Флюсы для пайки

Флюс для пайки — это химическое вещество или композиция, применяемая для удаления оксидных плёнок с поверхности соединяемых металлов и припоя, а также для защиты очищенной поверхности от окисления в процессе нагрева и пайки. Флюсы обеспечивают смачивание припоем основного металла, улучшают растекание расплавленного припоя и способствуют формированию прочного и герметичного паяного соединения.

История

Использование флюсов известно с древних времён, когда для пайки металлов применяли природные смолы (канифоль), животный жир и воск. С развитием металлургии и электроники в XIX—XX веках возникла потребность в более активных и специализированных флюсах. В 1930-х годах были разработаны первые синтетические флюсы на основе канифоли с активаторами, что позволило паять медные сплавы и сталь. Во второй половине XX века, с появлением печатных плат и поверхностного монтажа, начали применяться водосмываемые и безотмывочные флюсы, а также паяльные пасты, содержащие флюс в виде геля.

Классификация

Флюсы классифицируют по нескольким признакам: химическому составу, агрегатному состоянию, способу активации и области применения.

По химическому составу

• Канифольные (смоляные) — на основе канифоли (сосновой смолы) и её модификаций. Обладают слабой активностью, не требуют отмывки, используются для пайки меди, латуни, бронзы и их сплавов.
• Активные (кислотные) — содержат хлориды цинка, аммония, ортофосфорную кислоту или другие агрессивные компоненты. Эффективно удаляют оксиды с чёрных металлов, нержавеющей стали, никеля, но требуют обязательной отмывки из-за коррозионной опасности.
• Органические — на основе глицерина, мочевины, триэтаноламина, аминов. Менее агрессивны, чем кислотные, но активнее канифольных. Применяются для пайки алюминия, магния и их сплавов.
• Флюсы-пасты — смеси флюса с порошком припоя, используемые в паяльных пастах для поверхностного монтажа.
• Водорастворимые — после пайки смываются водой, что упрощает очистку. Часто содержат неионогенные поверхностно-активные вещества.

По агрегатному состоянию

• Твёрдые — канифоль, порошкообразные смеси.
• Жидкие — спиртовые растворы канифоли, водные растворы солей.
• Гелеобразные — пасты, гели, в том числе в виде паяльных паст.
• Газообразные — инертные газы (аргон, азот) или активные газовые смеси (например, фтористый водород), используемые в специализированных процессах.

По способу активации

• Нейтральные — не требуют активации, действуют при нагреве за счёт собственных свойств.
• Активированные — содержат добавки (галогениды, кислоты), которые усиливают действие при повышении температуры.
• Безотмывочные — после пайки остаются в виде тонкой плёнки, не вызывающей коррозии в нормальных условиях.

Свойства и требования

Основные требования к флюсам:

• Температура плавления — должна быть ниже температуры плавления припоя, чтобы флюс расплавился и начал действовать до расплавления припоя.
• Температурный интервал активности — флюс должен сохранять активность в диапазоне от температуры плавления до температуры пайки.
• Смачивающая способность — способность снижать поверхностное натяжение на границе металл-припой.
• Коррозионная безопасность — остатки флюса не должны вызывать коррозию паяного соединения в условиях эксплуатации.
• Удаляемость — возможность отмывки (водой, растворителями) или отсутствие необходимости в отмывке.
• Экологичность — отсутствие токсичных компонентов (свинца, кадмия, галогенов) в соответствии с директивами RoHS, WEEE.

Применение

Флюсы используются во всех видах пайки: мягкой (оловянно-свинцовыми, бессвинцовыми припоями) и твёрдой (медно-цинковыми, серебряными припоями). Основные области применения:

Электроника и электротехника

• Пайка печатных плат — применяются спирто-канифольные флюсы (СКФ, ЛТИ-120), безотмывочные флюсы (например, на основе полиэтиленгликоля), паяльные пасты для поверхностного монтажа.
• Монтаж радиоэлементов — для пайки выводов, разъёмов, проводов.
• Ремонт и пайка микросхем — используются специальные низкоактивные флюсы, не повреждающие полупроводниковые структуры.

Металлообработка и сантехника

• Пайка медных труб — применяются активные флюсы на основе хлорида цинка или ортофосфорной кислоты.
• Пайка стальных и чугунных деталей — используются кислотные флюсы (например, паяльная кислота).
• Пайка алюминия — требуются специализированные флюсы, содержащие фториды и хлориды щелочных металлов.

Ювелирное дело

• Пайка серебра, золота, платины — применяются флюсы на основе буры (тетрабората натрия) или борной кислоты, которые не оставляют коррозионных остатков.

Производство теплообменников, радиаторов, автомобильных радиаторов

• Используются активные флюсы, обеспечивающие пайку алюминиевых и медных сплавов.

Примеры распространённых флюсов

Техника безопасности

При работе с флюсами необходимо соблюдать меры предосторожности:

• Вентиляция — пары многих флюсов (особенно кислотных и спиртовых) токсичны, требуют вытяжки или работы в хорошо проветриваемом помещении.
• Защита кожи и глаз — кислотные флюсы вызывают химические ожоги, необходимо использовать перчатки и защитные очки.
• Пожароопасность — спиртовые флюсы легковоспламеняемы, не допускать нагрева выше температуры вспышки.
• Отмывка — остатки активных флюсов должны быть удалены сразу после пайки, чтобы избежать коррозии. Для отмывки применяют воду, изопропиловый спирт, специальные очистители.
• Утилизация — отработанные флюсы и отходы пайки (особенно содержащие свинец) подлежат сбору и утилизации в соответствии с экологическими нормами.

Интересные факты

• Канифоль, используемая в флюсах, является продуктом переработки живицы сосны. Её название происходит от древнегреческого города Колофон (ныне — территория Турции), где в античности добывали смолу.
• В СССР был разработан флюс «ФКСп» (флюс канифольный спиртовой), который до сих пор используется в радиолюбительской практике.
• Для пайки в космической и авиационной технике применяют специальные безотмывочные флюсы, не выделяющие газов в вакууме.
• В современной электронике всё чаще используются бессвинцовые припои, требующие флюсов с более высокой температурой активации (до 250–300 °C).

Источники

• Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1995. — Т. 5.
• Справочник по пайке / под ред. И. Е. Петрунина. — М.: Машиностроение, 2003.
• ГОСТ 19248-90 «Флюсы для пайки. Классификация и общие технические требования».
• ГОСТ 21930-76 «Флюсы паяльные. Методы испытаний».
• Технология пайки в электронике / В. В. Гусев, А. А. Морозов. — М.: Радио и связь, 2005.
• Материалы для пайки: каталог и технические описания (Pro'sKit, Kester, AIM).