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Qu'est-ce que les résidus de flux sur un assemblage PCB et pourquoi doivent-ils être éliminés ?
quelles sont les causes des résidus de flux sur les assemblages PCB, quand le nettoyage est requis, comment sélectionner un processus de nettoyage et comment vérifier la propreté.
Les résidus de flux sur un assemblage PCB sont le matériau qui reste après que le flux dans la pâte à souder ou le flux liquide, gel ou fil appliqué séparément a rempli sa fonction lors de la soudure.
Le flux élimine les oxydes de surface, améliore l'humidité de la soudure et aide la soudure fondue à former une jointure fiable. Après le refusion, la soudure par ondes, la soudure sélective ou la soudure manuelle, une partie du flux peut s'évaporer ou réagir, tandis que les résines, activateurs, sels et autres produits de réaction peuvent rester sur l'assemblage.
En langage de recherche courant, cela est souvent appelé « résidu de flux sur un PCB. » Techniquement, une fois que les composants ont été assemblés et soudés, le produit est un PCBA.
Le résidu de flux n'est pas automatiquement un défaut, et chaque PCBA ne nécessite pas automatiquement de nettoyage. La décision dépend de la chimie du flux, du processus de soudage, de la conception de l'assemblage, de l'environnement de fonctionnement, des exigences électriques, du processus de revêtement et des spécifications de propreté du client.
Table des Matières
De quoi est composé le résidu de flux ?
La composition varie entre les pâtes à souder et les flux liquides, gels ou en fil. Les constituants de résidus courants incluent :
Résine de colophane, colophane modifiée ou résine synthétique utilisée comme matériau de formation de film
Activateurs à acide organique et autres produits chimiques utilisés pour éliminer les oxydes métalliques
Sels métalliques et produits de réaction formés pendant la soudure
Supports et additifs à haute température d'ébullition qui ne s'évaporent pas complètement
Particules de soudure, poussière et contamination de production piégées dans le résidu
Résidu de nettoyant laissé par un nettoyage ou un rinçage incomplet
Le résidu peut apparaître clair, ambre, marron, blanc, collant, poudreux, brillant ou semblable à du verre. L'apparence seule ne peut pas déterminer s'il est électriquement actif, corrosif ou acceptable.
D'où vient le résidu de flux ?
Soudure Réflow
La pâte à souder contient des particules d'alliage de soudure et du flux. Pendant la refusion, le flux s'active, élimine les oxydes et soutient l'humidité de la soudure. La résine et les produits de réaction peuvent rester autour des pattes des composants, des jointures de soudure et sous des packages à faible écart.
Soudure à l'onde
Le flux liquide est appliqué sur le côté soudure avant que le PCBA n'entre dans les sections de préchauffage et de soudure par ondes. Un excès de flux, un préchauffage insuffisant ou un contrôle de processus médiocre peuvent laisser un résidu visible sur le côté soudure.
Soudure sélective
Le soudage sélectif applique de la pâte à souder sur des emplacements THT programmés avant le préchauffage et le soudage mini-ondes. Des résidus peuvent rester autour des connecteurs, des bornes, des relais et d'autres joints traversants.
Soudage à la main et retouche
Le soudage manuel et la reprise de composants peuvent introduire des résidus concentrés autour des joints réparés. Une application répétée de flux et plusieurs cycles de chauffage peuvent rendre les résidus restants plus difficiles à enlever.
Le résidu de flux visible et la contamination ionique sont différents
Les résidus de flux visibles sont des matériaux qui peuvent être vus autour des joints de soudure ou sur la surface de la carte PCBA. La contamination ionique se compose d'espèces ioniques mobiles qui peuvent rester sur la carte même lorsqu'elle semble propre.
Une carte PCBA visuellement propre peut toujours contenir une contamination ionique mesurable. Une PCBA avec des résidus de résine visibles peut toujours répondre à une exigence particulière de propreté électrique.
Le résultat requis doit donc être défini avant de sélectionner un processus de nettoyage.
Pourquoi les résidus de flux peuvent-ils poser un problème ?
Réduction de la résistance d'isolation de surface
L'humidité peut interagir avec la contamination ionique mobile et réduire la résistance à l'isolement de surface entre les conducteurs. Cela peut contribuer au courant de fuite ou à un comportement instable dans des circuits à haute impédance.
Migration électrochimique
Lorsque l'humidité, la contamination ionique et un potentiel électrique sont présents ensemble, des ions métalliques peuvent migrer entre les conducteurs. Dans des conditions appropriées, une croissance dendritique peut se développer et créer un chemin conducteur non intentionnel.
