Несколько слов о флюсах для пайки

Пайка и флюс: важность правильного применения

Для паяльных работ и нужного качества паяных соединений помимо опыта требуется соблюдение технологии и соответствующие материалы.

Настройка паяльника

Первое заключается в настройке мощности паяльника и температуры жала для достаточного прогрева места пайки.

Выбор припоя

В качестве припоя используйте ПОС-61, который неплохо подходит практически везде.

Назначение флюса

Второе подразумевает применение флюса, который необходим для спайки металлов между собой с образованием прочного механического соединения и надежного электрического контакта.

Классификация и виды паяльников

Более подробно о выборе инструмента для пайки можно узнать в статье Классификация и виды паяльников.

Что такое флюс и зачем он нужен

Основная цель флюса

Флюс подготавливает поверхности, удаляя оксиды, и обеспечивает диффузию молекул припоя между узлами, гарантируя прочную и долговечную пайку.

Необходимость флюса

Без флюса соединения могут оказаться хрупкими и имеющими высокое электрическое сопротивление из-за образования оксидного слоя.

Преимущества флюса

Флюс также предотвращает образование нового оксидного слоя и предотвращает повреждения при механической или температурной нагрузке.

Время чтения

Примерно 14 минут.

Изучение и основы пайки

Научиться паять может любой желающий, но начинать нужно с основ. Пайка бывает разная. Существует огромная разница в методе пайки большого резистора мощностью 2 Ватта на обычную печатную плату и, к примеру, микросхемы BGA на плату сотового телефона.

Пайка различных компонентов

В первом случае нужен простой электрический паяльник мощностью 40 Вт, твердая канифоль и припой, во втором случае необходимы термовоздушная станция, безотмывочный флюс, паяльная паста, трафареты и, иногда, станция нижнего подогрева плат.

Очевидно, разница существенная. В каждом случае нужно выбирать тот метод пайки, который является наиболее подходящим для конкретного вида монтажа.

Типы паяльников

За последние 120 лет с момента изобретения первого паяльника произошло много изменений. Для новичков, которые хотят освоить домашнюю пайку проводов и радиодеталей, существует несколько доступных и недорогих вариантов паяльников.

Нихромовый паяльник

Первый вариант — нихромовый паяльник, который имеет нагревательный элемент из нихромовой проволоки и медное жало. У него есть несколько недостатков: он долго нагревается (более 3-х минут) и остывает, требует особого ухода и имеет ограниченный срок службы. Однако у него есть и преимущества, такие как доступная цена и возможность изменять форму жала.

Керамический паяльник

Второй вариант — керамический паяльник, который имеет керамический нагревательный элемент и никелированное медное жало. Он быстро нагревается и остывает (около 20 секунд), позволяет контролировать температуру, легок в уходе и имеет долгий срок службы. Единственный недостаток такого паяльника в том, что керамический элемент при сильных ударах может трескаться.

Формы жала

Жало является рабочей частью паяльника и имеет несколько форм, которые подходят для различных видов пайки:

• Жалу нихромовых паяльников можно придать любую форму с помощью напильника из меди. Но они имеют недолгий срок службы и быстро выгорают, требуя замены.

• Никелированные жала не могут быть обработаны напильником, но они обычно обладают более длительным сроком службы.

Припой и пайка

Для домашней пайки часто выбирают проволоку, состоящую из сплава олова и свинца. Чем больше содержание свинца, тем ниже стоимость сплава. Припои с низкой температурой плавления, до 150-200 градусов, также пользуются популярностью.

Типы припоев

Припой доступен в нескольких формах:

Пайка металлических проводов

Попробуем спаять два металлических провода так, чтобы соединение проводило электрический ток и при этом было прочным.

1. Включите паяльник и дождитесь, пока он нагреется

2. С помощью кусачек удалите 2-3 см изоляции с концов проводов.

3. Чтобы залудить провод, возьмите небольшое количество флюса на паяльник и обработайте его. Если вы используете жидкий или гелевый флюс, то наносить его нужно непосредственно на провод.

