Виды флюсов для пайки серебра и латуни:бескислотный,безотмывочный

Виды	Описание
Канифоль на основе соснового материала	Классика «жанра» проведения паяльных работ. Присутствует низкий уровень тока утечки вещества и низкую степень для коррозионной рабочей активности
Кислота категории « Ортофосфорная»	Допускается применение как препарат взаимодействия для меди, нержавейки, чёрного металла, есть опыт применения в молекулярной области обращения в биологии. Образует специальную защитную тонкую плёнку, не даёт появлению коррозии.
Кислота паяльная	Предназначена для низколегированной стали, углеродистой стали, никеля, а также некоторых сплавов. Флюс для пайки латуни образует своеобразную защитную плёнку, устраняет эффект коррозии.
Паяльная универсальная кислота	Универсальная активная субстанция с требуемой температурой испарения +295С…+350С. Рекомендуется использовать совместно с 5% раствором на основе кальцинированной соды – в качестве отмывки.
Кислота серии ПЭТ	Для проведения пайки на основе углеродистых сталей, а также для медных материалов и производных никеля. Допускается применять для легкоплавких припоев с максимальной температурой плавления от 150 С до +320 С. В препарат включены хлориды цинка,  а также производные аммония, соляная кислота, вода деионизованного вида.
Жир активный\нейтральный	Внедряется для соединения сильно окислённых деталей радиотехнического значения. В компонентную часть входит вазелиновая основа.
Спирт Изопропанол	Используется для промывки радиодеталей, используемые в медицинских и биологических аппаратах, например для высокоточного технологического узла с микросхемами для проведений операций на сердце.
Компонент типа «Бура»	Доступный флюс для пайки серебра, допускается взаимодействие для углеродистых сталей и некоторых групп цветных металлов.
Глицерин ТАГС	Используется для радиомонтажа, требуется обработка спиртом или прочими компонентами защиты.
Тип ЗИЛ-2	Подходит в качестве традиционной пайки, а также для припоев, где имеются содержание висмута.
Категория ЗИЛ ПЭТ-2	Материалы латуни,  компоненты меди и образующих сплавов
Марка ЛТИ 120(есть группа ПЭТ)	Для радиомонтажа, а также для пайки на основе материала цинка.
Серия СКФ или аналог ФКСп	На основе естественной природной канифоли с добавлением процентного соотношения спиртового раствора.
Вид ФКЭТ (группа СКФ)	Для обработки частей медных контактов
Класс ТАГС ПЭТ	Подходит для материалов углеродистой стали, вещества на основе меди, плавление допустимо до +320 С. Отмывка бензином.
Марка серии Ф-38 ПЭТ	Полностью активный и 100%- эффективный флюс, который может заменить многие препараты, используемые при соединении металлических изделий.
Группа ФИМ (есть группа ПЭТ)	Подойдёт для пайки медных и бронзовых изделий. В составе есть фосфорная кислота.
Подкатегория ФКДТ (есть группа ФКТПЭТ)	Отлично подходит для проведения механизированных процессов пайки и лужения в промышленных масштабах небольших серий обработки печатных микросхем.
ФТС (есть группа ПЭТ)	Слабая коррозионная активность.
Тиноль	Используется совместно с горячим воздухом для SMD-компонентов
Алюминиевый состав	Безотмывочный вариант для соединения алюминиевых деталей.
Флюс-гель, серия ТТ	Используется для радиомонтажных плат, имеет пассивный вариант коррозийности.
ФТС	Водосмываемый вариант, отсутсвует канифоль
Паста паяльная, серия СТ-61А,В,С	Температура плавления до +200 С.
Готовый вариант флюса-аппликатора серии BON-PEN	В форме конструктивной ручки
Безотмывочный флюс типа «крем» FMKANC32-00	Имеется шприц, картридж, поршень и игла.
Interflux	Большая серия флюсов, которые выпускается в миниатюрном варианте, тубах, небольших баночках, а также в канистрах.

Жидкий флюс для пайки типа лти-120 с кисточкой, его состав и применение

В качестве флюса начинающие любители чаще всего используют сосновую канифоль. Она, будучи нагретой до температуры плавления, обладает свойством растворять окисные пленки на металлах и образовывать защитную оболочку.

Но на практике использовать такой флюс не очень удобно. Гораздо лучше применять жидкие флюсы. Их проще наносить на поверхность, они лучше покрывают участки, предназначенные для пайки. Обычно для этого используется кисточка для флюса, сделанная из стекловолокна.

Кислотные

По химическому составу жидкие флюсы подразделяются на активные (кислотные) и бескислотные.

Активные или кислотные флюсы, как понятно из названия, производятся на основе соляной кислоты. Самый распространенный способ – растворить в кислоте гранулы цинка.

Продаются и готовые жидкие флюсы, в состав которых нередко включены добавки, улучшающие их свойства.

Активные жидкие флюсы для пайки быстро растворяют пленку оксидов на поверхности материала, очищая при этом поверхность и от жиров или масел.

Сразу после воздействия кислотных жидких флюсов можно наносить на поверхность расплавленный припой с полной уверенностью, что соединение получится качественным.

Недостатком использования таких флюсов является то, что после пайки они продолжают активно воздействовать на материалы и постепенно разрушают их.

Чтобы этого не произошло, остаток необходимо смыть водой или мягким щелочным раствором. Именно по причине высокой активности нельзя применять жидкие кислотные флюсы при монтаже электрических плат. Тонкие токопроводящие дорожки из фольги просто растворятся под действием кислоты.

Бескислотные

Свойства разъедать металл лишены бескислотные жидкие флюсы, которые производятся на основе канифоли. Для этого канифоль растворяется в спирте, скипидаре либо глицерине.

Такой флюс не агрессивен к металлам и поэтому его еще называют «безотмывочный».