Les résidus de flux ne provoquent pas automatiquement une migration électrochimique. Le risque dépend de la chimie des résidus, de l'espacement, de la tension, de l'humidité, de la température et du temps d'exposition.
Corrosion
Des résidus agressifs ou incompletement activés peuvent contribuer à la corrosion des conducteurs exposés, des terminaisons de composants ou des connexions soudées. Les résidus piégés sous des composants à faible écart peuvent être particulièrement difficiles à inspecter et à nettoyer.
Problèmes de revêtement conforme
La contamination sous le revêtement conformal peut interférer avec l'adhésion du revêtement, créer une couverture inégale ou piéger des résidus contre l'assemblage.
Un revêtement conformé ne doit pas être considéré comme un substitut à un processus de nettoyage qualifié. L'état de surface de la PCBA doit répondre aux exigences du fournisseur de revêtement avant l'application du revêtement.
Le flux sur les pads de test peut interférer avec les sondes de test en circuit ou de test fonctionnel. Les résidus peuvent augmenter la résistance de contact, produire des mesures incohérentes ou se transférer sur le dispositif de test.
Inspection et apparence
Des résidus sombres ou collants peuvent obstruer l'inspection des joints de soudure. Des résidus blancs après nettoyage peuvent indiquer un retrait incomplet, une redéposition, une chimie incompatible, une eau de rinçage contaminée ou des produits de réaction.
La couleur seule ne peut pas confirmer la cause. Le type de flux, la chimie de nettoyage, la qualité de l'eau de rinçage et les conditions de séchage doivent être examinés ensemble.
Quels résidus de flux doivent être éliminés ?
Les résidus de flux doivent être retirés lorsque la spécification du produit, le processus de fabrication qualifié ou l'opération en aval nécessitent une surface propre.
Les conditions typiques incluent :
Le flux soluble dans l'eau est utilisé
Les résidus de flux solubles dans l'eau et les flux acides organiques nécessitent normalement un processus de nettoyage post-soudure validé. L'intervalle de nettoyage et la chimie doivent respecter les exigences techniques du fournisseur de flux.
Le PCBA sera revêtu de manière conforme
Un nettoyage peut être nécessaire lorsque des résidus pourraient affecter l'adhérence du revêtement, la couverture ou le comportement à long terme. Les tests de compatibilité doivent inclure le flux, le processus de nettoyage, le revêtement et les matériaux d'assemblage réels.
Le circuit a une impédance élevée ou un espacement de conducteur réduit
Les circuits à haute impédance, haute tension et à pas fin peuvent nécessiter un contrôle de contamination ionique plus strict car de petites courants de fuite peuvent affecter leur fonctionnement.
Le montage fonctionne dans un environnement difficile
Les PCBAs exposées à l'humidité, à la condensation, à la pollution, au sel, aux cycles de température ou à des conditions extérieures peuvent nécessiter un nettoyage et une validation de processus mesurable.
Le nom de l'industrie seul ne détermine pas si un nettoyage est nécessaire. L'environnement du produit et l'exigence de fiabilité le font.
Le flux n'a pas été entièrement traité
Un flux excessif, un préchauffage insuffisant, un profil thermique inapproprié ou des retravailles répétées peuvent laisser des résidus actifs ou difficiles à enlever.
Le nettoyage de la carte ne corrige pas un processus de soudure instable. Le volume de flux, le préchauffage et les paramètres de soudage doivent également être corrigés.
Les résidus affectent les tests, le collage ou le marquage
Un nettoyage peut être nécessaire avant la sonde électrique, le collage adhésif, le remplissage, l'engazonnement, l'étiquetage, le marquage ou toute autre opération sensible à la surface.
Le client spécifie une limite de propreté
Les dessins des clients et les spécifications du processus peuvent définir la méthode de nettoyage, la méthode de test, la fréquence d'échantillonnage et la limite d'acceptation. Ces exigences priment sur l'apparence seule.
Comment éliminer les résidus de flux d'un assemblage PCB ?
Il n'existe aucun liquide de nettoyage ou machine qui supprime tous les flux de chaque PCBA.
Le processus le plus complet est celui qualifié pour la chimie de flux actuelle, les matériaux des composants, la géométrie de la carte, le volume de production et le résultat de propreté requis.
