Паяльный флюс для электроники: виды, свойства и применение

Что такое паяльный флюс для электроники. Какие бывают виды флюсов для пайки. Как правильно выбрать и использовать флюс при пайке. Какую роль играет флюс в процессе пайки.

Содержание

Что такое паяльный флюс и для чего он нужен

Паяльный флюс — это химическое вещество, которое применяется при пайке для очистки и подготовки поверхностей соединяемых металлов. Основные функции флюса:

Удаление оксидной пленки с поверхности металла
Защита очищенной поверхности от повторного окисления во время пайки
Улучшение растекания припоя по поверхности
Снижение поверхностного натяжения расплавленного припоя

Благодаря флюсу припой лучше смачивает поверхность и образует прочное соединение с основным металлом. Без применения флюса качественную пайку выполнить практически невозможно.

Основные виды паяльных флюсов

Существует несколько основных видов паяльных флюсов, различающихся по составу и свойствам:

Канифольные флюсы

Изготавливаются на основе натуральной или синтетической канифоли. Обладают слабой активностью. Основные преимущества:

Не вызывают коррозии
Остатки флюса можно не удалять
Подходят для большинства радиоэлектронных компонентов

Активированные флюсы

Содержат активаторы для усиления очищающего действия. Бывают на основе канифоли или синтетических смол. Особенности:

Высокая активность
Требуется обязательная отмывка остатков
Подходят для пайки окисленных поверхностей

Безотмывочные флюсы

Не требуют удаления остатков после пайки. Характеристики:

Низкое содержание твердых веществ
Остатки не проводят ток
Удобны в массовом производстве

Как выбрать подходящий флюс для пайки

При выборе паяльного флюса необходимо учитывать следующие факторы:

Тип паяемых материалов и степень их окисления
Метод пайки (ручная, автоматическая и т.д.)

Требования к отмывке остатков флюса
Температура пайки
Тип используемого припоя

Для ручной пайки электронных компонентов обычно используют слабоактивированные канифольные или синтетические флюсы. Для автоматизированной пайки подойдут безотмывочные составы.

Правила применения паяльных флюсов

Чтобы флюс эффективно выполнял свои функции, необходимо соблюдать некоторые правила его использования:

Наносить флюс тонким равномерным слоем на очищенные поверхности
Не допускать перегрева флюса во избежание его разложения
Использовать минимально необходимое количество флюса
При необходимости удалять остатки флюса после пайки
Хранить флюс в герметичной таре вдали от источников тепла

Правильное применение флюса позволяет получить качественное паяное соединение и избежать проблем с коррозией или утечками тока.

Влияние флюса на качество паяного соединения

Паяльный флюс оказывает существенное влияние на качество и надежность паяного соединения:

Улучшает смачиваемость поверхностей припоем
Обеспечивает лучшее растекание припоя
Способствует формированию прочной интерметаллидной связи
Снижает вероятность образования пустот и непропаев
Уменьшает окисление припоя во время пайки

Правильно подобранный флюс позволяет получить качественное соединение даже при пайке трудно паяемых материалов или окисленных поверхностей.

Особенности применения флюса при различных видах пайки

В зависимости от метода пайки могут использоваться разные виды флюсов и способы их нанесения:

Ручная пайка паяльником

Обычно применяются жидкие или гелеобразные флюсы, которые наносятся кисточкой или с помощью дозатора. Популярны канифольные и слабоактивированные составы.

Пайка волной припоя

Используются жидкие безотмывочные или водосмываемые флюсы. Наносятся методом распыления или пенным флюсованием.

Пайка в печи оплавлением

Применяются паяльные пасты, содержащие флюс. Наносятся трафаретной печатью или дозированием.

Меры безопасности при работе с паяльными флюсами

При использовании паяльных флюсов необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:

Работать в хорошо проветриваемом помещении
Использовать средства индивидуальной защиты (перчатки, очки)
Не допускать попадания флюса на кожу и в глаза
Не вдыхать пары флюса
Хранить флюсы в недоступном для детей месте
Соблюдать правила пожарной безопасности

Некоторые компоненты флюсов могут быть токсичны, поэтому важно внимательно изучить инструкцию по применению конкретного состава.

Флюс паяльный активный ФИМ, 20 мл (с кисточкой)

Материалы для пайки

Каталог

Информация

Доставка по России

Мы доставим ваш заказ курьером по Москве или службой экспресс-доставки по всей России.

Высокоактивный паяльный флюс ФИМ (с кисточкой)
Применение: пайка нержавеющих сталей и бронз (в особенности алюминиевых и бериллиевых) легкоплавкими припоями при температуре 150 — 300 C.

Флюс содержит фосфорную кислоту.

Объем: 20 мл.

Фасовка: ПЭТ флакон с каплеотбойником и кисточкой

ОПТ — упаковка: 10 шт. в термоусадке.