В некоторых случаях в бескислотные флюсы добавляют специальные активаторы, которые способствуют улучшению очищающих свойств. Такие флюсы не настолько агрессивны, как кислотные, и их допускается применять для монтажа печатных плат.

Одним из жидких флюсов, производимых промышленностью, является флюс ЛТИ-120. Состав включает в себя:

• сосновую канифоль;
• этиловый спирт;
• активаторы.

Продается такой состав в пластиковых или стеклянных сосудах. Пробку делают с кисточкой, которую можно применять также для других целей.

Поскольку кисточка из стеклопластика, она не боится воздействия химически активных составов и выдерживает высокие температуры. Перед применением рекомендуют поджечь кончики, и потом их промыть.

Как сделать самому

Если нет возможности приобрести жидкий флюс для пайки, можно сделать его самостоятельно.

Чтобы изготовить активный флюс своими руками, понадобится соляная кислота и кусочки цинка. Цинк может быть в готовых гранулах, но можно получить его, разобрав корпуса старых элементов питания. Для приготовления состава цинк необходимо порезать мелкими кусочками и залить кислотой.

Работы нужно проводить в хорошо проветриваемом помещении. Количество материала берется из расчета 412 г цинка на 1 л соляной кислоты.

Бескислотный флюс легко получить, растворив сосновую канифоль в спирте. Для этого канифоль измельчается как можно мельче, чтобы сократить время растворения.

Измельченная канифоль помещается в стеклянную посуду и заливается спиртом. Для ускорения растворения канифоли рекомендуется емкость с составом перемешивать, а еще лучше дополнительно подогреть до 70–80 ℃ градусов на водяной бане.

Конечно же сосуд с будущим флюсом необходимо закрыть, так как при температуре около 78 ℃ этиловый спирт начнет кипеть и испаряться.

Изготовленный самостоятельно жидкий флюс не будет обладать теми характеристиками и свойствами, которыми отличаются заводские марки. Тем не менее, как запасной вариант при пайке он вполне приемлем.

применение, классификация, меры предосторожности при использовании

Пайка представляет собой процесс соединения радиоэлементов между собой, и для этого требуется применение различных присадочных материалов, таких как припой и флюс.

Припой представляет собой металл или сплав различных металлов, имеющий температуру плавления меньшую, чем в соединяемых металлах. Он обеспечивает прочное соединение и заполняет зазоры между соединяемыми частями заготовки.

Требования к флюсам

Для улучшения спаивания деталей и качества получаемого соединения, а также очищения поверхности от оксидной пленки и жировых загрязнений, применяются различные флюсы. Любой применяемый в работе флюс должен выполнять следующие требования:

1. Температура плавления должна быть ниже температуры плавления припоя. Это основное условие качественного соединения деталей.
2. Не должен вступать в реакцию с припоем.
3. Должен обеспечивать хорошее растекание припоя по поверхности и смачивать все обрабатываемые изделия.
4. Должен удалять и разрушать все оксидные и жировые пленки.
5. Остатки должны хорошо смываться с поверхностей.

Флюсы принято делить на активные и нейтральные в зависимости от наличия в их составе кислот. Кислотные активно взаимодействуют с многими растворяемыми оксидными пленками и жирами.

При этом они выделяют токсичные вещества при испарении и могут со временем повредить печатную плату, если их не удалить. Это связано с тем, что активная кислота, входящая в состав данных флюсов, хорошо растворяет различные металлы, например, те, из которых состоят радиодетали и сама плата.

Нейтральные варианты зачастую лишены этих недостатков, но пайка проходит не так качественно, как при применении кислотных.

Группы флюсов

Все существующие препараты можно разделить по эффективности на три группы согласно ГОСТу:

• Нейтральная группа. Из-за почти нулевой активности компонентов данные флюсы слабо очищают поверхности, а припои, которые используются с ними, должны быть легкоплавкими. Применяются при работе с медными материалами, медью, покрытой кадмием, серебром и оловом. К этой категории относят канифоли, воски, древесные смолы и стеарин.
• Слабокоррозийная группа. Для нее характерно растворение в спирте, воде, различных жирах и слабых кислотах. Одним из обязательных компонентов каждого флюса данной группы является канифоль, обеспечивающая антикоррозийную функцию. В процессе пайки хорошо испаряется, разлагается и сгорает.
• Сильная коррозийная группа. Компонентами данных флюсов являются хлориды, фториды и сильнейшие неорганические кислоты. Изготавливаются в виде паст и в твердом виде, способны разрушать стойкие оксидные пленки на черных и цветных металлах.