1. Identifier le flux et les résidus
Enregistrement :
Noms des produits de pâte à souder et de flux liquide
Classification des flux et conseils de nettoyage du fournisseur
Processus de soudage par refusion, onde, sélectif ou manuel
Temps entre la soudure et le nettoyage
Opérations de reprise et flux additionnel
Zones contaminées
Claires des composants et packages à faible hauteur
Les résidus frais sont souvent plus faciles à enlever que les résidus qui ont vieilli ou qui ont passé par des cycles de chauffage supplémentaires.
2. Définir le résultat requis
Déterminer si le processus doit atteindre :
Suppression des résidus visibles
Suppression des billes de soudure et des particules libres
Nettoyage d'un côté de soudure accessible
Nettoyage des deux côtés et des zones sous les composants
Préparation pour le revêtement conformal
Une limite de contamination ionique définie par le client
Une exigence SIR ou de performance électrique validée
Une machine sélectionnée uniquement pour un nettoyage à brosse visible ne doit pas être attendue pour effectuer un lavage aqueux complet et un rinçage contrôlé à l'eau DI.
3. Adapter la méthode de nettoyage à l'assemblage
Nettoyage de pinceau unilatéral
Le nettoyage à la brosse est approprié pour les résidus de côté de soudure accessibles et les billes de soudure libres après soudage par onde ou sélectif.
Il n'est pas destiné à laver l'ensemble de l'assemblage, à atteindre chaque zone sous les composants ou à fournir un rinçage contrôlé à l'eau DI.
Nettoyage aquatique hors ligne par lots
Les processus de nettoyage par lots hors ligne nettoient plusieurs PCBAs compatibles dans un panier. Un processus qualifié peut combiner le lavage par pulvérisation chimique, le rinçage à l'eau DI et le séchage à l'air chaud.
Ce format est adapté à une production à haute mixité, à des changements fréquents de produits et aux usines qui ne nécessitent pas d'une ligne de nettoyage continuellement connectée.
Nettoyage aquatique en ligne
Le nettoyage aqueux en ligne transfère en continu les PCBAs à travers le lavage chimique, le rinçage à l'eau DI et le séchage à l'air chaud.
Il est adapté aux produits récurrents et aux volumes de production qui justifient un traitement continu par convoyeur.
Nettoyage manuel
Le nettoyage manuel peut être utilisé pour le retravaux localisés et les tâches de faible volume. Cependant, dissoudre simplement la flux avec de l'IPA et laisser le liquide s'évaporer peut propager la contamination dissoute et la redéposer ailleurs.
Un processus manuel contrôlé doit utiliser une chimie compatible, des outils propres, une extraction avec un matériau absorbant sans peluche et un séchage adéquat.
Nettoyage ultrasonique
Le nettoyage ultrasonique ne doit pas être appliqué aux assemblages peuplés sans confirmer la compatibilité des composants et des matériaux. Les dispositifs MEMS, les microphones, les cristaux, les capteurs, les transformateurs, les bobines, les composants piézoélectriques et les zones de liquide piégé peuvent nécessiter une évaluation spéciale.
4. Laver, rincer et sécher comme fonctions séparées
Le principal agent de nettoyage dissout ou élimine les résidus de flux compatibles.
L'eau DI est utilisée après le lavage pour éliminer la contamination dissoute et l'agent de nettoyage restant. L'eau DI n'est pas automatiquement la chimie principale d'élimination de flux.
L'étape de séchage doit éliminer l'humidité des interstices des composants, des connecteurs et d'autres zones de rétention. Une surface qui semble sèche peut encore retenir du liquide sous des composants à faible distance.
5. Tester les PCBAs réels
Avant la sélection finale de la machine, traitez des cartes portant les résidus de flux réels. Évaluez :
Élimination des résidus
Compatibilité des composants et des marquages
Liquide piégé
Résidu blanc après séchage
Adhésion du revêtement le cas échéant
Propreté ionique
Performance électrique
Répétabilité à travers plusieurs échantillons de production
Quelle machine DEZ convient à chaque problème de résidu de flux ?
Supporte des largeurs de PCBA de 50 à 300 mm et des hauteurs de composants allant jusqu'à 135 mm. La vitesse du convoyeur est réglable de 0,05 à 1,8 m/min. Un rouleau d'application de Ø100 mm applique le nettoyant avant le brossage humide multidirectionnel, le brossage à sec et le séchage par air chaud.
Nettoyage automatique des brosses pour PCBAs jusqu'à 300 × 300 mm
Traite une surface de soudure accessible. Nécessite un bord de carte d'au moins 1,5 mm. Utilise un fluide de nettoyage de PCBA à base d'alcool, une brosse rotative de 360 mm et deux brosses à rouleau. La vitesse du convoyeur est réglable de 0,05 à 1,8 m/min.