Покупатели, которые приобрели Флюс паяльный активный ФИМ, 20 мл (с кисточкой), также купили

Клей эпоксидный универсальный марки ЭДП 45 г

200 ₽

Термоусадочная трубка клеевая 33,0/8,0 мм, (3-4:1), черная, 1 м

700 ₽

Тефлоновое полотно 0,13 х 500 мм, с липким силиконовым слоем, 1 метр

2 100 ₽

Термоусадочная трубка клеевая 6,0/2,0 мм, прозрачная, 1 м

110 ₽

POXIPOL Холодная сварка 10 минут (прозрачная),14 мл

390 ₽

Флюс «Новая Экстра» — Высокотемпературный флюс паяльный

Прайс-лист | Образцы пайки с флюсом «Новая Экстра» | Купить флюс “Новая Экстра”

Высокотемпературная флюсовая пайка твердосплавного инструмента – основное назначение паяльного флюса «Новая Экстра».

Паяльный флюс «Новая Экстра» — фторборатный, высокотемпературный, водосмываемый.

Рекомендуемый температурный диапазон пайки: 700-950 ⁰C.

Паяльный флюс «Новая Экстра» (флюс XZ-7) позволяет реализовать комплексный подход к нанесению флюса. Один флюс для различных способов введения в зону пайки.

Паяльный флюс поставляется в виде:

— порошка паяльного флюса

— паяльной смеси (порошок паяльного флюса в смеси с порошком припоя)

— паяльного флюса пасты (порошок паяльного флюса с органическим связующим)*

— паяльной пасты (паяльный флюс паста в смеси с порошком припоя)

— прутка паяльного флюса (паяльный флюс в виде стекловидного прутка)

(В виде жидкости флюс XZ-7 не поставляется. Для применения флюса в виде жидкости разработаны другие составы. Например, флюс XZ-9, аналогичный по применимости флюсу «Новая Экстра».)

Во всех видах флюс для пайки имеет одинаковый оптимизированный состав.

Возможность совместного применения паяльного флюса в различных видах (порошок, паста, пруток) позволяет оптимизировать нанесение флюса, уменьшить его расход; расширяет технологические возможности высокотемпературной пайки.

Использование порошка паяльного флюса «Новая Экстра» аналогично применению флюса «Экстра».

С применением паяльной смеси можно ознакомиться на примере наиболее востребованного варианта — паяльной смеси Л63.

Флюс-паста «Новая Экстра» наноситься на спаиваемые поверхности с помощью кисти, шпателя; для очень мелких деталей применяют окунание во флюс-пасту.

В сочетании с паяльной пастой, флюс паста позволяет защитить большую зону около паяного шва, подвергающуюся нагреву при пайке, от образования окалины. Этот технологический приём позволяет повысить качество пайки и избежать дополнительной механической обработки.

Применение паяльной пасты, при производстве разнообразного мелкого твердосплавного инструмента, позволяет сократить трудоёмкость паяльных работ и уменьшить расход материалов. Паяльная паста используется в массовом производстве паяных изделий, например, при пайке телескопического соединения труб с помощью нагрева ТВЧ. Вариант паяльной пасты со флюсом «Новая Экстра» — паяльная паста Л63.

При паянии изделий сложной формы, может возникнуть необходимость добавления флюса в зону пайки во время нагрева. Образование непокрытых флюсом мест может быть связано с недостаточным количеством флюса при нанесении на детали, стеканием флюса после его расплавления, «улётом» флюса при нагреве (испарение флюса заметно при локальных перегревах, длительных выдержках и в потоке нагревающих газов). После нагрева, введение в зону пайки флюса в виде порошка становиться затруднительно, флюс пасту применить становиться невозможно. Для оперативного введения флюса можно воспользоваться прутком флюса. Пруток флюса подносится торцом к нагретой детали и оплавляется теплом от неё.

Пруток паяльного флюса «Новая Экстра» может быть использован и как основной источник флюса, например, при напайке твердосплавных пластин на дисковые пилы с помощью ТВЧ нагрева. Пруток паяльного флюса «Новая Экстра» аналогичен в применении Флюсу Карандашу.

Рекомендуем для замены флюса марки 100, флюсов ПВ200 и ПВ201.

* Смотрите так же: Паяльные флюсы пасты для высокотемпературной пайки

Что такое флюс для припоя и как его использовать?

Что такое флюс для припоя и как его использовать?

В настоящее время на рынке представлены паяльные проволоки с трубчатой структурой, заполненной флюсом внутри полой области. Тем не менее, он может удалить внешний флюс в случае небольших паяльных работ. Как вы знаете, пайка необходима для сложной материнской платы компьютера или простого хобби-проекта по электронике при создании большинства электронных или электрических схем. Только правильная техника и правильные инструменты могут обеспечить идеальную связь.

Однако так много новичков и непрофессионалов, как правило, нагревают пистолет и сразу же начинают паять, это может иметь эффект в большинстве случаев, но это совершенно непрофессионально и редко надежно. Таким образом, вы должны использовать флюс для припоя, чтобы получить идеальный и надежный припой. Поэтому вам важно узнать, что такое флюс для припоя, как он работает, а также какие проблемы возникают при пайке без использования флюса для припоя.

Что такое флюс для припоя?