Обзор различных флюсов для пайки

1. Канифоль. Различают канифоль по количеству в ней жирных кислот, чем темнее — тем больше кислот в составе. Хоть и является неактивным флюсом, но учитывая наличие кислот в составе, остатки канифоли лучше удалять с пайки. Является самым популярным и доступным материалом. К недостаткам можно отнести выделение большого количества дыма при пайке и быстрое покрытие копотью жала паяльника. Твердую канифоль тяжело использовать при пайке, поэтому ей лудят паяльники и провода, а для соединения радиоэлементов лучше применять жидкую канифоль в спирту.
2. Паяльная кислота. Состав данного флюса включает в себя сильные кислоты — ортофосфорную или соляную и хлористого цинка, который может достигать 50% в растворе. Доступный и дешевый материал, разъедающий все жировые пленки и позволяющий спаивать почти любые виды металлов. Но кислота очень токсична, поэтому работы следует проводить вне жилых помещений с применением индивидуальных средств защиты. Помимо этого, является неплохим проводником электричества, даже малейший остаток на соединении разъест дорожки платы, поэтому ее лучше не использовать совсем.
3. Бура. Является солью борной кислоты и представлена в виде порошка. Для получения жидкого флюса ее смешивают с борной кислотой и водой. Работает при очень высоких температурах, поэтому ее можно применять при работах со строительным феном. Бура — активный флюс, поэтому необходимо тщательно смывать остатки.
4. Паяльный жир. В зависимости от состава может быть как нейтральным, так и активным. Состоит из канифоли, вазелина, парафина, хлоридов цинка и аммония. Очень хорошо показывает себя при очищении сильно загрязненных поверхностей, поскольку парафин в составе вытягивает всю грязь от места пайки. Медленно испаряется, почти не дает нагара, но остатки долго испаряются.
5. ЛТИ 120. Состав представлен канифолью (20%), этиловым спиртом (95%) и вспомогательными добавками, такими как триэтаноламин (2%) и диэтиламин солянокислый (3−5%). Обладает низкой стоимостью, не проводит электрический ток, что позволяет использовать этот флюс для пайки радиодеталей. В комплекте часто идет удобная кисточка, которой легко наносить материал на место пайки. К некоторым недостаткам можно отнести быстрое испарение и потенциальную токсичность.
6. СКФ. Спирто-канифольный флюс состоит из этилового спирта (60−80%) и сосновой канифоли (20−40%). Неактивный материал, который можно изготовить самостоятельно, добавив в спирт измельченную канифоль. Слабо коптит, удобен в нанесении. К недостатку относят быстрое высыхание по причине испарения спирта, поэтому хранить его следует в плотно закрытой таре.
7. Оксидал. Применяется для чистки жала паяльника, а также пайки сильно окисленных и загрязненных медных проводов.

Вышеперечисленные материалы являются самыми доступными и популярными. Кроме них существуют специальные флюсы в виде гелей, но они обладают очень высокой стоимостью и вряд ли потребуются в любительском радиоделе.

Чем заменить флюс для пайки

При отсутствии флюса и невозможности его приобретения можно применять некоторые подручные материалы, но следует помнить, что качество пайки будет очень низким, а остатки материала зачастую трудноудалимы или токсичны. Тем не менее о некоторых адекватных вариантах следует знать.

• Аспирин. Салициловая кислота или раствор таблетки аспирина в воде может применяться при пайке, но его пары слишком токсичные, и очень желательно работать в нежилых помещениях с хорошей вентиляцией, а лучше всего на открытом воздухе. Обладает всеми недостатками активных флюсов, требует обязательной промывки поверхности после пайки.
• Нашатырь, а также лимонная или уксусная кислота тоже может применяться как замена флюсам, при этом их концентрация не требует дополнительного разведения водой.
• Глицерин может подойти для пайки радиодеталей на плате, но имеет остаточное сопротивление и хорошую гигроскопичность, поэтому обязательно промывается с платы.

Следует помнить, что пайка будет качественной в том случае, когда флюс подобран правильно. Для каждого металла есть идеально подходящие флюсы, а другие могут не сработать. Помимо этого, очень не рекомендуется паять платы активными флюсами, особенно имеющими в своем составе кислоты, поскольку при неполном удалении остатков флюса с поверхности печатной платы активные компоненты будут уничтожать токопроводящие медные дорожки.

Паять детали следует паяльником с идеально залуженным жалом, а при появлении нагара стараться очищать жало в оксидале, это позволит провести очень хорошую пайку. По завершении работ остатки флюса с поверхности спаянных деталей и плат обязательно нужно удалять подходящим способом. Дорожки платы можно покрывать специальными лаками, например, цапонлаком, это позволит защитить их от влаги.

Флюсы для пайки

Подробности

Категория: Технологии

     Кроме припоя, вам потребуется хороший флюс – вещество, которое защищает поверхность металла и припоя от окисления, поскольку во время пайки температура соединяемых деталей повышается, и скорость окисления их поверхности значительно возрастает. Вследствие этого припой не смачивает соединяемые детали. Для растворения и удаления оксидов применяют флюсы. Они надежно защищают поверхность металла и припоя от окисления и способствуют диффузии металлической поверхности и расплавленного припоя.
     По действию, оказываемому на подвергающийся пайке металл, флюсы разделяют на химически активные (в большинстве своем кислотные) и химически пассивные (на основе канифоли). При монтаже электро- и радиоаппаратуры применение кислотных флюсов не допускается, так как с течением времени их остатки разрушают место пайки и изделие выходит из строя.

Активные (кислотные) флюсы
Название и состав, %	Область применения	Способ удаления остатков
Кислота паяльная: хлористый цинк – 25–30; соляная кислота – 0,6–0,7; вода	Пайка деталей из черных и цветных металлов	Тщательная промывка в воде
Флюс-паста водная: хлористый цинк (насыщенный раствор) – 3,7; вазелин технический – 85; дистиллированная вода	Область применения та же, когда по роду работы удобнее пользоваться пастой	Тщательная промывка в воде
Флюс спирто-канифольный: канифоль – 16–24; хлористый цинк – 1; спирт этиловый	Пайка цветных и драгоценных металлов (в том числе золота), важных деталей из черных металлов	Промывка в ацетоне или спирте
Флюс-паста канифольная:канифоль – 16; хлористый цинк – 1–4; вазелин технический	Область применения та же, для получения соединений высокой прочности, но только деталей простой конфигурации, не затрудняющей промывку	Промывка в ацетоне или спирте
Флюс спирто-глицериновый: хлористый цинк – 14; глицерин – 3; спирт этиловый – 40; вода дистиллированная	Пайка никеля, платины и сплавов, в которые входит платина	Тщательная промывка в воде
ФИМ	Пайка нержавеющей стали, никеля, меди и их сплавов	Промывка в ацетоне или спирте
Ф61	Пайка алюминия и его сплавов, меди и сплавов, никеля оловянным припоем	Промывка в  ацетоне или спирте
Ф38Н	Пайка нихрома, константина, люминиевой и берилиевой бронз, нержавеющей стали	Промывка в ацетоне или спирте

    К безкислотным флюсам относятся канифоль и составы, приготовляемые на ее основе с добавлением неактивных веществ (спирта, скипидара, глицерина). Остаток канифоли не гигроскопичен и не вызывает коррозии паяного соединения.

