Для чего нужен флюс при пайке

Пайка является одним из ключевых этапов производства электронной продукции. Качество паяного соединения определяет надежность и долговечность работы конечного изделия. Для его повышения используются специальные составы (флюсы) – в этой статье рассмотрим их виды и функции, которые они выполняют в производственном процессе.  

Общее описание процесса пайки

В самом общем виде процесс пайки представляет собой создание паяного соединения между поверхностями металлических выводов электронных компонентов и контактными площадками печатных плат с помощью расплавленного припоя. Застывая, он образует между ними токопроводящую перемычку. Качество паяного соединения зависит от следующих характеристик соединяемых металлических поверхностей:

• Чистоты. В процессе работы с металлами и при их хранении в результате взаимодействия с кислородом воздуха и другими активными веществами (например, кислотами) образуется пленка, состоящая из оксидов и солей. Она ухудшает качество паяного соединения, так как не дает припою контактировать непосредственно с металлической поверхностью. Кроме того, такая пленка образуется и на поверхности самого припоя при его нагревании. Соответственно, чем чище металлические поверхности непосредственно в момент пайки, тем выше качество паяного соединения.
• Смачиваемости. В момент пайки припой представляет собой жидкость (расплав), которая впоследствии застывает и формирует паяное соединение. Чтобы оно было надежным, соединяемые поверхности должны хорошо смачиваться расплавленным припоем – то есть он должен растекаться по ним, образуя вогнутую галтель, а не собираться в капельку. Таким образом, чем выше смачиваемость контактных поверхностей, тем выше качество паяного соединения.

Кроме того, важное значение имеют физико-химические свойства самого припоя – в частности, поверхностное натяжение его расплава. Чем ниже этот показатель, тем лучше расплавленный паяльный состав растекается по выводу электронного компонента и контактной площадке печатной платы. Это необходимо для того, чтобы при застывании припой за счет адгезии более надежно соединялся с металлическими поверхностями.  

Основные функции флюса

Пленки из оксидов и солей образуются на металлических поверхностях постоянно. Полностью исключить их появление позволяет только нанесение изолирующего покрытия, но в этом случае пайка компонентов уже становится невозможной. Поэтому единственным способом удалить пленки и предотвратить их появление во время монтажа электронных компонентов на печатную плату является использование флюсов. Эти составы выполняют несколько функций.

• Удаление оксидной пленки. Флюс химически взаимодействует ней, разрушая и удаляя с металлических поверхностей для обеспечения их надежного контакта с припоем. Механизм действия флюса в этом случае может быть разный. Например, паяльная кислота, содержащая хлористый цинк и соляную кислоту, растворяют оксид железа и образует хлорид железа, который отличается достаточно высокой летучестью, что значительно облегчает удаление пленки. Смоляные кислоты в канифоли при контакте с оксидной пленкой образуют твердые, но непрочные соли, которые механически удаляются жалом паяльника.
• Улучшение растекания припоя. Это происходит за счет уменьшения эффекта поверхностного натяжения. В результате расплавленный паяльный состав равномерно растекается (смачивает) по всей поверхности вывода электронного компонента и контактной площадки печатной платы. Кроме того, за счет снижения поверхностного натяжения он лучше проникает в структуру металла, обеспечивая механическую прочность паяного соединения.
• Защита контактных поверхностей. Во время пайки контакты электронных компонентов и печатных плат нагреваются, что может привести к их повторному окислению. Флюсы, разрушая старую оксидную пленку, одновременно изолируют металлическую поверхность от повторного взаимодействия с кислородом воздуха или иным активными веществами. В момент нанесения припоя состав испаряется, а новая оксидная пленка не успевает образоваться, тем самым обеспечивается непосредственный контакт металлических поверхностей.

Кроме того, некоторые виды флюсов улучшают качество сварочного шва, повышают электропроводность паяного соединения.