Nettoyage hors ligne à haute diversité avec lavage complet, rinçage et séchage
Utilise un panier double couche de 610 × 560 × 100 mm avec une charge de lot maximale de 10 kg. Le processus consiste en un lavage par pulvérisation chauffée, un rinçage à l'eau DI et un séchage à l'air chaud. La température de lavage est de 25 à 75 °C, la température maximale de séchage est de 99 °C et la résistivité requise de l'eau DI est supérieure à 15 MΩ·cm.
Nettoyage aqueux continu après refusion, onde ou soudage sélectif
Supporte des largeurs de produit de 50 à 500 mm sur un convoyeur en maille SUS316 de 500 mm. La vitesse du convoyeur est réglable jusqu'à 1000 mm/min. Il effectue un lavage chimique, un rinçage à l'eau DI et un séchage à air chaud à deux zones. La résistivité requise de l'eau DI est supérieure à 15 MΩ·cm.
Poste de travail fixe pour le nettoyage de flux de PCBA et de résidus de reprise
Nettoie les joints de soudure exposés, les pattes de composants, les connecteurs et les zones réparées. La pression réglable est de 0,1 à 0,8 MPa, l'alimentation en glace carbonique est de 0,1 à 0,6 kg/min et la capacité de la trémie est de 5 à 10 kg. Le système autoportant comprend une extraction pour les contaminations détachées.
Nettoyage sans eau répétitif intégré dans la production
Supporte une zone de nettoyage maximale de 400 × 350 mm. L'alimentation en glace carbonique est réglable de 0,1 à 0,6 kg/min, avec une pression réglable de 0,1 à 0,8 MPa. Le système fermé ne nécessite pas d'étape de rinçage à l'eau ou de séchage à l'air chaud.
La Catégorie de machine de nettoyage de PCB couvre l'élimination des particules sèches des PCB nus avant l'impression. Les résidus de flux après soudage nécessitent des équipements de la catégorie de nettoyage de PCBA. Les spécifications de produit actuelles de DEZ confirment ces différentes limites de processus.
Comment tester si les résidus de flux sont acceptables ?
Un résultat de résidu de flux est acceptable uniquement s'il remplit une exigence définie.
Il n'existe pas d'apparence visuelle universelle ni de numéro ionique unique qui prouve que chaque PCBA est adapté à chaque application.
Inspection visuelle
L'inspection visuelle peut identifier :
Marques de flux visibles
Résidu blanc
Surfaces collantes
Boules de soudure lâches
Résidu sur les pads de test
Résidu autour des connecteurs ou des pattes de composants
Séchage incomplet
L'inspection visuelle ne peut pas prouver que la contamination ionique a été éliminée.
Test ROSE
ROSE signifie Résistivité de l'extraction de solvant. La méthode extrait la contamination ionisable de l'assemblage et rapporte un résultat global, couramment exprimé en équivalent de chlorure de sodium.
ROSE est utile pour surveiller si un processus de production qualifié reste dans ses limites de contrôle établies. Elle n'identifie pas les espèces ioniques individuelles ni n'indique leur localisation exacte.
La méthode IPC-TM-650 2.3.25D décrit explicitement ROSE comme un outil de contrôle de processus et indique qu'elle ne prédit pas la fiabilité.
Chromatographie ionique
La chromatographie ionique peut identifier et quantifier des espèces ioniques spécifiques extraites de l'assemblage. Elle est utile pour enquêter sur la source de contamination et comparer les résultats des processus de nettoyage.
L'emplacement et la méthode d'extraction comptent. Un résultat sur l'ensemble de la carte peut ne pas révéler un pocket de résidu concentré sous un composant à faible standoff particulier.
Test de résistance d'isolation de surface
Les tests SIR évaluent la résistance électrique sous des conditions de température, d'humidité et de polarisation définies. Ils peuvent soutenir la validation d'un flux, d'un processus de soudage et de nettoyage lorsque la fiabilité électrique est la principale préoccupation.
SIR n'est pas interchangeable avec une inspection visuelle ou un test ionique global.
Vérification du revêtement et électrique
En fonction du produit, des contrôles supplémentaires peuvent inclure :
Adhérence du revêtement conformal
Tests fonctionnels électriques
Tests en circuit
Mesure du courant de fuite
Test de résistance d'isolement
Inspection après conditionnement environnemental
Test de propreté avant et après le processus de nettoyage
Pourquoi les résidus blancs apparaissent-ils après le nettoyage ?