Активные (кислотные) флюсы
Название и состав, %	Область применения	Способ удаления остатков
Канифоль светлая сосновая	Пайка и лужение латуни, меди, бронзы мягкими и легкоплавкими припоями	Протирка кистью или тампоном, смоченным в спирте или ацетоне
Флюс спиртоканифольный: канифоль – 15–30; спирт этиловый	Область применения та же, а также пайка в труднодоступных местах	Протирка кистью или тампоном, смоченным в спирте или ацетоне
Флюс стеариновый: канифоль – 24; стеарин – 1; спирт этиловый	Область применения та же	Протирка кистью или тампоном, смоченным в спирте или ацетоне
Флюс глицериновый: канифоль – 6–9; глицерин – 14–50; спирт этиловый	Область применения та же, при повышенных требованиях к герметичности паяного соединения	Протирка мягкой тканью, смоченной в спирте или ацетоне
Флюс вазелиновый: канифоль – 6–9;  вазелиновая мазь – 14–50; спирт этиловый	Область применения та же, при лужении печатных плат	Протирка мягкой тканью, смоченной в спирте или ацетоне
Паста канифольно-вазелиновая: порошок канифоли; вазелиновая мазь	Область применения та же, при лужении печатных плат	Протирка мягкой тканью, смоченной в спирте или ацетоне
Флюс бензино-канифольный: канифоль – 40; бензин Б70 – 60	Пайка и лужение латуни и меди	Протирка кистью или тампоном, смоченным в бензине

  Самым простым флюсом является канифоль. В магазинах встречается смычковая канифоль, которой натирают смычки музыкальных инструментов. Она вполне пригодна для пайки. Но можно воспользоваться «природной»  канифолью, совершив прогулку в сосновый лес.
  Наберите смолы, растопите ее в жестяной банке на слабом огне, чтобы смола не воспламенилась. Расплавленную массу разлейте в спичечные коробки или другие подходящие емкости. После застывания смола канифоль готова к употреблению.
  Канифольный флюс дешев и доступен, но не всегда удобен в применении. Поэтому в радиолюбительской практике все большую популярность приобретает жидкая канифоль, которая очень хорошо зарекомендовала себя при пайке в труднодоступных местах. Ее можно изготовить самостоятельно. Твердую канифоль измельчают в порошок, высыпают его в емкость, например, с глицерином, помешивая раствор палочкой и добавляя канифоль до получения густой кашицы. Хранить такую канифоль необходимо в пузырьке с плотно закрывающейся крышкой, а наносить на спаиваемые места тонкой палочкой или проволокой. При отсутствии глицерина можно использовать этиловый или борный спирт. Использование спирто-канифольного флюса позволяет получить высокое качество пайки, кроме того, такая пайка выглядит аккуратнее.
  Однако флюс быстро засыхает на кисточке, и по окончании работы ее приходится отмывать в спирте. Намного удобнее наносить флюс одноразовым шприцем объемом 2 или 5 см3. В него надо набрать немного жидкого флюса, а остальной объем заполнить воздухом. Слегка сжимая шприц пальцами, выдавливают каплю флюса на место пайки. Для удобства работы иглу шприца следует затупить.
  Чтобы флюс не засыхал в канале иглы, после пайки в шприц надо набрать немного воздуха, держа его иглой вверх. В таком же положении и хранят шприц с флюсом. Если флюс все-таки засох, достаточно коснуться кончиком иглы разогретого паяльника – игла сразу же очистится.
 Совет После пайки отмойте печатную плату спиртом и покройте спирто-канифольным флюсом – плата приобретет хороший внешний вид, а ее проводники будут защищены от окисления.
 Следует отметить, что глицериновый и спиртовой флюсы электропроводны. Вазелиновый флюс не имеет этого недостатка и, кроме того, не требует дорогих растворителей, длительное время не высыхает в открытой посуде. Во многих случаях очень удобно использовать канифольно-вазелиновую пасту. Для ее приготовления твердую канифоль надо растолочь и просеять через мелкое сито (подходит сито для муки). Далее канифольный порошок перемешивают с любым косметическим вазелином, предварительно убедившись в его изоляционных свойствах. Пригодны для этой цели и некоторые кожные кремы, например «Детский». Основу берут в количестве, необходимом для получения пасты с консистенцией густой сметаны. Остатки флюса после пайки легко удаляются лоскутом мягкой ткани, а плата промывается спиртом, бензином или ацетоном.

Добавить комментарий

Водосмываемые и безотмывные флюсы. Что выбрать?

20 Мая 2015

Херьян Дипстратен (Gerjan Diepstraten), Cobar Europe B. V., [email protected]
Тим Лоуренс (Tim Lawrence), Ph.D., Cobar/Balver Zinn, [email protected]

Под редакцией инженера-технолога, к. х. н. Татьяны Кузнецовой
Перевод Артема Вахитова

Отмывать «безотмывный» флюс или использовать паяльную пасту с водосмываемым флюсом? Рассуждениями на эту тему делятся специалисты компании Cobar.

После отказа в 1970-х годах от использования хлорфторуглеродных растворителей для отмывки печатных узлов в электронной промышленности на этапе сборки все шире применяется технология безотмывных флюсов. Среди ее преимуществ — снижение затрат, сокращение числа технологических операций и упрощение процесса аттестации за отсутствием необходимости задавать параметры отмывки.

