Несколько слов о флюсах для пайки

Время чтения: 14 минут

Любой начинающий мастер по ремонту и разработке электронного оборудования, да и просто обыватель с опытом пайки, когда-либо пробовал припаивать провода между собой или монтировать радиокомпоненты на плату с незалуженными контактными площадками без флюса. Тогда он хорошо знаком с тем, какие проблемы и трудности возникают. Припой с великим трудом прилипает выводам компонентов и к контактным площадкам, а даже если и пристаёт, то соединения оказываются хрупкими и имеющими высокое электрическое сопротивление. Происходит так из-за ряда факторов. Один из них — оксидный слой: медные контактные площадки на печатной плате окисляются под действием воздуха и влаги, содержащейся в нём. Тончайший слой, состоящий из смеси оксидов и гидроксидов меди, препятствует правильному прилипанию припоя (или, более верно, не даёт припою смачивать спаиваемые поверхности). Кроме этого, на это самое «прилипание» влияет, собственно, состав припоя.

Решением этих проблем становится применение паяльного флюса. Его химический состав подготавливает проводники, поверхности печатной платы или выводы радиодеталей, удаляя плёнку из оксидов. Кроме того, он обеспечивает диффузию молекул припоя между узлами кристаллической решетки меди или другого спаиваемого металла или сплава, что гарантирует высокопрочную и долговечную пайку, отсутствие повреждений при малейшей механической или температурной нагрузке. А ещё препятствует поступлению кислорода из открытой среды в место пайки, предотвращая образование нового оксидного слоя, который может практически мгновенно появиться вследствие скоротечности реакции окисления из-за высокотемпературного воздействия.

В разделе будут рассмотрены наиболее универсальные и популярные сегодня материалы, дано описание их состава, рекомендованного припоя для максимального качества пайки, а также их применяемости. Флюсы, как правило, применяющиеся не для пайки радиоэлектронной аппаратуры, а, к примеру, чёрных металлов, кратко будут также рассмотрены. Уделим внимание часто применяемой флюсовой смеси и порошкообразного припоя, именуемой паяльной пастой. Флюсы, применяемые для высокотемпературного (500°С и более) спаивания массивных стальных или железных изделий, например, тетраборат натрия (бура) рассматриваться не будут, так как это выходит за рамки статьи. Мы охватим все виды материалов, которые можно паять.

Она представляет собой отвердевшую смолу сосны или некоторых других пород деревьев, в основном хвойных. Получают её методом нагревания жидкой смолы и испарения терпеновых компонентов (скипидара) и других летучих соединений. Состоит из смеси различных смоляных и жирных кислот. Имеет цвет от светло-жёлтого до чёрного.

Она используется человеком очень давно. Первоначально её применяли для защиты деревянных конструкций от гниения: расплавом пропитывали элементы зданий и кораблей. На заре машиностроения применялась для натирания ремней и шкивов ременных и колёс фрикционных передач для увеличения сцепления и повышения эффективности работы этих механизмов. Сегодня используется в химической промышленности при изготовлении красок и лаков, в профессиональной среде для натирания смычков музыкальных инструментов и, наряду с магнезией, в спорте для улучшения сцепления рук спортсмена и спортивных снарядов, и, конечно же, в качестве флюса.

Действие канифоли обусловлено наличием кислот в составе. В расплаве активность смол и жирных кислот возрастает, происходит растворение оксидного слоя на поверхности спаиваемой детали; также он, обволакивая область пайки, не пропускает кислород и влагу из окружающего воздуха, препятствуя тем самым повторной оксидации.

Канифоль относится к слабоактивным флюсам и применяется только с металлами, склонными к диффузии в них оловянно-свинцового припоя (медь и сплавы, серебро, золото) и при незначительном оксидировании. Пайка чёрных металлов, алюминия, спецсплавов с высоким удельным сопротивлением (нихром, манганин, константан) с ней практически невозможна или сопряжена с массой трудностей. Смывка остатков и солей хвойных и жирных кислот в большинстве случаев не требуется. Работы рекомендуется выполнять низкотемпературными припоями, так как с увеличением температуры происходит выгорание канифоли, снижение активности и образование твёрдых трудносмываемых остатков. Наносится только с помощью жала паяльника.

Ввиду более современных вариантов в промышленном производстве электронной техники канифоль в чистом виде не применяется.

Помимо канифоли в твёрдом состоянии, также применяются её растворы в этиловом, изопропиловом спирте, этилацетате без включения или с различными добавками, увеличивающими активность. Примером спирто-канифольных флюсов служат СКФ (ФКСп), КЭ, ФКЭт (раствор в этилацетате) и множество других под общим названием «жидкая канифоль».

Они предоставляют большее удобство в работе, так как могут наноситься кисточкой, капельным и другими методами. Но для пайки компонентов поверхностного монтажа (SMD) не подходят, так как не фиксируют детали: во-первых, они «плавают» на поверхности жидкости; во-вторых, низкая температура кипения вызывает активное парообразование, провоцирующее смещение невесомых SMD-компонентов. А общие характеристики растворов близки к параметрам обычной канифоли.

