Флюс для пайки¶

Флюс для пайки — это вспомогательное вещество или смесь веществ, применяемые в процессе пайки для удаления оксидных плёнок с поверхности соединяемых металлов и припоя, защиты их от окисления в процессе нагрева и улучшения смачивания расплавленным припоем. Флюсы являются обязательным компонентом большинства паечных операций, за исключением некоторых специальных методов, где окисление подавляется инертной атмосферой или вакуумом.

¶История

Использование флюсов известно с древних времён. Первоначально в качестве флюсов применяли природные смолы (канифоль), животные жиры, воск и битумы. В античные времена для пайки свинцовых водопроводных труб и ювелирных изделий использовали смеси на основе оливкового масла и пчелиного воска. С развитием металлургии и электротехники в XIX веке возникла потребность в более активных флюсах, способных работать с медью, латунью и сталью. В 1850-х годах были разработаны первые хлоридные флюсы на основе хлорида цинка и хлорида аммония. В XX веке, с началом массового производства радиоэлектронной аппаратуры, появились спирто-канифольные флюсы (СКФ), а затем и синтетические флюсы, не требующие отмывки (no-clean). В современной промышленности применяются десятки различных типов флюсов, оптимизированных под конкретные материалы и условия пайки.

¶Назначение и принцип действия

Основная функция флюса — химическое или физико-химическое удаление оксидных плёнок (оксидов, сульфидов, карбонатов) с поверхности металла, которые препятствуют смачиванию расплавленным припоем. При нагреве флюс расплавляется, растекается по поверхности и вступает в реакцию с оксидами, переводя их в растворимые или летучие соединения. Кроме того, флюс создаёт защитную плёнку, изолирующую чистую поверхность металла от кислорода воздуха во время пайки. Некоторые флюсы также улучшают теплопередачу от паяльника к детали и снижают поверхностное натяжение припоя.

¶Классификация

Флюсы классифицируют по нескольким признакам: химическому составу, агрегатному состоянию, температурному диапазону активности и способу удаления остатков.

¶По химическому составу

• Канифольные и канифольсодержащие. Основа — канифоль (сосновая смола). Наиболее распространены в радиоэлектронике. К ним относятся спирто-канифольный флюс (СКФ, 30–40% канифоли в этиловом спирте) и твёрдая канифоль. Остатки канифоли химически нейтральны, но могут вызывать коррозию при длительном воздействии влаги.
• Кислотные (активные). Содержат неорганические или органические кислоты (хлорид цинка, хлорид аммония, ортофосфорная кислота, соляная кислота). Обладают высокой активностью, удаляют толстые слои оксидов, но требуют обязательной тщательной отмывки, так как вызывают коррозию. Применяются для пайки чёрных металлов, меди, латуни, конструкционных сталей.
• Галогенидные. Содержат фтор, хлор, бром или йод в составе комплексных соединений. Обеспечивают высокую активность при низких температурах. Используются в пайке алюминия и его сплавов.
• Активированные. Канифольные флюсы с добавлением активаторов (галогенидов, аминов, органических кислот). Сочетают умеренную активность и меньшую коррозионную агрессивность по сравнению с кислотными. Пример — флюс ФКСп (канифоль с добавлением салициловой кислоты и хлористого цинка).
• Синтетические (no-clean). Полимерные или смоляные композиции, не содержащие канифоли. После пайки образуют твёрдую, химически инертную плёнку, которую можно не удалять. Широко применяются в автоматизированной пайке печатных плат (SMT-монтаж).
• Водорастворимые. На основе полиэтиленгликолей, поливинилового спирта или других водорастворимых полимеров. Остатки легко смываются водой. Используются в пайке волной припоя.

¶По агрегатному состоянию

• Твёрдые. Канифоль, пасты, порошки (например, бура для пайки серебром).
• Жидкие. Растворы (спиртовые, водные, на основе органических растворителей).
• Пастообразные (гелевые). Смесь флюса с наполнителями, часто в виде шприца-дозатора. Удобны для точечной пайки.
• Газообразные. Используются в среде защитных газов (например, азот с добавлением муравьиной кислоты) при пайке в печах.