Les causes possibles incluent :
Flux qui est seulement partiellement dissous
Chimie de nettoyage incompatible
IPA contaminé ou liquide de nettoyage
Évaporation sans élimination de la contamination dissoute
Rinçage au DI insuffisant
Minéraux d'eau dure
Résidu d'agent de nettoyage
Produits de réaction créés lors de la soudure ou du nettoyage
Résidu piégé sous les composants et libéré pendant le séchage
Passer à un nettoyeur plus puissant sans test de compatibilité peut endommager les marquages, les plastiques, les revêtements, les adhésifs ou d'autres matériaux d'assemblage.
L'enquête correcte compare le flux d'origine, la concentration de l'agent de nettoyage, la température de lavage, l'action mécanique, la qualité de l'eau de rinçage, le processus de séchage et l'emplacement des résidus.
Qualification pratique du nettoyage de PCBA
Une qualification répétable doit utiliser des PCBA de production réels portant des résidus représentatifs.
Étape 1 : Enregistrer le processus
Documentez le flux, l'alliage de soudure, la méthode de soudage, le profil thermique, l'âge des résidus, les dimensions de la carte, la disposition des composants et le résultat de propreté requis.
Étape 2 : Établir la référence non nettoyée
Inspectez et testez des assemblages non nettoyés représentatifs. Enregistrez le résidu visible et les mesures de propreté sélectionnées.
Étape 3 : Exécuter le nettoyage d'échantillons
Testez la brosse, le lot ou le processus en ligne proposé en utilisant une chimie compatible et des paramètres contrôlés.
Étape 4 : Vérifier le nettoyage et la compatibilité des matériaux
Vérifiez les surfaces accessibles, les zones sous les composants, les connecteurs, les marquages, les plastiques, les étiquettes et toutes surfaces de revêtement ou de collage.
Étape 5 : Confirmer le rinçage et le séchage
Évaluez la qualité de l'eau de rinçage, le résidu d'agent de nettoyage, les liquides piégés et les résidus qui apparaissent après le séchage.
Étape 6 : Définir la fenêtre de production
Définissez la concentration de chimie approuvée, la température, le temps, les réglages de pulvérisation ou de brossage, l'exigence en eau de rinçage, les réglages de séchage, les limites d'entretien du bain et la fréquence des tests.
Questions Fréquemment Posées
Les résidus de flux sont-ils électriquement conducteurs ?
Certains résidus contiennent des matériaux ioniques mobiles qui peuvent contribuer aux fuites lorsque l'humidité et un biais électrique sont présents.
Le flux sans nettoyage provoque-t-il de la corrosion ?
Un flux sans nettoyage correctement sélectionné et traité peut rester sur des assemblages qualifiés. Le risque augmente lorsque trop de flux est appliqué, que le résidu n'est pas complètement activé par la chaleur, qu'il y a de l'humidité ou que le produit fonctionne hors des conditions qualifiées.
L'IPA peut-elle éliminer complètement les résidus de flux ?
L'IPA peut dissoudre certains flux mais n'est pas efficace pour toutes les formulations. Si l'IPA contaminé s'évapore sur la carte, le résidu dissous peut être redistribué plutôt que retiré. Confirmez l'agent de nettoyage avec le fournisseur de flux et validez le processus complet d'élimination et de séchage.
L'eau DI seule peut-elle retirer le flux ?
L'eau DI peut éliminer la contamination soluble dans l'eau compatible, mais elle ne dissout pas tous les résidus de colophane, de résine ou sans nettoyage. De nombreux processus aqueux nécessitent un agent de nettoyage compatible suivi d'un rinçage à l'eau DI.
À quel moment les PCBAs doivent-ils être nettoyés après la soudure ?
Nettoyez dans l'intervalle du processus qualifié. Un résidu qui a vieilli, durci ou qui a subi des cycles thermiques supplémentaires peut nécessiter plus de temps, de température ou d'action chimique.
La DEZ-C753S peut-elle éliminer les résidus de flux ?
Non. Le DEZ-C753S est une machine de nettoyage à sec double face pour la poussière, les fibres et les particules lâches sur les PCB nus avant l'impression de pâte à souder.
Discutez de votre processus de nettoyage des résidus de flux
DEZ peut évaluer si l'application nécessite un nettoyage à sec avec de la glace carbonique accessible, un nettoyage par lot aqueux hors ligne ou un nettoyage continu en ligne.