Для увеличения активности в состав добавляются присадки-активаторы, улучшающие качество и сокращающие время пайки. Примером служит уважаемый многими поколениями радиолюбителей ЛТИ-120. Смывка здесь не нужна, так как активное вещество разрушается при нагреве.

Помимо канифоли и жидких канифольных средств, производятся ещё геле- и пастообразные решения, являющиеся в настоящее время самыми применяемыми. Ими паяют как SMD, так и компоненты в корпусах с шарообразными выводами из припоя (BGA). Примером выступает архаичный нейтральный паяльный жир (смесь порошка канифоли и стеарина), простой и дешёвый TR-RM и современные высококачественные флюсы RMA-218 и RMA-223.

Кроме канифольных, существуют флюсы, основанные на глицерине — простейшем представителе трёхатомных спиртов. В отличие от быстроиспаряющихся спиртовых, такие практически не испаряются, что позволяет нанести их сразу на множество точек. Они относятся к средне- и высокоактивным, и требуют обязательной отмывки водой, этиловым/изопропиловым спиртом или растворителями: гигроскопичность неотмытого глицерина и сопутствующих остатков быстро приведёт к химическому разрушению соединения.

Высокая активность позволяет использовать их для меди и её сплавов с сильным окислением (чёрный плотный слой оксида двухвалентной меди, зелёный рыхлый слой солей меди и так далее), а также для углеродистых сталей, даже с коррозией.

Ввиду требования к обязательной отмывке и высокой активности остатков не рекомендуется применять их при монтаже деталей на печатной плате. Качественная отмывка плат, особенно при наличии на них элементов поверхностного монтажа, возможна только при использовании ультразвуковой ванны.

Востребованные представители: «Глицерин гидразин» и ТАГС.

Хлорид цинка II представляет собой бесцветные кристаллы, полученные реакцией металлического цинка с соляной кислотой. Они легко растворяются в воде, спирте и других органических растворителях, образуя раствор с сильной кислотностью. В качестве флюса используют водные растворы ZnCl₂.

Они высокоактивны, поэтому всегда нужно отмывать покрытие водой, спецрастворителями, спиртами. Неотмытые остатки имеют высокую электропроводность. Пайка радиокомпонентов и печатных плат им запрещена. Им паяют и лудят изделия из меди или произведённых из неё сплавов (даже с сильной коррозией), разных чёрных металлов (железа, стали, чугуна, никеля), цинка и оцинкованных изделий, свинца, нихрома.

Пары хлористого цинка опасны. При работах наличие дымоуловителя и системы вентиляции обязательно.

Наиболее известны: «Паяльная кислота» и ЗИЛ-1 и ЗИЛ-2.

По применимости и технологии пайки она близка к хлористо-цинковым вариантам. С ней паяют медь со сплавами, но главным применением является пайка чёрных металлов разных марок, включая нержавеющую сталь, а также изделия, подвергшиеся коррозии. В месте контакта фосфорной кислоты с металлическим изделием образуется защитный слой фосфата железа, предохраняющий от дальнейшего коррозионного разрушения. Также подходит для пайки константана.

Она средне- и высокоактивная, обязательно смывается спиртами или специальными растворителями. Запрещается паять электронные компоненты и печатные платы.

Пары H3PO4 опасны. При работах требуется применение дымоуловителя и хорошая вентиляция.

Среди известных: «Ортофосфорная кислота» и ФИМ.

Они выступают классическими органическими композитными высокоактивными флюсами для пайки низкотемпературными припоями. Основными составляющими являются триэтиламин.

Составы на его основе применимы для пайки меди и сплавов из неё, но основное применение — это трудноспаиваемые материалы, а именно бериллиевая бронза, алюминий и другие лёгкие сплавы, нержавеющие и жаростойкие стали и прочие разновидности чёрных металлов, включая корродированные и сильно загрязнённые.

Обладают средней или высокой активностью, после монтажа их смывают спиртами, либо применяют специальные растворители. Компоненты с платами им не паяют, но допускается пайка алюминиевых и медных проводов и кабелей (в том числе между собой).

Пары триэтиламина ядовиты (особенно содержащие соединения кадмия ФТКА). Пайка осуществляется с дымоуловителем и правильно организованной вентиляцией.

Наиболее известные представители: ФТКА, Ф-34 и некоторые другие.

Они занимают промежуточное положение между припоями и флюсами. Вернее, они одновременно и те, и другие. Состоят из тонкого порошка «припой+флюс», преимущественно из канифоли. Применяются только для монтажа SMD и BGA-компонентов: паяльная паста обладает высокой клейкостью, позволяющей надёжно фиксировать деталь, так и высокой температурой закипания. После расплавления превращается в припой, стабильно фиксирующей компонент на плате.

Они нейтральные и не нуждаются в отмывке, но в условиях промышленного производства её всегда проводят.

Применяются как для монтажа с помощью паяльника или паяльной станции и ручным дозированием, так и автоматической пайки.

В качестве примера качественных и популярных продуктов могут быть названы KELLYSHUN GY618B и низкотемпературная бессвинцовая паста MECHANIC WQ-50 Lead Free.