¶По температурному диапазону

• Низкотемпературные (до 300 °C). Для пайки мягкими припоями (оловянно-свинцовыми, оловянно-медными, оловянно-серебряными). Основная масса флюсов для электроники.
• Высокотемпературные (свыше 300 °C). Для пайки твёрдыми припоями (серебряными, медными, латунными). В качестве флюса часто используют буру (тетраборат натрия) или борную кислоту.

¶Применение

Флюсы применяются практически во всех видах пайки: ручной пайке паяльником, пайке волной припоя, пайке в печах (конвекционной, инфракрасной, вакуумной), пайке газовой горелкой, пайке в соляных ваннах, а также в лужении.

¶В электронике

В радиоэлектронной промышленности используются преимущественно канифольные и синтетические (no-clean) флюсы. Основные требования: низкая коррозионная активность, отсутствие токопроводящих остатков, совместимость с печатными платами и компонентами. Для ручного монтажа микроэлементов (SMD) применяют флюсы-гели в шприцах. Для пайки волной — жидкие флюсы на основе спирта или воды. Для пайки в печах — флюсы, наносимые методом распыления или пенным способом.

¶В металлообработке и сантехнике

При пайке медных труб, стальных конструкций, радиаторов, теплообменников применяют активные кислотные флюсы. Для пайки меди с медью часто используют флюсы на основе хлорида цинка. Для пайки алюминия — специальные флюсы, содержащие фториды и хлориды, которые разрушают прочную оксидную плёнку алюминия.

¶В ювелирном деле

Для пайки золотых, серебряных и медных сплавов применяют флюсы на основе буры и борной кислоты. Они обеспечивают чистоту шва и предотвращают образование окалины.

¶Требования к флюсам

Качественный флюс должен соответствовать следующим критериям:

• Эффективно удалять оксиды при рабочей температуре пайки.
• Не вызывать коррозии соединяемых материалов и припоя.
• Не содержать токсичных или вредных компонентов (или их содержание должно быть минимальным).
• Легко удаляться после пайки (или быть не требующим удаления).
• Не образовывать токопроводящих мостиков между проводниками.
• Обладать стабильностью при хранении.

¶Безопасность

Многие флюсы, особенно кислотные и галогенидные, содержат агрессивные химические вещества. При нагреве они могут выделять токсичные пары (хлористый водород, аммиак, формальдегид). Работа с такими флюсами требует использования средств индивидуальной защиты (респиратор, перчатки, защитные очки) и хорошей вентиляции. Остатки кислотных флюсов необходимо тщательно удалять с поверхности пайки, так как они вызывают коррозию. В РФ обращение с некоторыми флюсами, содержащими сильные кислоты, регулируется правилами безопасности при работе с химическими веществами.

¶Критика и ограничения

Основной недостаток активных флюсов — коррозионная опасность. Остатки кислотных флюсов, если их не удалить, могут разрушать паяное соединение и окружающие детали. В электронике остатки канифольных флюсов, хотя и считаются нейтральными, при длительном воздействии влаги могут вызывать электромиграцию и короткие замыкания. Современные no-clean флюсы дороже традиционных и требуют строгого контроля температуры пайки. Также существуют ограничения по применению флюсов при пайке в вакууме, где они могут испаряться и загрязнять камеру.

¶Интересные факты

• В древности для пайки использовали смесь свиного сала и древесной золы — это один из первых известных флюсов.
• Канифоль получают путём перегонки живицы сосны. Она состоит из смоляных кислот (абиетиновая, пимаровая).
• В СССР был разработан флюс «ЛТИ-120» (Ленинградский технологический институт), который до сих пор используется в некоторых отраслях.
• В современной микроэлектронике для пайки бессвинцовыми припоями (например, SAC305) требуются флюсы с более высокой температурой активации (до 260 °C).

¶Источники

1. ГОСТ 19250-73 «Флюсы паяльные. Классификация».
2. ГОСТ 21930-76 «Флюсы паяльные. Общие технические условия».
3. Лашко С. В., Лашко Н. Ф. «Пайка металлов». — М.: Машиностроение, 1988.
4. Корякин-Черняк С. Л. «Справочник по пайке». — СПб.: Наука и техника, 2005.
5. «Справочник по пайке» под ред. И. Е. Петрунина. — М.: Машиностроение, 2003.
6. Материалы сайта «Энциклопедия по пайке» (пайка.рф).