Набор флюсов является неотъемлемым элементом каждого радиолюбителя или мастерской – без его использования правильно провести процесс пайки крайне сложно. Несмотря на это, знания о выборе и применении флюсов не так распространены, как в случае, например, с паяльной пастой. поэтому стоит прочитать новейший обзор основной информации про них, так как предыдущий, за прошедшие 10 лет, несколько утратил актуальность.
Флюс — это вещество, используемое в процессе пайки электронных схем. Его задачей является очистка припаиваемой поверхности от оксидов металлов и других примесей, а также убирание контакта с воздухом, затрудняющим дальнейшее окисление поверхности. Флюс также облегчает плавление припоя, что увеличивает текучесть пайки.
Флюс канифольный
Флюс канифольный (R) исторически является первым и до сих пор широко используемым видом этого продукта. Канифоль – это вещество природного происхождения, получаемое из смолы хвойных деревьев. Характеризуется низкой химической активностью, поэтому пригоден для использования только на чистых, не окисленных и легко поддающихся пайке поверхностях. Его остатки не вызывают коррозии, поэтому их можно легко удалить подходящим растворителем.
Флюсы также могут содержать дополнительные вещества, повышающие их активность, то есть активаторы (включая различные виды органических кислот). Это улучшает способность флюса удалять загрязнения, позволяя проводить процесс пайки даже на сильно окисленных поверхностях. Эти типы флюсов делятся на среднеактивируемые (RMA) и активируемые (RA).
Недостатком активированных флюсов является то, что остатки после их использования в процессе пайки обладают коррозионно-активными свойствами, что может привести к коррозии припаиваемых поверхностей и деталей. По этой причине их необходимо очищать очень тщательно и как можно быстрее с использованием соответствующих растворителей.
Флюс типа No-Clean
Флюсы No-Clean (NC) обычно строятся на основе канифоли с примесью растворителя и небольшого количества активатора. Паяльные свойства аналогичны флюсам типа R – подходят для пайки чистых поверхностей. Как правило, остатки флюса NC не требуют очистки – они не вызывают коррозии, имеют хорошие изоляционные параметры, а потому не представляют угрозы для печатной платы. Это облегчает процесс сборки и значительно снижает риск повреждения плитки из-за неаккуратной очистки.
Остатки флюса NC не проблема для электрических характеристик цепи, но в некоторых случаях все же может быть целесообразно их очистить. На их поверхность могут притягиваться частицы пыли и другие загрязнения, что значительно ухудшает адгезионные свойства печатной платы. Например, если поверхность схемы необходимо покрыть дополнительным слоем защитного покрытия после сборки компонентов, необходимо удалить остатки флюса. Даже небольшое количество этого типа вещества может вызвать ухудшение адгезии и, как следствие, последующее отслоение нанесенного покрытия.
Водорастворимый флюс
Флюсы типа WS (Water Soluble, водорастворимые) отличаются тем, что их остатки можно удалить промывкой водой. Они изготовлены из органических кислот, тиксотропа и растворителя. У них широкий спектр деятельности, от полностью неактивной до очень активной.
Они характеризуются очень высокой универсальностью, а это значит, что в настоящее время они являются одними из наиболее часто используемых решений. Ими можно паять практически любой тип поверхности, кроме того, они редко прогорают в процессе пайки.
Флюсы могут содержать и другие вспомогательные вещества, такие как растворители, поверхностно-активные вещества (ПАВ) и добавки, формирующие консистенцию материала. В зависимости от процесса флюсы могут подаваться извне, независимо от припоя (например, распыление препарата на печатную плату в процессе пайки волной). Они также могут быть объединены с припоем, например, в проволочные сердечники (ручная, автоматическая пайка) или паяльные пасты.
Есть несколько стандартов классификации паяльных флюсов. Наиболее часто используемыми стандартами являются ISO 9454-1 и J-STD-004.
Стандарт ISO 9454-1 делит флюсы на 3 группы: (1) смолистые, (2) органические и (3) неорганические. Смоляные флюсы делятся на (1.1) канифольные и (1.2) без канифольные. Органические флюсы делятся на (2.1) водорастворимые и (2.2) нерастворимые в воде. Другое деление, общее для этих двух групп, основано на используемом активаторе: (xx1) означает флюс без активатора, (xx2) флюс с галогенидным активатором, (xx3) флюс с безгалогенидным активатором.
Группа (3) неорганических флюсов делится по используемому основному веществу на: (3.1) флюсы на солевой основе, затем (3.1.1), содержащие хлорид аммония в качестве активатора, и (3.1.2), не содержащие хлорида аммония, (3.2) флюсы на кислотной основе, затем (3.2.1), содержащие фосфорную кислоту в качестве активатора, и (3.2.2) содержащие другие кислоты в качестве активаторов, (3.3.1) щелочные флюсы, содержащие амины или аммиак в качестве активаторов. Дополнительное буквенное обозначение вводит деление на флюсы: (A) жидкие, (B) твердые и (C) в виде пасты.
Так, обозначение 1.1.3.А по ICO 9454-1, означает жидкий смоляной флюс на основе канифоли с безгалогенидным активатором.
Выбор флюса для пайки
На какие параметры химических материалов следует обращать внимание при выборе? Важнейшим критерием выбора химии для электроники должно быть обеспечение надежной работы устройств. Из этого обычно понятно, какие препараты можно рассматривать, а какие вообще не подходят для данных проектов. В случае материалов, используемых для герметизации электронных модулей, диапазон рабочих температур является параметром, который позволяет сделать первоначальный выбор типа подготовки. Если максимальная рабочая температура составляет около 120°C, можем использовать полиуретановую смолу. При температурах от 150 до 180°C можно также использовать эпоксидные смолы. В устройствах, требующих устойчивости к температурам выше 200°C, необходимо использовать силиконовые наполнители.