Для тех, кому нужна повышенная надежность, которую обеспечивает отмывка, сохраняется возможность использовать паяльные пасты с водосмываемыми флюсами, представленными на рынке в широком ассортименте. Этот метод позволяет применять сильно активированные материалы, подходящие для компонентов с плохой паяемостью и/или высокой теплоемкостью, без риска эксплуатационных отказов.

В последние годы стирается грань между описанными двумя стратегиями: некоторые производители прибегают к отмывке остатков безотмывных флюсов, стремясь совместить удобство применения таких флюсов с надежностью, обеспечиваемой отмывкой водой.

В настоящей статье оценивается целесообразность такого подхода.

Водосмываемые и безотмывные флюсы

Помимо способности к флюсованию основным требованием к водосмываемому флюсу является возможность удаления его остатков путем отмывки в воде (желательно без применения химических добавок). Не обязательно, чтобы все компоненты флюса были водорастворимыми. Водосмываемый флюс обычно изготавливается на базе водорастворимого полимера, активированного гидрогалогенидами аминов и органическими кислотами с добавлением подходящих растворителей и реологических модификаторов.

В состав типичного безотмывного флюса входит канифоль (часто модифицированная для улучшения цвета и повышения стойкости к окислению), другие компоненты для улучшения активации (отчасти аналогичные тем, которые применяются в водосмываемых флюсах), ингибиторы коррозии, растворители и желирующие вещества. Основным элементом является канифоль. По своим физико-химическим свойствам она идеально подходит для поставленных целей.

В процессе пайки оплавлением образуется вязкая жидкость, действующая как устойчивый активатор. По окончании этого процесса жидкость затвердевает, обволакивая продукты флюсования и не вступившие в реакцию компоненты флюса. Будучи нерастворимым в воде диэлектриком, канифоль создает местное конформное покрытие, которое защищает находящиеся под ним участки электронных цепей от воздействия различных факторов, например от повышенной влажности.

В отличие от водорастворимых флюсов здесь не требуется, чтобы все остатки флюса были растворимы в том или ином растворителе. Более того, такое требование было бы чрезвычайно обременительным, учитывая широкое разнообразие используемых материалов — от водорастворимых дикарбоновых кислот и гидрогалогенидов аминов до водонерастворимых галогенированных органических соединений и канифоли, а также различных солей, оксидов и гидроксидов металлов, образующихся в процессе пайки. При разработке формул безотмывных флюсов возможность отмывки не предусматривается. Валидация продуктов (в частности, по показателям поверхностного сопротивления изоляции и электрохимической миграции) осуществляется исходя из этого предположения.

Методы отмывки

Омыление — широко распространенный и давно применяющийся метод отмывки. Омылителем называется щелочной материал, при взаимодействии которого с кислотными компонентами загрязнений образуется мыло (соль органической кислоты), растворимое или, по крайней мере, диспергируемое в воде. В этой форме загрязнения удаляются с поверхности. Помимо электроники, омылители применяются во многих бытовых и промышленных моечных системах, например, в качестве моющих средств для посудомоечных машин. В электронике основным объектом отмывки являются остатки канифольного флюса. В результате реакции омылителя с его кислотными компонентами образуется канифольное мыло. По аналогичному механизму удаляется непрореагировавшая карбоксильная кислота. Так как омылитель применяется в форме водного раствора, он действует и на остатки водорастворимых флюсов. Однако в зависимости от тщательности процесса отмывки водонерастворимые и неомыляемые загрязнения могут удаляться не полностью.

На рынке представлено множество различных гликольэфирных чистящих растворителей. Как правило, они тоже хорошо растворяют канифоль, но не столь эффективны в отношении других флюсовых загрязнений, особенно более полярных (с низкой молекулярной массой) карбоксильных кислот. Полуводная технология, при которой растворитель смешивается с водой или предусматривается дальнейшее ополаскивание в воде, позволяет удалять более широкий спектр загрязнений.

При отмывке чистой водой (без омылителя) удаляются только водорастворимые загрязнения, если только нет значительного физического воздействия или высокой температуры для создания эффекта физического «трения». Последний вариант может быть действенным, но ставит под угрозу целостность печатной платы.

Практическая возможность отмывки безотмывного флюса

Эксперимент

Есть множество причин не отмывать безотмывный флюс, но интерес к такой возможности растет. Формула безотмывного флюса такова, что он обволакивает активаторы, оставшиеся на плате после пайки. Он не рассчитан на отмывку, и поэтому его остатки труднее удалить с печатного узла.

Эти остатки содержат активаторы, желирующие вещества и смолы. Их количество зависит от состава паяльной пасты и условий технологического процесса (например, температуры оплавления), воздействию которых подвергался печатный узел.

При проведении первого эксперимента исследовалась возможность отмывки безотмывного флюса и определялось влияние различных параметров на качество отмывки. Он был спланирован как полный факторный эксперимент со следующими параметрами и уровнями.

Таблица 1. План эксперимента

Фактор	Единицы измерения	Уровень 1	Уровень 2	Уровень 3
Температура отмывки	°C	35	50	65
Время отмывки	мин	5	10	20
Концентрация омылителя	%	Только деионизированная вода	Деионизированная вода + 10% отмывочного средства	Деионизированная вода + 20% отмывочного средства

Эксперимент был выполнен на небольшом лабораторном отмывочном устройстве. Паяльная паста была нанесена печатным способом на медные образцы (трафарет размерами 107×76×0,2 мм с тремя круглыми отверстиями с диаметром апертуры 6,5 мм).

Образцы были подвергнуты пайке оплавлением в конвекционной печи по типовому профилю для оловянно-свинцовых припоев с пиковой температурой 215 °C. Затем была произведена отмывка образцов при различных значениях концентрации омылителя, температуры и времени отмывки. Остаток был взвешен на весах с четырехзначным отсчетным устройством.

Средняя масса паяльной пасты, нанесенной на образцы, равнялась 0,07 г. Остаток флюса после пайки составил 51%. Остальные 49% испарились в процессе пайки оплавлением.

