. Чрезмерную активацию или выгорание флюса (см. августовский доклад) достаточно просто обнаружить, потому что они сразу приводят к плохой смачиваемости. Недостаточная активация флюса не так очевидна: последствия проходят незаметно до тех пор, пока компонент в процессе эксплуатации не подвергнется коррозии.

Недостаточная активация происходит в силу определенных причин:

· При проведении ремонтных работ жидкий флюс наносится на печатную плату с избытком, и этот избыток не подвергается нагреванию.

· Флюс наносится на обе стороны печатной платы, чтобы заполнить сквозные металлизированные отверстия.

· Дополнительное количество флюса при проведении работ, для которых, как правило, используется проволочный флюс – чтобы устранить плохую смачиваемость.