В настоящее время, в эпоху повсеместной миниатюризации, электронные модули генерируют точечное тепло и для улучшения охлаждения приходится использовать смолы или соединения с повышенной теплопроводностью. Коэффициент теплопроводности указывается в Вт/мК, и для систем, требующих хорошего охлаждения, используются изделия с этим параметром 1-2 Вт/мК. Технологически продвинутые устройства требуют использования еще лучших проводников тепла. Еще одним важным параметром является твердость отливки, определяемая по шкале SHORE A для силиконов и мягких полиуретанов и по шкале SHORE D для эпоксидных смол и твердых полиуретанов, которая сможет защитить хрупкие детали от повреждений.
Сейчас для многих проектов требуются составы, которые сертифицированы или, по крайней мере, соответствуют стандартам UL94-V0. UL94 — это стандарт, разработанный American Underwriters Laboratories, который проверяет воспламеняемость и пожаробезопасность материалов, используемых в оборудовании. В дополнение к вышеупомянутым проблемам, конечно, есть ряд других, связанных с самим процессом дозирования или скоростью процесса отверждения. Их также следует учитывать на этапе выбора препарата. есть, конечно, и ряд других, связанных с самим процессом дозирования или скоростью процесса отверждения. Их также следует учитывать на этапе выбора препарата.
Применение различных флюсов
В зависимости от используемой техники пайки существуют различные способы нанесения флюса на припаиваемую поверхность. Имеющиеся на рынке флюсы обычно предназначены для индивидуальных техник пайки — их состав подобран таким образом, чтобы максимально эффективно оптимизировать процесс пайки и снизить риск ошибок. К наиболее популярным методам пайки относятся:
- Пайка волной припоя – требует флюсов, содержащих в своем составе большее количество растворителя, для тщательной очистки собранных компонентов и удаления присутствующих на них загрязнений. Флюс обычно распыляют на поверхность платы перед началом пайки. В некоторых случаях также может потребоваться предварительная очистка платы перед распылением флюса.
- Пайка оплавлением – в этом методе используется паяльная паста, содержащая готовую смесь припоя и флюса. Эта паста удерживает компоненты в стабильном положении до тех пор, пока они не будут должным образом нагреты, вызывая растекание припоя. Флюс играет в этом процессе решающую роль – он обеспечивает правильное растекание припоя, очищает соединяемые поверхности и изолирует их от окислительного действия атмосферного воздуха.
- Выборочная пайка – включает точное дозирование флюса в выбранные области сборки.
Вообще пайка электронных схем — процесс, требующий предельной точности и осторожности. Точное нанесение нужного количества флюса на место сборки очень важно и может оказать решающее влияние на конечное качество паяных соединений.
Какие особенности следует учитывать при покупке химикатов для электроники? Потребители все больше обращают внимание на марку, качество, технические параметры и все меньше на цену химических материалов. Доступность тоже очень важна. Если это обычные сервисные препараты, заказчик обращает внимание на цену, а в случае с лаками или смолами – продукт должен быть адаптирован к требованиям проекта, в котором он будет использоваться.
Очень часто потребитель указывает производителя данного материала. Для клиента также важно, есть ли у данного продукта паспорта безопасности на польском языке или сертификаты качества. Для оборонной или авиационной промышленности необходимо, чтобы химические материалы соответствовали военным и авиационным стандартам и имели срок годности 75%.
Технические характеристики материалов
Что касается технических параметров, то при выборе смол обращают внимание на вязкость, “срок службы”, то есть через какое время после смешения компонентов А и Б смола затвердевает, твердость и электрические параметры – сопротивление проколу. Важны также термостойкость и теплопроводность.
При выборе защитного лака важно, как лак будет наноситься – вручную с помощью аэрозоля или окунанием пластины, либо выборочным автоматическим нанесением. Важна вязкость лака. Как и основа, на которой изготавливаются смолы и лаки. Это могут быть акриловые лаки – самые популярные, полиуретановые, но и силиконовые, самые эластичные, но и самые дорогие. Основа лака также связана с тем, как быстро такой лак затвердевает. Акриловые лаки сохнут быстрее всего, а силиконовые – в течение 24 часов, но можно ускорить отверждение, подогрев в духовке. Мы также предлагаем лаки с УФ-отверждением, но для этого понадобится специальное оборудование.
При выборе химикатов надо точно знать, для каких целей нужен химический продукт. Также обратите внимание на документацию. Все химические продукты должны иметь паспорта безопасности в соответствии с последними правилами. Также заказчики требуют сертификаты качества – C o C или C o A, сертификаты соответствия REACH и ROHS.
Очистка остатков флюса
После завершения процесса пайки необходимо (а в случае с NC-флюсом рекомендуется) удалить остатки флюса с поверхности схемы. Это особенно важно при использовании высокоактивных флюсов, остатки которых обладают сильными коррозионными свойствами. Эти остатки должны быть удалены как можно быстрее, чтобы предотвратить коррозионное повреждение плат.
- Канифольные флюсы требуют очистки химическими растворителями. Флюсы типа WS, как следует из их названия, можно удалить водой или моющими средствами.
- NC-флюсы, как следует из названия, оставляют лишь небольшое количество вещества, которое не представляет угрозы для электрических свойств цепи. Однако его удаление может быть необходимо для дальнейшей технологической обработки схемы (например, покрытия защитным покрытием) или для улучшения эстетики.
В целом следует исходить из того, что очистка платы после процесса пайки является правильной практикой, даже при использовании No-Clean флюсов.