Флюс для припоя — это очень полезный материал, который способствует достижению идеального соединения при пайке, который активируется теплом во время операции пайки, чтобы удалить последний слой окисленного металла, чтобы припой смачивал основной металл и создавал хорошее соединение. используется при автоматической сборке печатных плат и ручной пайке и в основном используется для очистки поверхности печатных плат перед процессом пайки.

Типы флюсов для припоя

В соответствии со стандартами электронной промышленности существует три основных типа флюсов для пайки.

Канифольный флюс: один из старейших типов флюса, который в основном состоит из натуральной смолы, извлеченной из живицы сосновых деревьев и очищенной, однако современная канифоль смешивается с различными флюсами для оптимизации ее характеристик.

Флюс легко течет, особенно в жаркую погоду, быстро удаляет оксиды и хорошо удаляет посторонние частицы с поверхности припаиваемого металла. Хотя канифольный флюс является кислотой в жидком виде, при охлаждении он будет инертным и твердым. Поскольку флюс канифоли инертен, как и твердое вещество, его можно оставить на печатной плате, не повредив схему, если только схема не нагреется до точки, при которой канифоль может стать жидкой и разъедать соединение. Так что очень удобно удалять остатки канифольного флюса с доски. Более того, остатки флюса следует удалить спиртом, если важно использовать конформное покрытие или косметику для печатных плат.

Флюс с органической кислотой: также известный как водорастворимый флюс, который состоит из органических материалов, отличных от канифоли или смолы. Есть несколько распространенных слабых кислот, используемых в флюсе для органических кислот, таких как лимонная, молочная и стеариновая кислоты. Они сочетаются с растворителями, такими как изопропиловый спирт и вода. Флюс с органической кислотой более быстр и эффективен, чем флюс на основе канифоли, поскольку очищает оксиды, кроме того, он также имеет хорошую пайку с высокой активностью флюса, что позволяет легко очищать печатную плату обычной водой. Однако при пайке необходимо удалить остатки флюса, потому что остатки ОА будут влиять на работу и производительность печатной платы с проводимостью.

Неорганический кислотный флюс: другой тип флюса для припоя, который лучше работает с более прочными металлами, например, с латунью, медью и нержавеющей сталью. Вам нужно будет полностью очистить поверхность, чтобы удалить любые коррозионные остатки с поверхностей, если вы используете флюс на основе неорганической кислоты. Тем не менее, он обеспечит идеальное паяное соединение, если остатки будут на поверхности.

Почему при пайке используется флюс?

Очистите и удалите любые оксиды и примеси с печатной платы, что является основной функцией или использованием флюса при сборке или доработке любой печатной платы. У него может быть плохая пайка из-за оксидов, отложившихся на плате, и будет плохая электрическая проводимость или плохой поток электричества через цепь.

Флюс для пайки хорошо влияет на пайку и смачивание, а также хорошо раскисляет металлы (медные дорожки на плате и выводы электронных компонентов). активаторы во флюсе способствуют смачиванию расплавленным припоем контактных площадок и выводов компонентов для поверхностного монтажа путем удаления оксидов и других поверхностных загрязнений.

Как использовать флюс для припоя?

Флюс для припоя доступен в виде пасты в небольших банках/жестяных банках, а также в виде жидкости в банках/бутылках или ручках для флюса. для мягкой пайки обычно используется органический флюс, но флюс на основе неорганической кислоты может использоваться в неэлектрических приложениях. Итак, в общем случае флюс, используемый для пайки, пайки, имеет неорганическую природу, однако может содержать и органические соединения, которые активируются при более высоких температурах.

Ниже описано, как использовать флюс для пайки:

1. Вы должны очистить металлический контакт хорошим растворителем перед использованием флюса для пайки, чтобы удалить пыль, грязь, а также чрезмерное окисление, которое может присутствовать.

2. Затем необходимо нанести ровный слой флюса на поверхности, где должна происходить фактическая пайка. Но совет, который вам нужно знать, на данном этапе он не может нагреваться.

3. Его следует ставить на металлические контакты, покрытые флюсом, когда жало паяльника горячее и готово. И он должен расплавить флюс и растечься, покрывая поверхность металла, что снимет оксидный слой, пока флюс не появится.

4. Он должен ввести и расплавить паяльную проволоку после испарения флюса, убедившись, что припой связывается перед повторным окислением, чтобы была эффективная пайка.

Заключение

Нет никаких сомнений в том, что флюс для припоя является очень полезным материалом, который очищает поверхность печатной платы перед процессом пайки и удаляет оксиды, образующиеся на электрических контактах, а также оказывает хороший эффект при пайке металлов, обеспечивая отличное сцепление.

Если у вас есть какие-либо вопросы или вам нужна дополнительная информация о паяльной маске или паяльной пасте, свяжитесь с нами по адресу [email protected], и мы будем рады вам помочь.

Практическое руководство по флюсу для пайки

Уже более 40 лет я учу, что идеальная пайка — это просто — припой сделает всю работу. Тем не менее, большинство людей, которые не посещали один из моих курсов Наука пайки ^©, не находят пайку такой уж легкой задачей и сомневаются в моем здравомыслии. Поэтому позвольте мне добавить следующее уточнение: идеальная пайка — это просто при условии, что мы упростим задачу . Трудная часть — это узнать, что делает пайку легкой. И, возможно, нет ничего более важного, чем понимание выбора флюса для пайки и его правильного использования.