4. Возьмите немного припоя на паяльник и нанесите его на провод.

5. Повторите те же самые шаги с другим проводом.

6. Зафиксируйте оба провода, прижимая их друг к другу. Для этого можно использовать плоскогубцы или держатель.

7. Осторожно нагрейте место контакта между проводами при помощи паяльника до того момента, когда припой расплавится и соединит провода.

8. Уберите паяльник, чтобы не перегреть детали. Протрите жало о влажную губку, чтобы удалить загрязнения и излишки припоя. Через несколько секунд припой затвердеет. Правильное соединение выглядит ровным, гладким и блестящим.

При работе с паяльным оборудованием необходимо соблюдать технику безопасности.

Виды флюсов и их применение

В данном разделе будут рассмотрены наиболее универсальные и популярные сегодня материалы, дано описание их состава, рекомендованного припоя для максимального качества пайки, а также область их применения. Флюсы, которые обычно не используются для пайки радиоэлектронной аппаратуры, а, например, для чёрных металлов, будут кратко рассмотрены. Также будет уделено внимание часто применяемой флюсовой смеси и порошкообразному припою, известному как паяльная паста. Флюсы, применяемые для пайки массивных стальных или железных изделий при высоких температурах (500°С и более), такие как тетраборат натрия (бура), не будут рассматриваться, так как это выходит за рамки данной статьи. Мы охватим все виды материалов, которые можно паять.

Канифоль и флюсы на её основе

Канифоль представляет собой отвердевшую смолу сосны или некоторых других пород деревьев, главным образом хвойных. Её получают путем нагревания жидкой смолы и испарения терпеновых компонентов (скипидара) и других летучих соединений. Состоит из смеси различных смоляных и жирных кислот. Она может иметь разнообразный оттенок, от светло-желтого до чёрного.

Использование канифоли

Канифоль использовалась человеком на протяжении долгого времени. Изначально её применяли для защиты деревянных конструкций от гниения, путем пропитки элементов зданий и кораблей расплавленным материалом. В период начала машиностроения она применялась для натирания ремней и шкивов передач для увеличения сцепления и повышения эффективности работы механизмов. В настоящее время она используется в химической промышленности для производства красок и лаков, в профессиональной среде для натирания смычков музыкальных инструментов, в спорте вместе с магнием для улучшения сцепления рук спортсмена с снарядами, а также в качестве флюса.

Классическая сосновая канифоль DeBaiLong действует благодаря наличию кислот в своем составе. При нагревании происходит растворение оксидного слоя на поверхности деталей, подлежащих спаиванию. Канифоль окружает место пайки, предотвращая окисление веществ из воздуха, таким образом, предотвращая повторное окисление.

## Канифоль в пайке электронных компонентов

Канифоль относится к слабоактивным флюсам и применяется только с металлами, склонными к диффузии в них оловянно-свинцового припоя (медь и сплавы, серебро, золото) и при незначительном оксидировании.

Пайка чёрных металлов, алюминия, спецсплавов с высоким удельным сопротивлением (нихром, манганин, константан) с ней практически невозможна или сопряжена с массой трудностей.

Смывка остатков и солей хвойных и жирных кислот в большинстве случаев не требуется. Работы рекомендуется выполнять низкотемпературными припоями, так как с увеличением температуры происходит выгорание канифоли, снижение активности и образование твёрдых трудносмываемых остатков.

Наносится только с помощью жала паяльника.

## Применение канифоли

Ввиду более современных вариантов в промышленном производстве электронной техники канифоль в чистом виде не применяется.

### Свойства канифоли

- **Состав:** Хвойные и жирные кислоты растительного происхождения
- **Применимость:** Медь, сплавы меди, серебро, золото
- **Рекомендуемый припой:** Оловянно-свинцовый припой
- **Температура пайки:** 200°C
- **Смывка:** Не требуется

## Жидкая канифоль

Помимо твёрдой канифоли, также применяются её растворы в различных спиртах без включения или с добавками, увеличивающими активность. Примером являются СКФ, КЭ, ФКЭт.

