Вопрос 6.3.2.5 Флюсы

Флюсы - это вещества (а чаще смесь) органического и неорганического происхождения, предназначенные для удаления окислов с поверхности под пайку, снижения поверхностного натяжения, улучшения растекания жидкого припоя и/или защиты от действия окружающей среды.

Роль флюса в процессе пайки сводится к:

- очистке поверхности твердого металла; - уменьшению поверхностного натяжения расплавленного металла; - высаживанию на поверхности твердого металла металлических ионов, как имеющихся в самом флюсе, так и образующихся за счет растворения припоя во флюсе. К флюсам предъявляют следующие требования:

- при расплавлении флюса и припоя должны образовываться два жидких не смешиваемых слоя; - жидкий флюс должен до расплавления припоя очистить поверхность соединяемых деталей от примесей и неметаллической пленки и защитить паяемое соединение от воздействия окружающей среды; - быть химически инертными или минимально активными по отношению к паяемым металлам и сплавам; - разрушать или удалять поверхностные неметаллические пленки, образующиеся на поверхности соединяемых деталей и припоев под воздействием температуры и окружающей среды; - в жидком состоянии хорошо растекаться по припою, затекать между соединяемыми деталями и смачивать их; - в расплавленном и газообразном состояниях способствовать растеканию припоя по паяным поверхностям и соединению с основным металлом; - быть устойчивыми при хранении и пайке.

В зависимости от технологии флюс может использоваться в виде жидкости, пасты или порошка. Существуют также паяльные пасты (BGA пасты), содержащие частицы припоя вместе с флюсом, иногда трубка из припоя содержит внутри флюс-заполнитель.

По степени эффективности действия флюсы делят на три группы.

1. Некоррозионные (защитные) флюсы для пайки оказывают только защитное действие. Канифоль и её растворы в спирте или в органических растворителях, а также древесные смолы, воск, стеарин, вазелин. Слабая активность, неспособны растворять оксидную пленку большинства металлов. Применяются при пайке меди и ее сплавов, а также стальных изделий, покрытых серебром, медью, оловом или кадмием. С применением защитных флюсов можно паять только легкоплавкими припоями.

2. Слабокоррозионные флюсы для пайки более активны, чем некоррозионные, и состоят из животных жиров, минеральных масел, органических кислот (молочной, лимонной, олеиновой, стеариновой, бензольной, щавелевой и других), их растворов в воде или спирте или в производных органических кислотах и основаниях (гидрогалоиды, хлориды и фториды аминов). Для ослабления коррозионного действия к ним добавляют канифоль или другие компоненты, не вызывающие коррозии. Слабокоррозиониые флюсы легко испаряются, сгорают или разлагаются при нагреве. Их применяют при пайке легкоплавкими припоями.

3. Коррозионные флюсы для пайки состоят из неорганических кислот, хлоридов и фторидов металла. Их применяют в виде водных растворов в твердом и пастообразном состоянии. Коррозионные флюсы способны разрушать стойкие оксидные пленки черных и цветных металлов. Эти флюсы эффективны при пайке большинства металлов любым методом.

В зависимости от температуры пайки флюсы подразделяют на подгруппы:

- для пайки легкоплавкими припоями - для пайки тугоплавкими припоями

В зависимости от необходимости удаления остатков пайки, флюсы делят на две группы:

- требующие отмывки - безотмывочные

Рассмотрим два основных вида флюсов, которые могут быть применимы в ремонте радиоэлектронной аппаратуры.

Это смолосодержащие (на основе канифоли) и смолонесодержащие.

Все смолонесодержащие флюсы имеют ионогенные компоненты, от которых платы нужно очищать! По поводу очистки плат от смолосодержащих флюсов часто идут споры. Основу смолосодержащих флюсов составляет канифоль, представляющая собой смесь органических кислот. Главный компонент этой смеси – абиетиновая кислота. Органические кислоты – такие как салициловая, молочная, стеариновая, лимонная, муравьиная и т.д. – также могут быть использованы для подготовки поверхности к пайке, однако, в силу их большей активности, они требуют более аккуратного обращения и тщательной промывки изделий после пайки. Эти кислоты чаще используются в качестве активаторов и добавок к флюсам на основе канифоли.

Уровень кислотности флюса на основе чистой канифоли очень мал, но в результате ее растворения и в процессе нагрева при пайке происходит ее активация. Процесс активации канифоли начинается при температуре около 170С. При сильном нагреве (более 300С) происходит интенсивное разложение канифоли и потеря ее флюсующих свойств. В практике ремонта мобильных телефонов флюсы на основе канифоли желательно не использовать, а в случае использования смывать остатки с печатного узла (платы)!

Классификация флюсов импортного производства:

- Тип «R» (rosin – канифоль) представляет собой чистую канифоль в твердом виде или растворенную в спирте, этилацетате, метиленэтилкетоне и подобных растворителях. Это наименее активная группа флюсов, поэтому ее используют для пайки по свежим поверхностям или по поверхностям, которые были защищены от окисления в процессе хранения. В соответствии с рекомендациями отечественного отраслевого стандарта ОСТ4ГО.033.200, эта группа флюсов не требует удаления их остатков после пайки, но не рекомендована для работы с мобильными телефонами.

- Тип «RMA» (rosin mild activated – слегка активированная канифоль) – группа смолосодержащих флюсов с различными комбинациями активаторов: органическими кислотами или их соединениями. Эти флюсы обладают более высокой активностью по сравнению с типом R. Предполагается, что в процессе пайки активаторы испаряются без остатка. Но очевидно, что процесс пайки должен быть гарантированно завершен полным испарением активаторов. Такие гарантии может обеспечить только машинная пайка с автоматизацией температурно-временных процессов (температурного профиля пайки). Рекомендуется смывать остатки с платы. Подходят для работы с мобильными телефонами.

- Тип «RA» (rosin activated – активированная канифоль). Эта группа флюсов предназначена для промышленного производства электронных изделий массового спроса. Несмотря на тот факт, что данный вид флюса отличается более высокой активностью по сравнению с упомянутыми выше, он преподносится рекламой как не требующий отмывки. Поскольку его остатки якобы не проявляют видимой коррозионной активности. Не рекомендуется для работы с мобильными телефонами.

- Тип «SRA» (super activated rosin – сверхактивированная канифоль). Эти флюсы были созданы для нестандартных применений в электронике. Они могут использоваться для пайки никелесодержащих сплавов, нержавеющих сталей и материалов типа сплава ковар. Флюсы типа SRA очень агрессивны и требуют тщательной отмывки при любых обстоятельствах, поэтому их использование в электронике строго регламентировано. В условиях обычного СЦ не применяются!

- Тип «No clean» (не требует смывки). Эта группа специально создана для процессов, где нет возможности использовать последующую отмывку плат или она затруднена по каким-то причинам. Основное отличие этой группы состоит в крайне малом количестве флюса на плате по окончании процесса пайки. Идеально подходят для пайки BGA компонентов! Отмывка не требуется.

От качества флюса во многом зависит хорошее смачивание припоем мест спайки и образование прочных швов. При температуре паяния флюс должен плавиться и растекаться равномерным слоем, в момент же пайки он должен всплывать на внешнюю поверхность припоя. Температура плавления флюса должна быть несколько ниже температуры плавления применяемого припоя.