Почему для печатных плат важна чистота. Часть I
Печатные платы достаточно хрупки, поэтому обычно их размещают в корпусе, футляре или шасси. Хотя корпус обеспечивает физическую защиту, но процессоры могут нагреваться и им необходима вентиляция для отвода тепла. Даже без вентилятора печатная плата сталкивается с воздействием пыли и жидких загрязнителей, которые могут повлиять на производительность. Загрязнения притягивают влагу, которая может негативно повлиять на работу блока микроконтроллера (MCU). Например, стандартный микроконтроллер использует напряжение между 0 и 5 вольт, и если между входным выводом и выводом 5В или заземлением присутствует влага или другие проводящие загрязнения, то происходит короткое замыкание. Нежелательный путь тока может стать причиной непредсказуемого поведения, сокращения времени службы, риска воспламенения или полностью уничтожить электронику.
Практически любой компонент рассеивает энергию в виде тепла. Тепло, превышающее установленные допуски, может привести к деградации или разрушению компонентов. Загрязнение может выступить в качестве изоляции компонентов или заблокировать доступ воздуха. Воздействие жидкостей, даже аэрозольных, на печатную плату может привести к коррозии паяных соединений и контактных дорожек. В дальнейшем корродированные металлические детали могут спровоцировать проблемы с импедансом или разрывы цепей.
Несмотря на возможность деградации печатных плат со временем, существует рынок использованных печатных плат. Использованные или отработанные печатные платы могут помочь снизить затраты при создании небольших схем прототипов, но обычно они загрязнены пылью, влагой или флюсом, и чаще всего выбрасываются или перерабатываются для извлечения металлов.
В любом случае нужно либо защищать свои печатные платы (включая материнские платы компьютера), либо проверять и чистить их каждые несколько лет, если вы хотите пользоваться ими долгие годы. (Вы можете легко сделать фильтр для корпуса, закрепив использованную салфетку с антистатиком над вентиляционными отверстиями, при условии, что вентилятор достаточно прочный, чтобы выдержать дополнительное давление, против которого ему придется работать. Только никогда, никогда не используйте пылесос для электроники).
Современные ИС генерируют больше тепла, чем более старые ИС. Тепло увеличивается с ростом энергопотребления, и оно становится все более актуальной проблемой, так как интегральные микросхемы содержат все больше и больше схем на том же пространстве, что делает их более уязвимыми для изолирующих загрязнений. Пыль может образоваться из множества органических и не органических веществ, таких как грязь, волосы, пыльца растений, одежда и минералы.[i]
Зачем нужен флюс?
При пайке печатных плат вам необходим флюс, чтобы «смачивать» металлический припой для создания соединений, способствующих металлургической связи. Флюс растворяет окислы, которые могут появиться на дорожках, контактах или других металлических поверхностях, которые должны быть качественно соединены для создания проводящего пути. Канифоль (англ. Rosin) – это давно используемый материал флюса, произведенный из смолы хвойных деревьев, он прекрасно подходит для работы с новыми компонентами. Для ремонта электроники или пайки на уже загрязненных платах вы можете приобрести слабоактивированную канифоль (RMA) или активированную канифоль (RA). Оба вида канифоли проникают через образовавшиеся окислы, но оставляют осадок, который необходимо удалить, чтобы получить чистую печатную плату, не притягивающую загрязнения. RA рекомендуется для сильно окисленных или больших проводов.
Пыль
У печатных плат могут возникать проблемы с проводимостью, если на них есть остатки флюса от паяных соединений. Остатки флюса притягивают пыль, которая оседает и приклеивается к ним. Электростатический заряд от работающей электроники также притягивает частички. На высокочастотные сигналы, в частности, влияет площадь поперечного сечения проводимого пути; следовательно, производительность зависит от ширины проводящих дорожек на высоких частотах. Остатки флюса могут сформировать проводящий путь, что повлияет на производительность схемы. Авторы исследования 2016 года «Зачем отчищать флюс, не требующий очистки» ("Why Clean A No-Clean Flux») отмечают: «Миграция металла зависит от состава материала печатной платы, ровности поверхности платы, концентрации и распределения остатков и условий окружающей среды». Остатки флюса могут привести к электрохимической миграции ионов металла и росту проводящих металлических «дендритов». Флюс, не требующий очистки, может оставлять незначительные остатки, которые могут испариться (или выделиться газом) в процессе обработки печатной платы при активации тепла. Однако, даже остатки флюса, не требующего очистки, при попадании под QFP корпус (корпус в выводами по 4м сторонам) при повторном нагреве могут выделять газ, которому некуда будет деться и который образует пузырь под плоской микросхемой. Тем не менее, при правильном использовании флюс, не требующий очистки надежен и безопасен.
Три способа получить грязную печатную плату
Есть три причины, почему печатные платы становятся настолько грязными, что это влияет на их производительность:
- Печатные платы паялись или собирались в нечистой среде;
- После сборки на платах остались остатки;
- Конечные печатные платы недостаточно защищены от воздействий окружающей среды во время хранения и эксплуатации.
Сборка в чистой среде
Чистая среда для первичной пайки и сборки печатных плат – важнейший фактор для сохранения чистоты электроники и ее надежной работы в долгосрочном периоде. В грязной среде пыль, частицы и другие загрязняющие вещества могут приклеиться к печатным платам или проникать в припой, мешая формированию прочных соединений, что в последствии создаст проблемы с проводимостью. Рекомендуется использовать специальные перчатки для пайки, так как вспотевшие пальцы могут оказать на плату такое же влияние, как и влага.