### Применение жидкой канифоли

- **Состав:** Канифоль, этиловый/изопропиловый спирт
- **Температура пайки:** Около 200°C

## ЛТИ-120

Для увеличения активности в канифоль добавляются присадки-активаторы, улучшающие качество и сокращающие время пайки. Примером служит ЛТИ-120.

### Характеристики ЛТИ-120

- **Состав:** Канифоль, этиловый/изопропиловый спирт, солянокислый диэтиламин

## Геле- и пастообразные растворы

Производятся ещё геле- и пастообразные решения, являющиеся самыми применяемыми в настоящее время. Ими паяют как SMD, так и компоненты в корпусах с шарообразными выводами из припоя.

### Примеры геле- и пастообразных растворов

1. **TR-RM**
   - **Состав:** Канифоль, технический вазелин
   - **Температура пайки:** До 300°C

2. **RMA-218**
   - **Состав:** Канифоль, технический вазелин, адипиновая кислота

3. **RMA-223**
   - **Состав:** Канифоль, технический вазелин, глицерин

Кроме канифольных, существуют флюсы, основанные на глицерине — простейшем представителе трёхатомных спиртов. В отличие от быстроиспаряющихся спиртовых, такие практически не испаряются, что позволяет нанести их сразу на множество точек. Они относятся к средне- и высокоактивным, и требуют обязательной отмывки водой, этиловым/изопропиловым спиртом или растворителями: гигроскопичность неотмытого глицерина и сопутствующих остатков быстро приведёт к химическому разрушению соединения.

Высокая активность позволяет использовать их для меди и её сплавов с сильным окислением (чёрный плотный слой оксида двухвалентной меди, зелёный рыхлый слой солей меди и так далее), а также для углеродистых сталей, даже с коррозией.

Ввиду требования к обязательной отмывке и высокой активности остатков не рекомендуется применять их при монтаже деталей на печатной плате. Качественная отмывка плат, особенно при наличии на них элементов поверхностного монтажа, возможна только при использовании ультразвуковой ванны.

Востребованные представители: «Глицерин гидразин» и ТАГС.

Состав Глицерин, вода, ингибиторы коррозии, гидразин гидрохлорид

Применимость Медь, сплавы меди, углеродистые стали

Температура пайки До 350°C

Состав Триэтаноламин, анилин гидрохлорид, аммоний хлорид, глицерин, спирт этиловый или изопропиловый

Температура пайки До 320°C

На основе хлористого цинка

Хлорид цинка II представляет собой бесцветные кристаллы, полученные реакцией металлического цинка с соляной кислотой. Они легко растворяются в воде, спирте и других органических растворителях, образуя раствор с сильной кислотностью. В качестве флюса используют водные растворы ZnCl₂.

Они высокоактивны, поэтому всегда нужно отмывать покрытие водой, спецрастворителями, спиртами. Неотмытые остатки имеют высокую электропроводность. Пайка радиокомпонентов и печатных плат им запрещена. Им паяют и лудят изделия из меди или произведённых из неё сплавов (даже с сильной коррозией), разных чёрных металлов (железа, стали, чугуна, никеля), цинка и оцинкованных изделий, свинца, нихрома.

Пары хлористого цинка опасны. При работах наличие дымоуловителя и системы вентиляции обязательно.

Наиболее известны: «Паяльная кислота» и ЗИЛ-1 и ЗИЛ-2.