Состав флюса для пайки

Под термином «флюс» в пайке подразумеваются различные вещества на основе органических и неорганических компонентов, а также их комбинаций, обладающие различными физико-химическими свойствами. В целом, состав флюса включает:

• Активаторы, воздействующие на оксидную пленку и способствующие ее удалению с контактных поверхностей;
• Протекторы, создающие защитный слой и предохраняющие контактные поверхности от повторного окисления;
• Растворители, придающие флюсу необходимую консистенцию и определяющие способ его нанесения;
• Дополнительные добавки – стабилизаторы, загустители, красители, а также активные компоненты, улучшающие качество паяного соединения.

Большинство флюсов, используемых в производстве электронной продукции, изготавливаются на органической основе. Они обладают меньшей химической активностью, поэтому не вызывают коррозию контактных поверхностей и материалов электронных компонентов и печатных плат.

Требования к флюсам

Химический состав используемого флюса определяется особенностями соединяемых при пайке материалов и изделий. В частности, в радиоэлектронной промышленности исключается или ограничивается применение составов, содержащих активные кислоты – соляную, фосфорную и т. д. Эти высокоактивные компоненты хорошо растворяют оксидные пленки, но также воздействуют на сам металл контактных поверхностей, вызывая его коррозию. Если технологический процесс все же подразумевает использование именно таких флюсов, то после пайки с поверхности платы обязательно удаляются их остатки.

Для отраслей электронной промышленности, связанных с производством ответственной электронной продукции (например, аэрокосмической, энергетической или военной сферы) важное значение имеет прочность паяных соединений, позволяющая им выдерживать высокие механические, химические, климатические нагрузки. Поэтому в них применяются флюсы, обеспечивающие максимально качественное растекание и высокую адгезию припоя к контактным поверхностям.

Кроме того, в последние годы большое внимание уделяется безопасности и экологичности электронной промышленности. Принятые в Европе, США и других развитых странах стандарты ограничивают использование вредных веществ, способных навредить здоровью рабочего персонала и вызвать загрязнение окружающей среды. Это заставляет производителей использовать флюсы, содержащие меньше токсичных компонентов.

С технологической точки зрения флюс должен отвечать следующим требованиям:

• Равномерное растекание по обрабатываемой поверхности для более качественной очистки от окислов;
• Меньшая вязкость и плотность в сравнении с припоем – это необходимо для эффективного вытеснения флюса из области паяного соединения непосредственно во время пайки;
• Устойчивость к воздействию высоких температур во время флюсования;
• Минимальное воздействие на материалы ПП и электронных компонентов, насколько это возможно при сохранении основных свойств флюса;
• Способность обеспечивать высококачественную пайку как на горизонтальных, так и на вертикальных поверхностях;
• Легкое удаление остатков флюса после завершения пайки.

Часто соблюсти все требования с помощью одного флюса невозможно – в таких случаях во время пайки могут использоваться несколько составов. Например, против окислов эффективно работают флюсы с содержанием органических и неорганических кислот. А для защиты очищенных металлических поверхностей от повторного окисления используется канифоль, вазелин, воск.

Нанесение флюса

Нанесение флюса на обрабатываемую поверхность зависит от типа паяемых деталей, способа пайки и особенностей производства:

• Вручную с помощью кисточки на единичном и малосерийном производстве, при выполнении ремонтных работ;
• С применением трафаретной печати – данный способ применяется при мелко- и среднесерийном выпуске электронных изделий;
• Автоматизированным способом с использованием дозаторов и ультразвуковых форсунок на средне-и крупносерийном производстве.

Также флюсы входят в состав уже готовых паяльных паст и подаются вместе с припоем в рабочую зону непосредственно во время пайки.

Большинство флюсов после пайки требуют отмывки – особенно это касается активных и активированных составов, включающих органические и неорганические кислоты и соли. Данные компоненты отличаются высокой химической активностью, поэтому могут вызвать коррозию печатной платы или паяных соединений. Безотмывочные флюсы не требуют обязательной отмывки, однако выполнять ее все же рекомендуется для поддержания аккуратного вида конечного электронного изделия, упрощения его последующего ремонта и сервисного обслуживания.

В каталоге компании «СМТ Технологии» представлены разнообразные флюсы для различных типов пайки электронных компонентов. Мы продаем расходные материалы от ведущих поставщиков из России и других стран как для небольших предприятий, ремонтных мастерских и т. д., так и для организации крупносерийного производства.