Анализ данных

Все факторы эксперимента (температура, концентрация и время отмывки) существенно повлияли на результат. Отмыть безотмывный флюс чистой деонизированной водой не удалось, так как он содержит неполярные водонерастворимые остатки, удаляемые только с использованием добавок, например омылителей.

Рис. 1. Доля флюса, удаленного с печатной платы. Приведенные значения являются средними от уровней параметров

Наибольшее влияние оказали концентрация отмывочного средства и время отмывки. На рис. 2 показано соотношение между обоими факторами.

Рис. 2. Степень чистоты печатной платы как функция времени отмывки и концентрации омылителя

Дополнительные эксперименты по отмывке

На основе этих данных были выбраны два метода отмывки тестовых печатных плат, пайка которых осуществлялась тремя различными паяльными пастами с безотмывными флюсами:

• струйный;
• ультразвуковой.

После пайки тестовые платы отмывались, а качество их отмывки проверялось путем визуального контроля и с помощью измерителя уровня ионных загрязнений.

Максимально допустимый остаток флюса на печатном узле регулируется стандартом IPC J-STD-001E: печатные узлы класса 1 — менее 200 мг/см²; печатные узлы класса 2 — менее 100 мг/см²; печатные узлы класса 3 — менее 40 мг/см².

Аэрозольный метод тестировался в машине для групповой отмывки с использованием отмывочного средства на водной основе при следующих параметрах.

Таблица 2. Условия групповой аэрозольной отмывки

Параметр	Значение
Концентрация омылителя	20%
Время отмывки	12 мин
Температура отмывки	60 °C
Ополаскивание	6 циклов, деионизированная вода
Время сушки	12 мин
Температура сушки	65 °C

Ультразвуковая отмывка печатных узлов является предметом дискуссий уже на протяжении 50 лет. Согласно стандарту IPC-STD001E ультразвуковая отмывка допустима в следующих случаях:

• печатные платы без компонентов или печатные узлы, содержащие только зажимы или соединители, но не электронные компоненты;
• печатные узлы с электронными компонентами — только если производитель может документально подтвердить, что воздействие ультразвука не ухудшает механические или электрические характеристики изделия или компонентов, подвергающихся отмывке.

Современные ультразвуковые отмывочные машины работают на переменной частоте во избежание возникновения потенциально вредных гармоник. Тестовая плата без компонентов отмывалась в ультразвуковой отмывочной установке с одной ванной.

Таблица 3. Условия ультразвуковой отмывки

Параметр	Значение
Концентрация омылителя	20%
Время отмывки	12 мин
Температура отмывки	60 °C
Частота	30 кГц
Ополаскивание	4 цикла, деионизированная вода
Время сушки	8 мин
Температура сушки	65 °C

Визуальный контроль плат после отмывки показал, что все остатки флюса были удалены и паяные соединения выглядели чистыми.

Паста с безотмывным флюсом и SnPb-припоем — до
отмывки

Паста с безотмывным флюсом и SnPb-припоем — после отмывки

Паста с безотмывным флюсом и припоем SAC305 — до отмывки

Паста с безотмывным флюсом и припоем SAC305 — после отмывки

Паста с безотмывным флюсом и припоем SN100C — до отмывки

Паста с безотмывным флюсом и припоем SN100C — после отмывки

На тестовых платах был измерен уровень остаточных ионных загрязнений. Результаты для трех различных сплавов и двух методов отмывки показаны на рис. 4.

Рис. 4. Уровни остаточных ионных загрязнений: существенно ниже максимума в 40 мг/см2 во всех случаях

Зона риска: малоразмерные компоненты с малым зазором между платой и корпусом

Между соседними проводниками в присутствии электрического поля во влажной среде может происходить электрохимическая миграция. Металл анода растворяется с возникновением металлических ионов (катионов), которые мигрируют к катоду. На катоде они восстанавливаются и образуют дендриты, растущие по направлению к аноду. В итоге это может привести к короткому замыканию. Даже когда этого не происходит, в пределах электрохимической ячейки, возникающей между проводниками, снижается поверхностное сопротивление изоляции. Оба эффекта потенциально угрожают целостности электрических цепей, особенно тех, что содержат малый шаг между проводниками.

В частности, угрозу надежности изделия представляют остатки высокоактивных органических кислотных, галоидных или галогенизированных флюсов в малых зазорах под корпусами компонентов, не удаленные в процессе отмывки после пайки.

Существующие методы управления технологическими процессами и обеспечения качества не позволяют надежно выявлять остатки флюса в этих местах.

Если применяется водосмываемый флюс, печатный узел необходимо полностью отмыть от его остатков, иначе может пострадать надежность (например, из-за риска роста дендритов). Более серьезная проблема возникает в связи с распространяющейся в последнее время практикой отмывки безотмывных флюсов слабым раствором отмывочного средства в деионизированной воде. Как и в случае водосмываемого флюса, остатки флюса на печатном узле могут стать причиной отказа, поскольку попытка отмывки нарушает защитные свойства канифоли.

Одной из важных тенденций в электронике является миниатюризация. Размеры компонентов постоянно уменьшаются. В связи с этим растут требования к точности работы устройств трафаретной печати и автоматов установки компонентов, а в паяльных пастах порой приходится использовать порошок припоя типов 4 или 5 вместо типа 3. Применение более мелких порошков вынуждает пересмотреть композицию флюса. У мелкого порошка больше площадь поверхности металла, поэтому он может требовать большего количества флюса или иной системы активации. Чем больше флюса в паяльной пасте, тем большее его количество остается под небольшими компонентами после пайки.