B журнал написан:
Джеймс А. (Джим) Смит, PhD ABD, президент Electronics Manufacturing Sciences, Inc. в Интернете. К сожалению, большинство (не все, но большинство) бесплатных советов стоят ровно столько, сколько они стоят. Каждый из десятков производителей продает десятки составов флюсов, почти все составы являются секретами собственности, о которых потребитель не узнает, и все они представляют собой постмаркетинговые материалы с утверждениями, которые могут вводить в заблуждение, а в некоторых случаях и быть мошенническими. (Остерегайтесь потока с «нейтральным pH».) Любой, кто знает достаточно, чтобы отличить действительное от ненужного, вероятно, не нуждается в исследованиях. По-настоящему осмысленная литература о флюсе (некоторая ее часть находится в Интернете бесплатно, но часто за платным доступом) написана химиками для химиков и совершенно непонятна тем, кто на самом деле использует флюс. Даже терминология может быть непонятна. Ниже, на простом английском языке, изложена суть того, что пользователи должны знать о том, зачем нужен поток, о компонентах потока и о том, что они делают, а также об общих проблемах. Во второй части объясняются категории флюсов, как читать технические данные производителя флюса и как определить лучший флюс для различных ситуаций.

Это первая из двух частей серии, в которой объясняются основы паяльного флюса. Во второй части объясняются различные типы и классификации флюсов для электроники, а также параметры, которые следует учитывать при выборе флюса для конкретных целей.

Что делает флюс для пайки
Понимание флюса требует понимания того, что он делает. Как и в большинстве случаев, связанных с пайкой, все начинается с сил смачивания.
Течение припоя называется смачиванием. Когда припой течет по поверхности, как свинец компонента, говорят, что он «смачивает» поверхность. Неспособность течь не смачивает. То, что многие люди называют «холодной пайкой», на самом деле не имеет ничего общего с недостатком тепла; он просто не смачивается. (Я предпочитаю термин, который я выучил в Британии: «сухой шов».)
Степень смачивания определяют четыре силы природы. Две силы действуют против течения припоя и называются «отрицательными силами смачивания». Это:
Поверхностное натяжение: Атомы на поверхности жидкости притягиваются к атомам внутри жидкости. Некоторые жидкости имеют очень низкое поверхностное натяжение, в то время как другие имеют более высокое поверхностное натяжение. Чтобы увидеть разницу, налейте немного спирта (с очень низким поверхностным натяжением) на непористую поверхность, например на стекло. Затем проделайте то же самое с водой (гораздо большее поверхностное натяжение). Спирт легко сглаживается и растекается, в то время как вода имеет тенденцию собираться в капли. Поверхностное натяжение припоя намного сильнее, чем у воды (и больше у бессвинцового припоя, чем у припоя со свинцом) и заставляет припой образовывать сферу (известный «шарик припоя»). Поверхностное натяжение является наиболее мощной отрицательной смачивающей силой.
Трение: Сопротивление при движении объекта по поверхности другого объекта называется «статическим трением», но трение существует и внутри жидкостей («вязкость»). Обе силы препятствуют смачиванию припоем, но имеют меньшее значение, чем поверхностное натяжение.
Третья сила (гравитация) помогает или препятствует смачиванию:
Гравитация: Думайте об этом как о весе, притягивающем к земле. Гравитация способствует смачиванию в месте нанесения припоя и ниже (например, в покрытых металлом отверстиях при ручной пайке), но препятствует смачиванию выше точки нанесения припоя (борясь с вертикальным заполнением PTH при пайке волной припоя).
Сумма этих трех сил отрицательна, что означает несмачивание. Для смачивания требуется четвертая сила – положительная и более сильная, чем сумма трех других. Эта сила равна межатомному притяжению между чистым поверхностным металлом и припоем. Обратите внимание на чистый (элементарный) металл. Атомы металлов, которые являются хорошими проводниками электричества, нестабильны; они хотят объединиться с другим элементом (элементами), чтобы разделить электроны. Полученные соединения не обладают реактивной энергией (обычно используется термин «пассивный») и не будут притягивать припой.
Когда припой наносится на поверхность чистого металла, возникает сильное притяжение между металлом поверхности и оловом (припоем). [1] Притяжение превышает отрицательные силы смачивания, и припой смачивается, протекая на контактные площадки и выводы или вверх по PTH. В то же время химическая реакция между оловом и поверхностным металлом создает соединение, известное как интерметаллическая связь. В случае меди полученный интерметаллид состоит из 3 атомов меди в сочетании с одним атомом олова (т.е. Cu ₃ Sn) с температурой плавления 1248°F/676°C.[2]
Подробнее об окислении и раскислении [3]
Смачивание требует нанесения припоя на чистый металл. Но металлические поверхности (кроме золота [4]), встречающиеся в обычной электронике, не являются чистым металлом; они покрыты инертным соединением – оксидом металла. Для достижения смачивания оксид необходимо удалить перед нанесением припоя.
Оксиды металлов образуются в результате химической реакции между атомами металла и атомами кислорода. Реакция («окисление») начинается мгновенно всякий раз, когда поверхность чистого металла подвергается воздействию кислорода . Оксидного слоя, образующегося в этот момент, достаточно, чтобы предотвратить необходимый контакт между атомами припоя и элементарным металлом под оксидом. Однако окисление может не прекратиться при поверхностном окислении. Дальнейшее окисление будет продолжаться до тех пор, пока атомы кислорода смогут достичь атомов металла под оксидом.
На молекулярном уровне оксидный слой не является сплошным листом, как столешница; он пористый. Думайте об этом как об аналоге оконного экрана. Если поры оксида больше, чем атомы кислорода, кислород будет проходить через поры к чистому металлу под ним и создавать больше оксида.
Оксидная пористость зависит от металла. Оксид железа (ржавчина) имеет большие поры, в то время как поры нержавеющей стали (сплав, состоящий в основном из железа) меньше, чем молекулы кислорода. Разница в пористости объясняет, почему железо в конечном итоге подвергается полному окислению («ржавеет»), в то время как нержавеющая сталь служит практически вечно; Оксидный слой нержавеющей стали защищает нижележащий металл от кислорода, в то время как кислород легко проходит через пористую ржавчину, чтобы достичь любого оставшегося чистого железа. [6]
Медь и олово могут окисляться более тщательно, чем нержавеющая сталь, но со временем поры закрываются и окисление прекращается. Опять же, полезно думать об оксиде с точки зрения оконных экранов. Одиночный экран является проницаемым, но установка множества экранов с небольшим смещением каждого из них в конечном итоге образует непреодолимый барьер.

