Вначале определимся, что такое пайка: «Образование неразъемного соединения с межатомными связями путем нагрева соединяемых материалов ниже температуры их плавления, их смачивания припоем, затекания припоя в зазор и последующей его кристаллизации» (ГОСТ 17325-79).
Паяные соединения не являются механическими: в соответствии с ГОСТ и IPC к ним предъявляются только требования обеспечения электрического контакта между спаиваемыми поверхностями. Механическая прочность нормируется для сварочных соединений. Пайка труб дает сварное соединение, а флюс при этом используется сварочный. Мы же рассмотрим флюсы для пайки.
Основная задача флюса — удаление оксидной пленки с поверхности контактных площадок печатной платы и выводов монтируемых элементов.
Классификация флюсов для пайки
Флюсы для монтажа микроэлементов можно разделить по активности на низко-, средне- и высокоактивные, а по составу — на канифольные, синтетические и органические (таблица 1).
| Активность флюса (% содержание галогенов) | Канифольные Rosin (RO) | Синтетические Resin (RE) | Органические Organic (OR) | Необходимость отмывки |
|---|---|---|---|---|
| Низкая (0%) | ROL0 | REL0 | ORL0 | Нет |
| Низкая (<0,5%) | ROL1 | REL1 | ORL1 | Нет |
| Средняя (0%) | ROM0 | REM0 | ORM0 | Рекомендуется |
| Средняя (0,5 – 2,0%) | ROM1 | REM1 | ORM1 | Рекомендуется |
| Высокая (0%) | ROH0 | REH0 | ORH0 | Обязательно |
| Высокая (>2,0%) | Обязательно |
Упрощенно принцип работы галогенсодержащих флюсов выглядит так:
- Ионы галогенов реагируют с оксидной пленкой, связывая оксид металла.
- Кислотные реагенты, содержащиеся во флюсе, восстанавливают галоген.
- Восстановленный галоген реагирует с оксидной пленкой.
Принцип работы безгалогенных флюсов схож с принципом работы галогенсодержащих флюсов, но существует ряд отличий.
У безгалогенных флюсов (HF) процесс восстановления металла из оксида протекает медленнее относительно галогенсодержащих флюсов и сильно зависит от температуры. В связи с этим в состав HF-флюсов вводится большое количество различных активаторов, которые позволяют сохранить химическую активность в широком диапазоне температур.
Хотя содержание галогенов для обеспечения работы флюса требуется незначительное, в масштабах промышленного производства галогенная технология наносит значительный вред окружающей среде. В соответствии с мировыми стандартами вводятся ограничения на использование галоидных соединений в электронной промышленности. На данный момент в мире галогенсодержащие паяльные материалы используются, в основном, в военной и космической промышленности. Остальные отрасли переходят на безгалогенную технологию.
Рассмотрим более подробно типы флюсов по основе.
Канифольные флюсы для пайки (RO)
Канифоль — твердая природная смола с высокой температурной стабильностью в процессе пайки. Высокая плотность канифольного флюса снижает вероятность образования шариков и сосулек припоя. Остатки канифольного флюса легко отмываются.
Кроме канифоли, в состав флюса RO входят растворители и активаторы, которые разрывают химические связи канифоли и повышают ее химическую активность. После пайки растворители улетучиваются, и канифоль в остатках флюса претерпевает поликонденсацию: вновь образуется сшитый полимер. После поликонденсации остатки натуральной канифоли могут стать хрупкими, их свойства не регулируются.
Синтетические флюсы для пайки (RE)
Флюсы на основе синтетических смол производятся с фиксированным массо-молекулярным распределением, поэтому свойства остатков контролируются производителем. Остатки низкоактивных синтетических флюсов становятся защитным покрытием. Эти остатки с трудом поддаются отмывке, если необходимость в ней все-таки возникнет.
Органические флюсы для пайки (OR)
Флюсы на органической основе состоят из низкомолекулярных органических кислот и растворителей. При пайке растворители сильно активируют кислоты и испаряются вместе с ними почти без остатка. Немногочисленные остатки инертны и легко отмываются. Недостаток: быстрое испарение активных компонентов флюса сужает технологическое окно пайки.
Совместимость флюсов
Нельзя смешивать флюсы с различной основой, потому что они по определению несовместимы. Нельзя смешивать и флюсы на одинаковой основе, потому что растворители и активаторы разных композиций флюса реагируют между собой непредсказуемо, и из двух композиций с известными свойствами получается третья — с неизвестными свойствами.
Производители паяльных материалов указывают совместимость своих продуктов.
Отмывка паяльного флюса
Разберемся, стоит отмывать остатки флюса после пайки или нет.
В спецификации флюса производитель указывает требования к отмывке остатков флюса после пайки.
- Высокоактивный флюс и флюс с неорганическими активаторами требуют обязательной отмывки. Если не удалить остатки флюса, то под действием водяных паров, содержащихся в воздухе, будет происходить следующее:
- диссоциация компонентов флюса на ионы, что приведет к электромиграции и возникновению короткого замыкания между соседними контактными площадками;
- образование интерметаллидов внутри паяного соединения;
- остатки кислот вызовут коррозию паяного соединения.
- Среднеактивный флюс. Хотя химическая активность таких флюсов при нормальных условиях практически равна нулю, во избежание образования дефектов паяного соединения остатки флюса рекомендуется удалять.
- Низкоактивный флюс. Остатки подобных флюсов химически инертны и могут служить защитным покрытием паяных соединений. Требования по отмывке могут быть, например:
- косметические (светодиодное освещение);
- необходимость лакировки (в приборах, которые работают в агрессивных средах — солевой туман и т. д.).
Возникает вопрос: чем отмывать остатки флюса?
Условно флюсы можно разделить на водоотмывные и флюсы, требующие отмывки растворителями.
Остатки водоотмывных флюсов в идеале отмываются последовательно обычной, дистиллированной и деионизированной водой, причем на каждом этапе применяют струйную отмывку или ультразвук.
Отмывка флюсов с использованием специальных жидкостей делится на два этапа:
- Удаление остатков флюса.
- Удаление растворителя (спецжидкости).
В большинстве случаев для отмывки остатков флюсов производители паяльных материалов указывают, какими жидкостями и в каком режиме необходимо производить отмывку для получения высокого качества.
См. также:
Паяльные пасты: все о главном. Часть первая, вторая, третья, четвертая.