В связи с активным внедрением технологии ROHS во всём мире галогены, содержащиеся в паяльных пастах, особенно бромиды и хлориды, стали рассматриваться как опасные для здоровья и окружающей среды. Поэтому многие компании, в частности крупные производители электроники, видоизменили свои продукты, чтобы вывести на рынок более экологически чистую halogen-free продукцию.

Что же означает термин halogen-free?

С точки зрения химика halogen-free означает, что никаких соединений фтора, хлора, брома и йода в продуктах быть не может. В электронной промышленности хлор и бром главным образом используются в виде активаторов для флюсов и органических антипиренов. В стандартах JPCA-ES-01-2003, IEC 614249-2-21 и IPC 4101B определен предел содержания галогенов в сборках в 900 миллионных долей (ppm) для каждого из галогенов — хлора и брома. Последние два стандарта (IEC и IPC) предусматривают предел общего содержания галогенов (хлора и брома вместе) <1500 миллионных долей (ppm).

С другой стороны, J-STD 004 классифицирует содержание галогенидов в паяльной пасте и флюсах по степени потенциальной коррозии флюсовых остатков после пайки. В этом стандарте использованы следующие категории: L (низкий уровень), M (средний) и H (высокий). Кроме того, присваивается индекс 0 или 1 для содержания галогенидов (0 — галогениды отсутствуют вообще или их меньше 0,05 массовой доли %; 1 — галогениды присутствуют).

Halogen-free (не содержащий галогенов) = halide-free (не содержащий галогенидов)?

В этом контексте важно отметить, что понятие halogen-free (не содержащий галогенов) не является синонимом термину halide-free (не содержащий галогенидов). Флюс, который классифицируется как L0 по J-STD 004, содержит меньше чем 0,05% ионных галогенсодержащих соединений (= галогенидов). Тем не менее, этот флюс может содержать соединения галогенов. Например, органические кислоты, являющиеся активаторами, могут содержать хлор или бром. Следовательно, они не обязательно являются не содержащими галоген в соответствии с IEC 614249-2-21.

Согласно J-STD 004 метод, используемый для определения типа флюса, — ионная хроматография. Однако этот тестовый метод позволяет определять только галогениды, а не органические соединения галогенов. Галогениды — это ионы, которые имеют заряд, в растворах существуют отдельно от остальной молекулы и проявляют собственную химическую активность, а галогены как заместители в органических соединениях прочно связаны с молекулой-основой и в химические реакции самостоятельно, как правило, не вступают. То есть с точки зрения коррозионной активности они значения не имеют. Их регламентируют только из экологических соображений.

Таким образом, для проверки наличия галогенов в соответствии с IEC 614249-2-21 с помощью ионной хроматографии необходимо провести предварительную пробоподготовку, руководствуясь EN 14582. При этом органические соединения галогенов восстанавливаются в галогениды, которые после этого могут быть определены хроматографически.

Halogen-free — влияние на процесс сборки

Использование halogen-free флюсов и паяльных паст сильно влияет на производство сборок. Галогены в паяльных пастах способствуют раскислению контактных площадок и припоя, улучшают смачивающие свойства и характеристики процесса оплавления. Как правило, галогены положительно влияют на время жизни пасты на трафарете, термическую стабильность, технологическое окно процесса и срок годности изделия.

Halogen-free, безотмывочные паяльные пасты потенциально могут вызвать проблемы в процессе смачивания и оплавления припоя, особенно в случаях, требующих длительного профиля пайки, и преимущественно на небольших компонентах, таких как 0201. Чем меньше размер контактной площадки, тем больше она подвержена окислению. Это соотношение основано на общем содержании флюса. На маленькие площадки попадают совсем ничтожные количества флюса, и если в каком-то месте он не очень эффективно отработает, то на маленькой площадке это будет значительная часть общей площади контакта. Следовательно, для раскисления маленьких контактных площадок необходимы сравнительно большие количества флюсов или активаторов. Таким образом, существует опасность недостаточного смачивания паяных соединений при использовании halogen-free паяльных паст. Более того, исключение галогенов как активаторов из состава флюса может способствовать появлению дефекта «голова на подушке» из-за недостаточного оплавления припоя.

Производители паяльных паст обычно используют смесь различных органических кислот в качестве активаторов для компенсации недостатка галогенов. Проблемой в этом случае является то, что пока еще неизвестно, как эти активаторы влияют на последующие процессы, например отмывку сборок. Следовательно, в первую очередь необходимо изучить возможность удаления флюса, остающегося после оплавления популярных halogen-free паяльных паст.

Заключение

Согласно европейским законам, таким как REACH, идея развития «зеленого» производства находит все больше последователей. В таком случае переход с паяльных паст к halogen-free продуктам играет важную роль. Проведенное исследование показало, что когда используются подходящие отмывочные жидкости, переход к halogen-free паяльным пастам не представляет проблемы, даже если имеющийся отмывочный процесс и требуемая чистота поверхности остаются такими же. Однако до начала применения новые паяльные пасты необходимо тестировать на совместимость флюсов, содержащихся в пастах, с отмывочной жидкостью и, если потребуется, провести незначительную корректировку параметров процесса.

По материалам Halogen-free паяльные пасты и их влияние на отмывку печатных узлов

О монтаже печатных плат, стандарте IPC 7711/21 и примерах его использования:

• Ремонт и восстановление печатных плат
• Удаление перемычек при SMD монтаже
• Ремонт печатного проводника