Сила притяжения между металлом и кислородом также варьируется от металла к металлу. Нержавеющая сталь не образует толстых оксидных слоев, но притягательная связь между металлом и кислородом очень прочная. Медь окисляется больше, чем нержавеющая сталь, но образует только слабые оксидные связи. Связь между оловом и кислородом особенно слаба. Никель окисляется очень медленно, но связь с кислородом довольно прочная — намного меньше, чем связь между нержавеющей сталью и кислородом, но намного больше, чем сила, с которой кислород связывается с оловом или медью.
«Пригодность для пайки» и «пригодность для пайки»
Понятия «пригодность для пайки» и «пригодность для пайки» — два слова, которые кажутся взаимозаменяемыми, но на самом деле имеют очень разные значения — имеют решающее значение для понимания пайки и флюсов. «Способность к пайке» — это сложность удаления оксида с ряда деталей, и она является скорее относительной, чем фиксированной. Если часть А раскисляется легче, чем часть В, говорят, что А имеет лучшую паяемость. Олово имеет лучшую паяемость, чем медь, которая лучше паяется, чем никель. Однако среди различных кусков одного и того же металла некоторые могут иметь меньше оксида и, следовательно, лучшую паяемость, чем другие. Способность компонентов к пайке обычно ухудшается с возрастом. Новые детали обычно лучше поддаются пайке, чем старые детали с такими же металлическими поверхностями.
Хотя они могут показаться синонимами (и их часто путают), значения терминов «пригодность для пайки» и «пригодность для пайки» очень разные, и эта разница важна. Способность к пайке полностью зависит от используемого флюса. В то время как способность к пайке является сравнительной (часть A имеет лучшую способность к пайке, чем часть B, указанная выше), способность к пайке является бинарной (да, она пригодна для пайки или нет, это не так) и имеет значение только для используемого припоя. флюс. Если используемый флюс раскислит деталь за время до нанесения припоя, то деталь пригодна для пайки. Если флюс не может удалить все оксиды за это время, деталь не пригодна для пайки.
Часть A, которую мы указали как имеющую лучшую пайку, чем часть B, может не поддаваться пайке с нашим флюсом.[7]
Трудность удаления оксидов (паяемость) определяется двумя факторами:
1. Количество оксида. Более толстый оксид означает, что раскисление будет более трудным, потому что:
a. Раскисление – это химический процесс, при котором кислота нейтрализуется в реакции с оксидом. (В результате химической реакции образуются вода и соли металлов.) Содержание кислоты может быть исчерпано до того, как будут удалены все оксиды.
б. Даже если кислота не исчерпана, оксиды под поверхностными оксидами не могут быть удалены до тех пор, пока не будет удалено поверхностное окисление. Может не хватить времени для удаления всего оксида перед нанесением припоя. [8] Важно помнить, что окисление, достаточное для устранения межатомного притяжения, произойдет мгновенно, раскисление требует времени. Требуемое время может быть коротким, но оно реально.
2. Тип металла. Оксиды олова и меди легко удаляются. Раскисление никеля (имеющего более прочные связи с кислородом) значительно сложнее. Нержавеющая сталь, алюминий и титан очень трудно раскисляются. Вопреки распространенному мнению, не все блестящие серебряные поверхности легко раскисляются. Раскисление хрома, блестящего серебристого металла, сложнее, чем раскисление нержавеющей стали.
Паяемость отражает силу кислоты, необходимую для раскисления. Более сильное требование к флюсу означает большую «сложность» (ухудшение паяемости). Это обсуждается в разделе «Раскисление» ниже.
Однако нет смысла удалять оксиды, если перед нанесением припоя могут образоваться новые. Наждачная бумага, например, может удалить оксиды. Сантехники все время шлифуют трубы.[9] Но на отшлифованной поверхности моментально образуются новые оксиды. Новый оксидный слой может иметь толщину всего в одну молекулу, но этот крошечный слой не имеет поверхностной энергии, и смачивание не произойдет. Недостаточно удалить оксиды. Необходимо предотвратить образование новых оксидов.