Еще один эффект, возникающий при малом шаге между компонентами, — это гроздевидное комкование припоя из-за недостаточного слипания. Термином «гроздевидное комкование припоя» (solder graping) обозначают последствия плохого смачивания, когда паяльная паста частично расплавилась, но до конца не спаялась или не растеклась. Гроздевидному комкованию могут способствовать как дефекты порошка припоя (окисление, загрязнение металла), так и неоптимальный состав флюса (необходимость в более сильном активаторе или добавках, повышающих температурную стабильность).

Гроздевидное комкование не следует считать дефектом, если лишь внешние шарики припоя соприкасаются с расплавленной массой припоя и остаются ее частью, не нарушая требований к минимальному электрическому зазору.

Нерасплавленные шарики припоя могут застревать в остатках флюса и в худшем случае приводить к образованию мостиков припоя.

Рис. 5. Гроздевидное комкование припоя на компонентах типоразмера 0603

При отмывке этих плат остатки флюса полностью удаляются вместе с застрявшими шариками припоя, если те не соединены с расплавленной массой припоя (рис. 6 и 7).

Рис. 6. Шарики припоя, застрявшие в остатках флюса поверх галтели припоя на контактной площадке вывода микросхемы в корпусе типа SOIC

В случае цепей с малым шагом между проводниками наблюдается непропорционально высокое содержание окислов на контактных площадках и поверхности выводов компонентов при меньшем количестве флюса (меньших объемах паяльной пасты).

Рис. 7. Отмывка безотмывного флюса привела к удалению всех его остатков, в том числе застрявших шариков припоя

Миниатюризация компонентов затрудняет отмывку. Расстояния между контактными площадками резко сокращаются с 3,5 мм для компонентов типоразмера 2010 до 0,1 мм для компонентов типоразмера 01005. Растет риск образования мостиков припоя, электрохимической миграции и других неблагоприятных эффектов, а зазор между корпусами компонентов и платой сужается. В связи с этим возникает потребность в отмывочных составах с низким поверхностным натяжением и достаточной капиллярной силой для проникновения под эти малоразмерные компоненты.

Рис. 8. Типоразмеры компонентов и зазор между корпусом и платой

После демонтажа припаянных SMD-компонентов стало очевидно, что весь объем пространства под компонентами типоразмера менее 0603 был полностью заполнен остатками флюса из паяльной пасты, препятствующими проникновению отмывочного средства.

Для того чтобы проверить отмываемость малоразмерных компонентов с малым зазором между корпусом и платой, печатный узел был подвергнут отмывке в лабораторном устройстве, которое использовалось в спланированном выше эксперименте. Отмывка производилась в течение разного времени с помощью того же отмывочного средства (в концентрации 20%) при температуре 50 °C. Затем компоненты были демонтированы для визуального контроля наличия остатков флюса.

Таблица 4. «0» — остатки удалены полностью; «–» — остатки удалены частично; «X» — остатки не удалены

	Время отмывки
Компоненты	20 мин	40 мин	60 мин
MELF	–	0	0
0402	X	–	0
0603	X	–	0
1206	X	X	–

Термопрофили пайки оплавлением и их влияние на количество остатка флюса

Качество пайки конкретной паяльной пастой и последующей отмывки зависит от термопрофиля пайки оплавлением. Профиль нагрева также влияет на смачивание, количество остатка флюса и твердость (отмываемость) остатков.

В целях определения условий наилучшего смачивания для паяльной пасты и количества остатка флюса на печатном узле после пайки был спланирован эксперимент по методу Тагучи.

Факторы, учтенные в эксперименте, описывают три критически важных фазы процесса пайки: скорость нагрева, время выдержки и пиковую температуру пайки. Четвертый фактор — атмосфера (воздушная или азотная).

Для оплавления паяльной пасты, нанесенной на медные образцы методом трафаретной печати, использовался термогравиметрический анализатор. На образцы по 100-мкм трафарету наносился отпечаток паяльной пасты диаметром 1,5 мм. По измеренной потере массы в ходе пайки определялось количество остатка флюса. Под микроскопом измерялся диаметр участка смачивания. По сделанному шлифу паяного соединения определялись высота галтели припоя и краевой угол смачивания (чем меньше этот угол, тем лучше смачивание).

Рис. 9. Усредненные характеристики влияния различных параметров на смачивание (чем меньше краевой угол смачивания, тем лучше)

Для оловянно-свинцовых сплавов наилучшее растекание достигалось при быстром нагреве и пиковой температуре 215 °C в атмосфере азота.

Паяльная паста с водосмываемым припоем содержит более сильные активаторы, что приводит к лучшему смачиванию. Средний краевой угол смачивания для паяльной пасты с водосмываемым флюсом был на 1° меньше, чем для паяльной пасты с безотмывным флюсом.

Рис. 10. Параметры профиля пайки в плане эксперимента по методу Тагучи

Свинцовые и бессвинцовые припои

Применение бессвинцовых припоев создает многочисленные дополнительные трудности при отмывке. В этих условиях привлекательным вариантом являются водосмываемые флюсы, так как в них можно использовать более сильные активаторы. Но из-за повышенных температур пайки у таких флюсов тверже остаток, что затрудняет отмывку.

Остаток флюсов этого типа труднее смывается из-за большей молекулярной массы, более сложной структуры ингредиентов и большего количества побочных продуктов реакции.

У бессвинцовых сплавов поверхностное натяжение приблизительно на 20% выше, чем у оловянно-свинцовых. Это сказывается на характеристиках смачивания. Результат можно увидеть, измерив краевой угол смачивания паяного соединения.

Оптимальные параметры для каждой паяльной пасты были определены по методу Тагучи. Затем в ходе проверочных экспериментов с оптимальными настройками были получены следующие данные.

