Российские паяльные материалы: флюсы «Изагри»

Созданное в 1998 году и расположенное в Московской области ЗАО «Изагри» разрабатывает и производит паяльные материалы: флюсы, паяльные пасты, отмывочные жидкости, свинецсодержащие и бессвинцовые припои и многое другое (рис. 1). Качество отечественной продукции отвечает требованиям ГОСТ, ОСТ и международных стандартов (IEC — МЭК, IPC, JEDEK, ASTM, DIN и т. д.). В данной публикации речь пойдет об одной из линеек продукции — о флюсах.

Рис. 1. Стенд с паяльными материалами «Изагри» на выставке «Новая электроника — 2016».

Флюсы

Нанесение флюса — это не просто подготовительный момент пайки, это заложение фундамента ее качества и прочности паяного узла. А потому выбор флюса — важнейший момент в технологическом процессе любого производства.

С одной стороны, флюс обеспечивает хорошую смачиваемость места пайки, позволяя жидкому припою легко растекаться, с другой — защищает металлы от возникновения оксидных пленок.

Именно поэтому в отечественной теории пайки появилась тема флюсования. Флюс отвечает за то, чтобы правильно «высадить» атомы припоя на поверхность пайки. Он изменяет поверхностное натяжение расплавленного припоя и увеличивает смачиваемость поверхности. Поэтому если без флюса припой собирается в виде шарика, то с хорошим флюсом он заливает все прогретые участки.

Итак, основная задача, решаемая с помощью флюса, — очистка паяемой поверхности с целью снижения поверхностного натяжения и улучшения растекания жидкого припоя.

А чтобы вступать в реакцию с припоем, флюс должен иметь кислотные свойства при температуре пайки. Например, канифоль при комнатной температуре совершенно нейтральна, и только при нагревании проявляются ее кислотные свойства. Вот почему не существует бескислотных флюсов, бывают флюсы с разной кислотной активностью. И чем выше эта активность, тем лучше растворяются оксидные пленки и тем ниже безопасность остатков флюса. Таким образом, подбор флюса — это всегда компромисс между его активностью и безопасностью остатков.

Особые требования предъявляются к минимальному количеству остатков флюса после пайки, поскольку это гарантирует хорошую косметику печатной платы и качественное проведение дальнейших испытаний на наличие дефектов при пайке компонентов.

Основные требования, которые должны выполнять флюсы, следующие:

• химически не взаимодействовать с припоем;
• качественная очистка поверхности основного металла и припоя от присутствующих на них окислов;
• защита паяемого соединения от воздействия окружающей среды во время пайки;
• температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя;
• способность смачивать поверхность основного металла расплавленным припоем;
• сохранение свойств и неизменность своего состава от нагрева при пайке;
• отсутствие сильной коррозии паяного соединения и ядовитых газов при нагреве.

По остаткам пайки флюсы разделяют на водорастворимые и требующие смывки. По активности — на флюсы высокой, средней и низкой активности. По форме — пастообразные, гелеобразные и жидкие.

Еще одной важной характеристикой флюса является наличие в нем галогенов. Галогениды — хлоридный и бромидный ион — оказывают наиболее агрессивное коррозионное воздействие на металлы. Отмыть его с поверхности печатной платы довольно сложно, так как связать его в растворе отмывочной жидкости нечем. По этой причине для аппаратуры ответственного применения, как правило, не используются безгалоидные (менее 0,05%) флюсы.

Классификация флюсов обширна, поскольку критериев выбора достаточно много. В зависимости от основы флюсы подразделяются на канифольные (RO), синтетические (RE) или органические (OR) (табл. 1).

Примечание. * — неорганические флюсы в электронике практически не используются, поэтому их рассмотрение считаем нецелесообразным.

Флюсы, основанные на канифоли, растворимы в привычной спиртобензиновой смеси и большинстве других отмывочных жидкостей. Канифоль обладает слабыми флюсующими свойствами (то есть способна паять сама даже в отсутствие активатора). Она растворима в большинстве полярных органических растворителей и смесях полярных и неполярных растворителей, нерастворима в воде и неполярных растворителях [1].

Синтетические флюсы могут иметь в основе совершенно разные смолы, часть из которых не претерпевает никаких изменений в процессе пайки (термопластичные смолы). Одни необратимо полимеризуются или сополимеризуются с остальными компонентами флюса и вследствие этого теряют способность к отмывке (реактопласты), а другие являются продуктами реакции этерификации канифоли со спиртами или гликолями. В свою очередь все перечисленные типы смол тоже могут делиться на разные классы. Каждая смола характеризуется уникальными свойствами: температурой плавления, способностью к растворению в различных растворителях, термическим поведением и т. п.