Флюс можно определить как любой материал, который удаляет оксиды и предотвращает образование новых оксидов, пока не будет применен припой.

Хотя наждачная бумага может удалять оксиды, она не предотвращает повторное окисление и не является флюсом для пайки. Но многие материалы могут предотвращать повторное окисление, а также удалять исходные оксиды. Некоторые из этих материалов могут удивить. Газообразный водород, например, используется при пайке некоторых небольших высокочастотных радиомодулей, где даже небольшое количество остатков флюса может привести к недопустимо высокой утечке тока.
За исключением экзотических, но редко используемых материалов, таких как водород или муравьиная кислота/газообразный азот, все флюсы для электроники содержат:

Кислоты , даже если кислоты не очень сильные. Важна точность в терминологии.
Материал покрытия («твердые вещества», также известные как «носители» или, если хотите произвести впечатление причудливыми словами, «реологические добавки») для предотвращения доступа кислорода к раскисленным Традиционно твердые вещества состояли из канифоли, полученной из сока сосны. но смолы распространены, и широко используемый класс флюсов, известный как «органические (OR) флюсы», часто, но не всегда, содержит гликоль или глицерин в качестве твердых веществ. Канифоль не растворяется в воде, но растворяются гликоль и глицерин. Большинство, но не все смолы растворимы в воде. Во второй части этой серии статей мы подробно рассмотрим различные типы флюсов.
Растворитель (если жидкий флюс). Изопропиловый спирт (IPA) является наиболее распространенным растворителем, но существуют флюсы на водной основе [11], используемые в основном в районах с серьезными проблемами смога. [12][13] Единственной целью растворителей является легкое применение материалов (кислоты и твердых веществ), которые выполняют реальную работу.
Флюс для пайки: жидкая или твердая канифоль?

Некоторые производители флюсов добавляют запатентованные химические вещества специального назначения (например, поверхностно-активные вещества для снижения поверхностного натяжения и улучшения укрывистости). Их можно считать частью твердых тел.