Таблица 5. Краевой угол смачивания для различных паяльных паст, нанесенных на медные образцы и подвергнутых пайке оплавлением в атмосфере азота при оптимальных условиях

	Краевой угол смачивания, °		Остаток флюса, %
	Безотмывный флюс	Водосмываемый флюс	Безотмывный флюс	Водосмываемый флюс
SAC 305	19,2	16,9	23,2	55,7
SN100C	17,9	14,8	18,8	50,8
SnPb	9,5	9,2	21,2	59,4

С помощью термогравиметрического анализа измерялся остаток флюса после пайки. В случае бессвинцовых припоев остаток был меньше из-за более высоких температур в профиле пайки по сравнению с оловянно-свинцовыми припоями.

По своему составу водосмываемый флюс кардинально отличается от безотмывного. Его остаток на печатной плате имеет большую массу и совершенно иной состав. Он гигроскопичен и активен, но легко удаляется даже деионизированной водой.

Заключение

Отмывочные средства стали совершеннее, и отмывка после пайки превратилась в рентабельный этап производственного процесса в условиях, когда важнейшими факторами, угрожающими эксплуатационной надежности, являются коррозия и утечка тока.

Одной только деионизированной воды может оказаться недостаточно для удаления остатков флюса под малоразмерными SMD-компонентами. Она позволяет удалять только неионные остатки с поверхности печатной платы. Ввиду высокого поверхностного натяжения деионизированная вода неспособна проникать под компоненты с малым зазором между корпусом и платой.

Остаток безотмывного флюса можно отмыть, но чистая деионизированная вода не позволяет удалять твердые остатки, которые выделяют воду, а не растворяются в ней. Для полного удаления смол необходим омылитель.

Рис. 11. Риск снижения надежности для различных формул флюсов

Для полного смывания остатка предпочтительно использовать паяльную пасту с водосмываемым флюсом, потому что он легко удаляется, содержит более сильные активаторы и безопасен после отмывки. При неполном смывании есть риск снижения надежности (с миниатюризацией риск возрастает из-за малого зазора между корпусами компонентов и платой, высокой плотности монтажа, малой толщины проводников и малого расстояния между ними).

Как выбрать флюс для пайки

Важнейшим элементом при ремонте любой аппаратуры является пайка. Припой, флюсы, паяльная паста – все это необходимо учитывать при выполнении ремонтных работ. Если с припоем все относительно понятно – обычно для этого применяются оловянно-свинцовые припои с различной температурой плавления (в зависимости от состава сплава), то как быть с флюсом? Для чего он нужен?

Основное предназначение флюса – удаление с поверхности оксидов, а также снижение поверхностного натяжения с целью улучшения растекания припоя. Кроме того, флюс для пайки служит защитой места соединения от воздействий внешней среды.

Какие бывают флюсы

По своему действию, оказываемому на металлические поверхности, флюсы бывают следующих видов.

• Активные (называемые также кислотными). В их составе содержится соляная кислота, фтористые и хлористые металлы. Активный флюс для пайки интенсивно растворяет оксидную пленку, образующуюся на поверхности металла, обеспечивая тем самым высокую механическую прочность будущего соединения. Следует помнить, что активный флюс не годится при ремонте электроаппаратуры, поскольку его остатки со временем разъедают место пайки.
• Бескислотные. К ним относятся канифоль, а также приготовленные на основе канифоли флюсы с добавлением скипидара, спирта или глицерина. Бескислотный флюс для пайки не только очищает поверхность металла от окислов, но и защищает ее от дальнейшего окисления. Кроме того, применение канифоли не вызывает разъедания поверхности. Обычно применяется при пайке медных, бронзовых и латунных изделий.
• Активированные. Готовятся из канифоли, в которую добавляют в небольших количествах фосфорный или солянокислый анилин, салициловую кислоту и солянокислый диэтиламин. Активированный флюс для пайки может применяться для самых различных металлов и сплавов (железа, меди, никеля, бронзы, нихрома, серебра, стали). Его также можно использовать для пайки оксидированных деталей из медных сплавов без их предварительной зачистки.
• Антикоррозийные. Эти флюсы изготовляют из фосфорной кислоты с добавлением различных растворителей и органических соединений. Кроме того, в состав некоторых таких флюсов могут входить органические кислоты. Антикоррозийный флюс применяется для пайки меди и ее сплавов, а также серебра, платины и константана.
• Защитные. К ним относятся оливковое масло, воск, вазелин, сахарная пудра. Защитные флюсы не оказывают на металл химического воздействия, а также предохраняют очищенную поверхность от окисления.

Кроме того, для пайки изделий из чугуна, углеродистых сталей, а также меди и ее сплавов применяют буру (тетраборат натрия), представляющую собой белый кристаллический порошок, имеющий температуру плавления 741^оС.

Также буру (точнее, ее смесь с борной кислотой в соотношении 1:1) используют для пайки нержавеющей стали и твердых жаропрочных сплавов.

В качестве флюса для латунных изделий используют смесь, состоящую из равных частей поваренной соли и хлористого кальция.

Для пайки алюминиевых изделий необходим флюс, имеющий низкую температуру плавления. Обычно флюс для пайки алюминия содержит от 30 до 50% хлористого калия.

Флюс для пайки может выпускаться в форме порошка, жидкости или пасты. Кроме того, существуют специальные паяльные пасты, в которых частицы припоя содержатся уже вместе с флюсом.

Что важно знать при выполнении пайки

При выборе флюса для пайки учитывается не только то, из какого материала изготовлены детали, подлежащие пайке, но и какой используется припой. Температура плавления флюса не должны превышать температуру плавления припоя.

Независимо от типа используемого флюса место пайки после окончания работ необходимо протереть тряпочкой, смоченной в ацетоне или в спирте-ректификате. После чего очистить это место щеточкой или кисточкой, смоченной любым растворителем, чтобы удалить остатки флюса. Особенно это касается активного флюса, поскольку продукты его разложения не только загрязняют место пайки, но и являются очагом коррозии.