Для пайки микросхем в 90 % случаев нужен гель-флюс класса ROL0 или ROL1 который не будет требовать отмывки и не разъедает плату. Под BGA и QFN самые строгие требования. Достаточно активные флюсы под микросхемы не годятся: остатки впритывают влагу из воздуха, снижается сопротивление изоляции, и даже малые утечки между выводами могут вызвать подглючивание или отказ устройства через недели и месяцы. Ниже — как выбрать тип флюса под свою задачу.
Короткий ответ: что брать под задачу
Таблица закрывает 9 из 10 сценариев, с которыми мастер сталкивается ежедневно. Развёрнутые пояснения — дальше.
Задача Что брать Класс Крупные BGA: посадка новой, реболл, прогрев Липкий универсальный гель-флюс ROL0, ROL1 (low halogen) Память, GPU, CPU (высокочастотные линии) Гель флюс с высоким сопротивлением, которое не снизится на температуре работы чипа ROL0, без галогенов SMD: резисторы, конденсаторы, SOIC, QFP Липкий универсальный гель-флюс ROL0, ROL1 (low halogen) QFN с термопадом Гель флюс с высоким сопротивлением ROL0, без галогенов Мелкие BGA, CSP / WLCSP / шаг ≤0.4 мм Флюс с ультранизким остатком ROL0, без галогенов Пайка паяльником, ежедневный ремонт Активный универсальный гель, который легко отмыть ROL0 или ROL1 Пропайка проводов, разъёмов, витой пары Жидкий безотмывочный ROL0 или ROL1 Лужение контактов на старых платах Активный универсальный гель, который легко отмыть ROL1
Дальше — почему именно так, и как не ошибиться на этапе выбора.
Маркировка IPC J-STD-004: что реально важно
Стандарт IPC J-STD-004D (актуальная ревизия — январь 2023) — это международная классификация флюсов, по которой работают все нормальные производители. На этикетке вы видите четыре символа, например ROL0. Расшифровываются так:
RO — основа канифольная, RE — синтетическая смола, OR — органические кислоты без канифоли, IN — минеральные (в электронике не применяется).
L / M / H — активность: низкая, средняя, высокая. Определяется комплексом из четырёх тестов (медное зеркало, коррозия меди, SIR, ECM).
0 / 1 — содержание галогенидов. Ноль — меньше 0.05 % по массе, единица — больше. В предыдущей ревизии порог был 0.5 % — его ужесточили в десять раз. Часть флюсов, которые раньше проходили как L0, после 2008 года стали L1 без смены формулы.
Для пайки микросхем работают фактически три класса: ROL0, ROL1, ROM0 или REL/REM. Всё, что выше по активности — ROM1, ROH1, ORH1 — cиспользуйю максимум только залудить окисленные контакты микросхемы с обязательной отмывкой
Миф, который надо развенчать: ROL0 не означает «безопасен». Это означает «низкая активность плюс галогенидов меньше 0.05 %». Но на безотмывочность также влияют:
– Растворители: могут впритывать влагу и снижать сопротивление со временем
– Активаторы: хоть и слабые, но могут до конца не разлагаться при пайке, провоцировать снижение сопротивления
Под BGA или QFN из-за плотного монтажа и разницы температур активаторы могут не нейтрализоваться, а растворители не испариться – это снизит сопротивление и может вызвать отказы со временем. Поэтому надо смотреть не только на класс, а проводить как минимум простейший SIR тест, c помощью SIR-пластин SIGMA-025
Форма флюса: гель, жидкий, паста
Три формы решают три разных задачи. Их нельзя путать.
Гель (тиксотропный, tacky) — основная рабочая форма для ручной пайки микросхем. Вязкий, наносится из шприца с иглой #18–21 или кисточкой. Держит форму и не растекается на соседние элементы. При нагреве становится жидким, смачивает контакты, активатор начинает работу. После пика разложение растворителя оставляет прозрачный или слегка янтарный остаток. Подходит для BGA, SMD, ручной пайки SOIC/QFP, реболла. 90 % всех задач мастера по ремонту закрываются одним картриджем хорошего ROL0/ROL1-геля. Например ультимативно безотмывочный Sigma V3 (ROL0) или активный и при этом безотмывочный Sigma X-GEL (ROL1)
Жидкий безотмывочный — для сценариев, где нужен капиллярный эффект: пропайка витой пары, залуживание многожильного провода, пропайка разъёмов, лужение выводов под конформное покрытие. Иногда такие флюсы используют для установки маленьких микросхемы, где очень короткий термопрофиль. Содержит от 10 до 30% твёрдых веществ растворенных в изопропаноле, быстро испаряется, оставляет минимум остатка. Для больших BGA не применяется — длинный термопрофиль нейтрализует активаторы до оплавления. Типичные представители — Sigma NC-510 ROL0 с ультранизким остатком, Sigma NC-530 с остатком 30% или активный и при этом безотмывочный Sigma X-Liquid (ROL1)
Как выбрать флюс для SOIC, SOP, QFP (зазор 0.5–0.8 мм)
Выводы снаружи, доступны визуально и механически. Применяется гель в шприце по гребёнке выводов тонкой полоской, затем фен или паяльник. Жидкий флюс тоже подойдет
Главный риск — перемычки между соседними выводами. Для этого в флюсе должны применяться ПАВ, которые делают так что флюс “запрыгивает” на припой и обеспечивает эффективное смачивание. Также чтобы не было мостов нужно наносить достаточное количество флюса
Класс — ROL0 или ROL1 (low halogen). Для Class 3 (аэрокосмос, автомобили) — только ROL0/ORL0
Какой флюс выбрать для BGA: память, GPU, CPU, контроллеры питания
Отмывка после пайки на таких чипах физически невозможна и остаток герметизируется между шарами.