Кислотность и раскисление Помните, что флюсу для пайки нужно время, чтобы подействовать. Срок может быть невелик, но он реален и должен учитываться. С другой стороны, окисление, достаточное для устранения межатомного притяжения, происходит мгновенно. Как только воздух соприкасается с чистым металлом, вся поверхность покрывается слоем оксида толщиной в одну молекулу, и поверхностная энергия теряется. Дальнейшее окисление может происходить со временем и снижать способность к пайке, но поверхностная энергия, необходимая для смачивания, мгновенно исчезает при начальном окислении. Итак, 9Окисление 0003 происходит мгновенно, тогда как раскисление требует времени.
Способность флюса удалять оксиды определяется его кислотностью, которую обычно называют «силой» флюса, за исключением химиков.[14]
Более сильные кислоты:
Работают быстрее, чем более слабые кислоты, и
Может раскислять более широкий спектр металлов. Флюс, способный раскислить олово или медь, может быть недостаточно кислотным для раскисления никеля или нержавеющей стали, но флюс, способный удалить оксид нержавеющей стали, может раскислить олово или медь.
Раскисление (как и окисление) — это химический процесс, который происходит быстрее при более высоких температурах. Часто флюс может быть некислотным при первом нанесении, но нагревание («активация») вызывает разложение изначально нейтральных соединений с образованием кислот. Некоторые флюсы, продаваемые как «нейтральные pH», нейтральны только до нагревания; при активации они образуют сильноагрессивные кислоты, некоторые из которых остаются после пайки и могут вызвать отказы. Другой тип потока с «нейтральным pH» начинается с очень сильной кислоты, которая нейтрализуется путем окисления при высокой температуре в присутствии кислорода. Даже кислоты, действующие при комнатной температуре, работают быстрее при более высоких температурах (обычно достигая максимальной активности при 300°F/150°C).
Кислотность часто рассматривается с точки зрения pH[15], но pH относится только к кислотности водных (водных) растворов. Большинство флюсов не на водной основе, поэтому значение pH не имеет значения. Спецификация кислотности неводных растворов — это «кислотное число» — сколько миллиграммов гидроксида калия (КОН, основание) требуется для нейтрализации одного грамма флюсовой кислоты, обычно записывается как мг КОН/г. Большее кислотное число означает более сильную кислотность.
Удаление окислов — это химическое перетягивание каната. Кислоты и металлы притягивают кислород, причем кислород в конечном итоге соединяется с материалом, который оказывает большее притяжение. Если притяжение флюса к кислороду больше, чем притяжение металла, оксидная связь разрывается, и кислород соединяется с кислотой. Если оксидная связь сильнее, чем притяжение кислоты, оксид останется неповрежденным. Более сильные (с более высоким кислотным числом) кислоты притягивают кислород с большей силой, чем более слабые кислоты. Следовательно, более сильнокислотные флюсы могут удалять более широкий спектр оксидов (или удалять такое же количество оксидов за меньшее время).
Учитывая, что более сильные кислоты более эффективны при раскислении, чем более слабые кислоты, использование самых сильных флюсов устранит все проблемы со смачиванием; все поверхности можно было бы паять, и производство было бы намного проще. К сожалению, кислотные остатки являются ионными (электрически заряженными атомами), а остатки после пайки называются «ионными загрязнениями». Ионы более сильных кислот несут более сильные электрические заряды, а это означает, что они обладают большей проводимостью (уменьшают поверхностное сопротивление изоляции, SIR) и потенциально вызывают коррозию. Другими словами, надежность снижается по мере увеличения кислотности потока.
Риск отказа от ионного загрязнения определяется кислотностью флюса (более высокая кислотность означает более высокий риск), а также влажностью . Риск серьезных утечек тока, дендритов и коррозии увеличивается с влажностью. Узлы, которые прекрасно функционируют на открытом воздухе в Аризоне (влажность близка к нулю), могут иметь высокий уровень отказов в Майами (очень высокая влажность) летом, несмотря на идентичное ионное загрязнение.
Выбор подходящей кислотности флюса требует баланса. Слишком сильное (что с точки зрения кислотности довольно мягкое для электроники) может привести к отказам от выхода из строя SIR или, что еще хуже, к коррозии. Слабее, чем продукт может выдержать, ограничивает диапазон припаиваемых деталей без дополнительного преимущества в надежности. Выбор «златовласки» — это самый сильный флюс, который не вызовет отказов из-за ионного загрязнения. Правильный выбор для одних типов электроники может быть неверным для других; единственный способ узнать это — провести тщательное стресс-тестирование окружающей среды.
Очистка после пайки
Но почему бы просто не удалить флюс после пайки? Разве очистка после пайки не позволит безопасно использовать очень сильные кислоты? Это действительно было бы так, если бы можно было добиться полного удаления. Но это невозможно. Или, точнее, нет никакой уверенности в том, что это возможно.
После пайки остаются остатки двух компонентов флюса: твердого вещества и кислоты. Остатки твердых веществ, особенно канифоли и некоторых смол, можно легко увидеть, но они практически не влияют на надежность. Канифоль, будучи непроницаемой для влаги, на самом деле повышает надежность, действуя как защитное покрытие.[16] Кислотные остатки (которые являются ионными – токопроводящими и потенциально коррозионно-активными), с другой стороны, не видны. Сборка с серьезным ионным загрязнением может выглядеть идеально чистой. С другой стороны, сборка с видимыми остатками канифоли может иметь идеальную надежность даже в условиях высокой влажности.
Другими словами, в мире электроники «чистота» — это не косметическое состояние. То, что видно, вероятно, не является проблемой надежности. То, что нельзя увидеть, может быть катастрофическим. Вопрос о том, насколько «чистый» является «чистым», был вечным вопросом на протяжении десятилетий.
Природа удаляемых материалов также может усложнить ситуацию. Канифоль не растворяется в воде (полярный растворитель), но ионные остатки растворяются только в полярных растворителях, таких как вода. И твердые вещества, и ионики другого класса флюсов (так называемые «органокислотные» флюсы) растворимы в воде, но не в неполярных растворителях, таких как спирт.
Материалы, подлежащие удалению, могут быть растворимы в чистящем растворителе, но только в том случае, если растворитель достигает их. Современные электронные блоки с корпусами компонентов для поверхностного монтажа, почти касающимися печатной платы, делают практически невозможным полный контакт между очищающим растворителем и загрязняющими веществами. Проблема заключается в относительном поверхностном натяжении флюса и очищающих растворителей. Флюсы на спиртовой основе (наиболее распространенный тип) имеют очень низкое поверхностное натяжение и проникают в небольшие зазоры и капилляры. Они легко протекают под низко расположенными компонентами для поверхностного монтажа. Но удаление ионов требует использования полярных растворителей, наиболее распространенным из которых является вода. Однако поверхностное натяжение воды намного выше, чем у спирта (флюса), что препятствует проникновению в полости. Еще больше усложняет ситуацию то, что сама водопроводная вода содержит ионы, которые сами загрязняют электронные схемы. Удаление ионов из воды («деионизированная вода») вызывает увеличение поверхностного натяжения. Поверхностно-активные вещества часто добавляют для снижения поверхностного натяжения промывочной воды, но в результате раствор имеет более высокое поверхностное натяжение, чем флюс. Распыление, ультразвуковая вибрация и другие гидравлические силы применяются для нагнетания очищающего раствора в труднодоступные места, но нет способа определить, является ли результатом адекватное удаление всех остатков флюса. Проще говоря, невозможно гарантировать, что очистка приведет к приемлемой чистоте. Ионного вещества, сконцентрированного на небольшой площади проводников, таких как выводы компонентов, может быть достаточно, чтобы вызвать отказ, даже если остальная часть схемы полностью свободна от ионных остатков.

