Для чего нужен флюс при пайке

Пайка как процесс

Если говорить предельно кратко, то пайка – это создание паяного соединения, которое обеспечит прочный монтаж элементов на печатной плате и хорошую электрическую проводимость, обеспечивающую стабильную и бесперебойную работу всей электрической цепи. На практике же все это зависит не от одного, а от целых трех практически независимых факторов:

1. Чистоты контактируемых поверхностей. Причем речь не столько об отсутствии пыли, грязи, масла и жира и прочих загрязнений, сколько об оксидах. Дело в том, что цветные металлы вроде меди и алюминия, наиболее активно использующиеся в электрических и электронных приборах, окисляются на воздухе. То есть, при их контакте с кислородом образуется тонкая оксидная пленка. Также она появляется и на поверхности припоя (который также, в основном, состоит из олова с добавками цветных или драгоценных металлов) при нагреве. С одной стороны это хорошо, поскольку тонкий слой оксида предотвращает дальнейшую коррозию металла. С другой – он нарушает чистоту поверхности и ухудшает прочность соединения. Соответственно, чтобы достичь максимального качества соединения, необходимо удалить абсолютно все загрязнения, включая оксидную пленку, непосредственно в момент пайки.
2. Смачиваемости. В момент пайки припой находится в жидком состоянии и покрывает контактную площадку и вывод электронного компонента. Для создания прочного соединения расплав должен хорошо смочить оба элемента, свободно растекаясь по ним и образуя вогнутую галтель, а не скапливаясь одиночными шариками. Соответственно, чем лучше он смачивает контакты, тем прочнее формируется паяное соединение.
3. Свойств припоя. Среди остальных наибольшее внимание уделяется поверхностному натяжению расплавленного припоя. Чем оно ниже, тем активнее он растекается по поверхностям и тем лучше соединение после застывания.

Для чего нужен флюс при пайке

Собственно, зная основные факторы, влияющие на качество пайки, несложно догадаться, какие функции несет паяльный флюс:

• Удаление оксидной пленки. Удалить оксидную пленку на поверхности цветных металлов можно только с помощью защитного покрытия, которое предотвратит прямое воздействие на него кислорода воздуха. В то же время, любое перманентное покрытие делает невозможным процесс пайки. Однако для качественной пайки постоянная защита не требуется. Главное, чтобы оксид не присутствовал на контактирующих поверхностях непосредственно в момент создания соединения. И с этим справляется флюс.
• Улучшение растекания припоя. Флюс уменьшает поверхностное натяжение расплава за счет чего он более равномерно смачивает выводы компонентов и контактные площадки, а также за счет этого флюс глубже проникает в структуру металлизированных поверхностей, создавая более механически прочное соединение.
• Защита от повторного окисления. Нагрев ускоряет окисление и появление оксидной пленки. То есть, недостаточно удалить ее перед пайкой. Также важно предотвратит ее повторное появление на припое и соединяемых металлических элементах непосредственно в момент пайки. И при использовании флюса во время плавления припоя и создания галтели флюс испаряется с поверхностей, не позволяя образоваться оксиду и обеспечивая прямой контакт металлов.

Отдельно стоит упомянуть еще одну характеристику флюса – электропроводность остатков. Если она высока, то флюс может образовывать электрическое соединение не только непосредственно в месте пайки, но и между соседними, близко расположенными дорожками «залитыми» остатками флюса. Это – одна из причин для тщательной отмывки платы после монтажа. Но в этом материале мы не будем останавливаться на этом моменте подробнее.

Из чего состоит флюс

Сейчас даже в открытом доступе, в радиомагазинах, доступно достаточно большое количество различных вариантов флюсов, не говоря уже о промышленных масштабах. И большинство из них, так или иначе, различается составом. Но в то же время все компоненты в нем можно разделить на 4 группы:

• Активаторы – вещества, удаляющие оксидные пленки с соединяемых поверхностей.
• Пленкообразущие компоненты – предотвращают повторное окисление контактов непосредственно в момент пайки и обеспечивают передачу тепла, что особенно важно при ручной пайке.
• Растворители – необходимы для изменения консистенции состава, например, для превращения кусковой твердой канифоли в жидкость используется спирт.
• Добавки – различные вещества, которые могут обеспечить лучший визуальный контроль нанесения, отмывку, термостабилизацию и загущение, а также другие активные компоненты, напрямую влияющие на качество соединения.

Как наносится флюс

Метод нанесения зависит от двух моментов:

• выбранного метода пайки,
• консистенции (формы выпуска) самого флюса.

В целом, существует 3 основных метода нанесения:

• Ручной – кистью-аппликатором или шприцем. Актуален для ручной сборки, мелкосерийного производства, прототипирования и ремонта электроники.
• Автоматический – дозаторами или через УЗ-форсунки. Используется в промышленном производстве электроники различных масштабов, включая крупносерийный выпуск.
• Трафаретная печать – нанесение через заранее подготовленные трафареты в соответствии с расположением компонентов на плате. Применяется в промышленности, на средне- и крупномасштабных производствах.

Требования

Несмотря на многообразие флюсов для пайки, использующихся сейчас в промышленности и частными мастерами, требования к ним достаточно хорошо сформированы и, в целом, общие для всех составов.

Флюс должен:

• Хорошо растекаться по обрабатываемой поверхности для максимального удаления оксидов.
• Быть менее вязким и плотным, чем припой, чтобы последний полностью вытеснил его из точки создания паяного соединения.
• Не разрушаться под действием высоких температур.
• Обладать минимальным негативным воздействием на материалы печатной платы и компоненты.
• Обеспечивать удобство нанесения.
• Легко удаляться без остатка при отмывке, если она планируется.
• По составу соответствовать предполагаемому монтажу. К примеру, в электронике категорически запрещено применять флюсы на основе соляной и фосфорной кислоты, которые пусть и эффективно удаляют оксиды, но оказывают разрушительное влияние на контактные площадки и дорожки ПП.
• Также в последнее время очень большое внимание уделяют экологичности техпроцесса пайки, поэтому из оборота постепенно пропадают составы, которые выделяют потенциально вредные и опасные для здоровья соединения, а также влияющие на загрязнение окружающей среды.

Вместо заключения

Вместо заключения стоит дополнительно подчеркнуть, что использование флюса при пайке практически всегда приводит к необходимости его отмывки. Сама отмывка печатной платы – это, фактически отдельная стадия производственного процесса, которая удаляет не только остатки флюса, но и другие загрязнения, включая неопрятные отпечатки пальцев. Но это – уже отдельная тема, и мы достаточно подробно рассматривали ее в одной из предыдущих статей.