OR-флюсы основываются, соответственно, на растворимых в воде веществах органического происхождения. При этом не все OR-флюсы являются кислотными, более того, многие органические флюсы не содержат кислоты вообще — ни слабой, ни сильной. Чтобы оценить количество кислоты, содержащейся во флюсе, необходимо посмотреть еще на один важный параметр — на кислотное число, или pH, водной вытяжки флюса. А для того чтобы судить о том, насколько сильной является кислота, используемая во флюсе, применяют тесты на коррозию — «медное зеркало» и коррозию медной пластины.

Жидкие флюсы

Жидкие паяльные флюсы широко применяются при пайке волной и двойной волной припоя, используемых в технологиях монтажа компонентов в отверстия или смешанного монтажа.

Органические флюсы «Изагри» (рис. 2) представлены сериями ФР544 и ФР529. Они изготавливаются из органических активаторов и растворителей, которые под действием высоких температур пайки испаряются. Отсюда минимальные остатки после пайки, легко смываемые водой или в процессе отмывки, а также полная инертность остатков флюса после пайки волной (табл. 2).

Рис. 2. Флюс серии ФР529

ФР544 — водосмываемый флюс, предназначенный для пайки по никелю, стали и поверхностям с плохой паяемостью. Однако его остатки обладают высокой коррозионной активностью и требуют обязательного удаления после пайки методом смывки деионизированной водой или отмывочной жидкостью ОФ‑1.

При поверхностном монтаже ФР544 обеспечивает хорошую смачиваемость и заполнение отверстий. Он позволяет снизить риск возникновения перемычек и разбрызгивания припоя, что делает его наиболее функционально пригодным в поверхностном монтаже. Флюсы выпускаются с высокой активностью (ФР544-1) и низкой (ФР544-3).

Недостатком органических флюсов является их низкая температурная стойкость и стабильность, что требует более узкого окна технологического процесса пайки. Для решения этой проблемы «Изагри» предлагает безотмывочный флюс на водной основе серии ФВ529. Особенность данного флюса — возможность использования его как композиции, термически стабильной в широком диапазоне температур при процессе пайки. Благодаря высокой степени смачивания слой наносимого флюса достаточно тонкий и однородный, что позволяет снизить его расход в процессе пайки. Как и в случае с ФР544, флюсы выпускаются с разной активностью: низкой (ФВ529-3), средней (ФВ529-2) и высокой (ФВ529-1).

Отметим, что для ФР544 рекомендуется смывка, а ФВ529 является безотмывочным. Однако обратим внимание на содержание твердых частиц в обоих флюсах: 5,8 и 6% соответственно. А значит, оба флюса могут применяться как безотмывочные. Кроме того, оба флюса предназначены для работы как со свинцовыми, так и с бессвинцовыми припоями.

Нанесение жидких флюсов осуществляется методом пенного флюсования, распылением или погружением в емкость с флюсом. Таким образом, они пригодны для всех типов пайки — для пайки волной припоя, селективной, а также ручной пайки.

Клейкие флюс-гели

Самая популярная серия флюсов — канифольные клейкие флюс-гели. В ассортименте «Изагри» это серия ФРК525 (рис. 3).

Рис. 3. Флюс-гель серии ФРК525

Флюс-гель имеет высокую клейкость и обеспечивает хорошую фиксацию компонента при пайке (табл. 2). После пайки остатки флюса при необходимости легко удаляются водой или промывочной жидкостью.

Флюс подходит для пайки электронных компонентов и полупроводников в ЧИП- и BGA/PGA-корпусах, всех чип-резисторов, конденсаторов, индуктивностей и т. д.

Активность флюса определяется цифрой на конце маркировки: ФРК525-1 с высокой активностью ROH0, -3 со средней ROМ0 и -2 с низкой ROL0.

Все слабоактивные канифольные флюсы являются безотмывочными. Активные флюсы (например, ФРК525-1 и ФРК525-3) рекомендуется смывать водой или отмывочной жидкостью ОФ‑1. Выпускаются в шприцахдозаторах и баночках по 30 и 100 мл.

Флюсы не содержат легколетучих соединений, а значит, безопасны для людей и не создают пожароопасную ситуацию. Также флюсы серии ФРК525, как, впрочем, все флюсы «Изагри», не содержат галогенов, которые снижают уровень электрических параметров печатной платы и способствуют возникновению коррозии.

Расшифровка наименований флюсов производства «Изагри»

ФР — флюс органический, соответствует по составу RoHS, содержит различные растворители.

ФРК — флюс соответствует RoHS, на канифольной основе.

ФВ — флюс на водной основе.