Чистка не только не гарантирует надежность, но и стоит дорого. Очистка может быть дороже, чем сама пайка.

Если чистка стоит дорого и ненадежно, зачем чистить? Использование флюса, который можно оставить на сборке без ухудшения надежности, дешевле и надежнее. Не существует «чистых» флюсов, которые идеально подходят для большинства приложений, связанных со сборкой электроники. Но то, что на этикетке флюс называется «без очистки», еще не гарантирует, что он действительно безопасен.
Это первая часть объяснения флюса для пайки, состоящего из двух частей. Мы рассмотрели фундаментальную науку. Часть 2 объяснит особенности флюсов для электроники, включая различные типы, системы классификации, как читать спецификацию флюса и выбрать идеальный флюс для любой ситуации.

Справочник по сборке
6 глав — 50 страниц — 70 минут чтения

[1] Большинство бессвинцовых припоев состоят в основном из олова. Свинец в оловянно-свинцовом припое относительно инертен по сравнению с оловом.
[2] Точнее, Cu ₃ Sn образуется, когда припой находится в жидком состоянии. Интерметаллид в форме Cu ₆ Sn ₅ с температурой плавления 779°F/415°C продолжает образовываться с очень низкой скоростью после замерзания припоя.
[3] Окисление первоначально означало образование нового вещества путем добавления оксида. Для металлов это приводит к передаче электронов от металла к кислороду. Химики теперь используют термин «окисление» для обозначения потери электронов атомом при формировании молекулы, даже если кислород не участвует. Когда металлы соединяются с кислородом, металлы отдают электроны кислороду.
[4] Золото не окисляется. Однако он реагирует с некоторыми другими элементами, такими как сера, с образованием сульфидов, которые, как и оксиды, пассивны.
[5] Точнее, поскольку атомы кислорода в атмосфере обычно путешествуют парами (O ₂ ), поры оксида должны быть больше, чем молекула кислорода.
[6] Кроме того, в отличие от оксида нержавеющей стали, ржавчина имеет тенденцию отслаиваться и обнажать нижележащее железо.
[7] В то же время часть B не может быть припаяна, если часть A не поддается пайке, хотя часть A может поддаваться пайке, но это не относится к части B.
[8] Флюс должен работать быстрее при ручной пайке, чем при поверхностном монтаже оплавлением или припоем волной. При ручной пайке тепло для активации флюса исходит от утюга, и припой плавится вскоре после нанесения утюга. При машинной пайке тепло применяется в течение многих минут, прежде чем припой расплавится (или, при пайке волной припоя, коснется области, подлежащей пайке). Этот длительный предварительный нагрев означает, что активированный флюс имеет больше возможностей для удаления более толстых оксидов. Однако время работы не имеет значения, если проблема пайки связана с типом металла, а не с количеством оксида.
[9] Шлифование труб, которые могут иметь очень толстые оксидные слои, удаляет самые тяжелые оксиды и снижает объем работы, требуемой от флюса.
[10] Компоненты (размещенные на заготовках для пайки) помещаются в печи, заполненные водородом и (инертным) газообразным азотом. При температуре примерно 660°F/350°C активированный водород отделяет кислород от оксида компонента (образуя водяной пар). Модули выходят из печи с полностью смоченными паяными соединениями и без остатков флюса.
[11] Раскисление — это эндотермическая химическая реакция, то есть реакция требует тепла и протекает быстрее при более высоких температурах, которые достигаются только после полного испарения растворителей. Испарение спирта требует мало энергии, но испарение воды требует значительной энергии.
[12] ЛОС в сочетании с оксидами азота образуют озон, основной компонент городского смога.
[13] Существует разница между водорастворимым и водорастворимым. Остатки флюсов на спиртовой основе могут быть растворимы в воде. Это важное соображение при очистке после пайки.
[14] С точки зрения непрофессионала, сила кислоты обычно рассматривается как pH, где 7,2 соответствует нейтральному значению, а меньшие числа указывают на «более сильную» кислоту. Однако химики используют понятия «сильный» и «слабый» совершенно по-разному. «Слабые» кислоты в химическом отношении — это кислотные соединения, которые хотя бы частично сохраняются в воде. «Сильные» кислоты полностью разлагаются («ионизуются») в воде. Из множества кислот только 7 являются «сильными» кислотами; все остальные «слабые». Слабые кислоты (в отличие, например, от соляной кислоты, которая сразу же разделяется с выделением ионов водорода и хлора). Плавиковая кислота — одна из самых сильных кислот — классифицируется как «слабая» кислота, потому что в воде она практически не изменяется. Для наших целей мы будем использовать «сильный» и «слабый» для обозначения кислотной активности.
[15] Как отмечалось ранее, газообразный водород можно использовать в качестве флюса.

Что такое паяльный флюс и для чего он нужен