Поэтому требования к флюсу — максимально жёсткие:
- Класс ROL0/ROL1 (low halogen), желательно halogen-free. Любой ионный активатор остаётся внутри и ждёт первой порции влаги из воздуха.
- SIR ≥100 МОм по IPC-TM-650 2.6.3.7 (168 часов, 40 °C / 90 % RH, 5 В) — это минимум по J-STD-004. Но фактически для высокочастотных линий (DDR, PCIe, SerDes) стоит брать флюс с SIR 1 ГОм и выше. Почему так? Производители замеряют сопротивление на SIR пластинах в идеальных уловиях, а по факту флюс под чипом может не до конца активироваться: плотный шаг выводов и температурный градиент под чипом не всегда позволяет испариться всем растворителям и нейтрализоваться всем активаторов. Поэтом SIR у флюса должен быть с хорошим запасом
- Тиксотропия: флюс должен держать форму при нанесении и удерживать чип на плате
- Термостабильность до 260 °C для безсвинцовых профилей. Флюсы могут темнеть и дымить выше 230 °C, флюс SIGMA V3 не потемнеет на таком профиле
Нанесение — желательно тонким слоем 50 мкм. Выдавленная из шприца жирная «колбаса» под чип может вызвать кипение, смещение чипа и мосты между шарами. Также увеличивает остаток и вывод газов от разложения активаторов – это может создать проблемы в будущем.
Выбор по методу нагрева
Методов три, и у каждого своё влияние на флюс.
Паяльник (кондукция): температура жала 300–380 °C, время контакта — секунды. Флюс должен быстро активироваться, смочить контакты за 2–5 секунд и не успеть выгореть. Флюс не должен убегать от паяльника и провоцировать мосты между выводами. Для паяльника оптимальны ROL0/ROL1 гели с канифольной основой.
Горячий воздух (конвекция): 280–450 °C в потоке, время нагрева 15–60 секунд. Флюс должен быть термостабильным — успевает прогреться дольше, чем при паяльнике. Нужна хорошая липкость и тиксотропия которая удерживает компонент, чтобы он не улетел.
Reflow-печь: нужен широкий технологический диапазон работы: активатор должен быть ещё живым на пике — это прямое требование стандартов. Флюсы с активатором, который выгорает на выдержке, дают несмоченные контакты на тонких выводах.
Пять ошибок, которые убивают пайку микросхем
1. Слишком толстый слой флюса. Физика простая: растворитель флюса начинает активно испаряться при 120–180 °C. Если слой толстый, растворитель не успевает испариться до пика и резко вскипает смещая чип в сторону. Результат — смещённый чип, мосты между шарами. Так что лучше наносить флюс кисточкой или аппликатором 50 мкм слой.
2. Пайка современной техники на активные советские флюсы. В них содерджится много галогенов и через пару месяцев после такой «пайки» ионы пропитываются водой из воздуха и снижают сопротивление флюса. Утечки между выводами вызовут дефекты. Например ЛТИ-120 содержит диэтиламин солянокислый 3–5 % масс, что даёт 1.0–1.6 % ионного хлора в готовом флюсе. По IPC это ROM1, не ROL0 — халогенид далеко за порогом. Применять допустимо на одиночных проводах с обязательной отмывкой; под микросхему — нет никогда.
5. Китайские флюсы с перменным качеством. Сегодня вы купили флюс и после него нет возвратов, а завтра вам нальют под тем же названием другой. Можно конечно тестировать каждый картридж, но может лучше купить флюс проверенного производителя с контролем качества каждой партии?
Линейка Sigma Flux: как мы решаем эти задачи
Теперь то, что я могу сказать по делу про собственные флюсы. Я сам их разрабатываю, и мы проверяем каждую партию:
Под BGA и реболл — Sigma V3 ROL0 – прозрачный остаток и широкое окно активности, при этом высочайшее сопротивление. Sigma RMA-260 (ROL1) – аналог Flux Plus 412 где активаторы полностью уходят из остатка.
Повседневная ручная пайка — Sigma X-GEL (ROL1) — удобный флюс для ежедневной работы, даёт сильное лужение с сохранением SIR.
Жидкие безотмывочные — NC-510 (ROL0), NC-530 (ROL0) и Sigma X-Liquid — переосмысленный «ЛТИ-120 без хлора»: жидкий флюс c умной активацией.
Под сложные поверхности — Sigma SE ROM0 – флюс не применяется для пайки микросхем но окисленные выводы микросхемы залудит нормально
Отличие в простой вещи: каждая партия проходит тестирование на сопротивление изоляции.