Состав Хлористый цинк, вода

Применимость Медь, сплавы меди, железо, сталь, чугун, никель, нихром

ЗИЛ — 1

Состав Хлористый цинк, двухлористое олово, хлорная смесь, соляная кислота, вода

Применимость Железо, сталь, чугун, никель, нихром

Рекомендуемый припой Оловянно — свинцовый припой с высоким содержанием свинца

Температура пайки До 400°C

ЗИЛ — 2

Состав Хлористый цинк, хлористый аммоний, хлорное железо, вода

Применимость Медь, сплавы меди, железо, сталь, чугун, никель, нихром, цинк, свинец

Ортофосфорная кислота

По применимости и технологии пайки она близка к хлористо-цинковым вариантам. С ней паяют медь со сплавами, но главным применением является пайка чёрных металлов разных марок, включая нержавеющую сталь, а также изделия, подвергшиеся коррозии. В месте контакта фосфорной кислоты с металлическим изделием образуется защитный слой фосфата железа, предохраняющий от дальнейшего коррозионного разрушения. Также подходит для пайки константана.

Она средне- и высокоактивная, обязательно смывается спиртами или специальными растворителями. Запрещается паять электронные компоненты и печатные платы.

Пары H3PO4 опасны. При работах требуется применение дымоуловителя и хорошая вентиляция.

Среди известных: «Ортофосфорная кислота» и ФИМ.

Состав Ортофосфорная кислота

Применимость Железо, сталь, чугун, никель, нержавеющая сталь, константан

Состав Ортофосфорная кислота, этиловый или изопропиловый спирт, ингибиторы коррозии

Применимость Медь, медные сплавы, железо, сталь, чугун, никель, нержавеющая и жаростойкая сталь

На основе триэтиламина

Они выступают классическими органическими композитными высокоактивными флюсами для пайки низкотемпературными припоями. Основными составляющими являются триэтиламин.

Составы на его основе применимы для пайки меди и сплавов из неё, но основное применение — это трудноспаиваемые материалы, а именно бериллиевая бронза, алюминий и другие лёгкие сплавы, нержавеющие и жаростойкие стали и прочие разновидности чёрных металлов, включая корродированные и сильно загрязнённые.

Обладают средней или высокой активностью, после монтажа их смывают спиртами, либо применяют специальные растворители. Компоненты с платами им не паяют, но допускается пайка алюминиевых и медных проводов и кабелей (в том числе между собой).

Пары триэтиламина ядовиты (особенно содержащие соединения кадмия ФТКА). Пайка осуществляется с дымоуловителем и правильно организованной вентиляцией.

Наиболее известные представители: ФТКА, Ф-34 и некоторые другие.

Состав Триэтиламин, фтороборат кадмия, фтороборат аммония

Применимость Алюминий, бериллиевая бронза, нержавеющая и жаростойкая сталь

Рекомендуемый припой Низкотемпературный оловянно — свинцовый припой

Ф — 34

Состав Триэтиламин, этиловый или изопропиловый спирт, ингибиторы коррозии, присадка для улучшения смачивания

Применимость Алюминий, магниевые сплавы, нержавеющая и жаростойкая сталь

Паяльные пасты

Они занимают промежуточное положение между припоями и флюсами. Вернее, они одновременно и те, и другие. Состоят из тонкого порошка «припой+флюс», преимущественно из канифоли. Применяются только для монтажа SMD и BGA-компонентов: паяльная паста обладает высокой клейкостью, позволяющей надёжно фиксировать деталь, так и высокой температурой закипания. После расплавления превращается в припой, стабильно фиксирующей компонент на плате.

Они нейтральные и не нуждаются в отмывке, но в условиях промышленного производства её всегда проводят.

Применяются как для монтажа с помощью паяльника или паяльной станции и ручным дозированием, так и автоматической пайки.

В качестве примера качественных и популярных продуктов могут быть названы KELLYSHUN GY618B и низкотемпературная бессвинцовая паста MECHANIC WQ-50 Lead Free.

Состав Олово, свинец, серебро, безотмывочный канифольный флюс

Применимость SMD, компоненты в корпусах BGA

Рекомендуемый припой Не требуется

Температура пайки До 183°C

MECHANIC WQ-50 LF

Состав Висмут, олово, безотмывочный флюс

Температура пайки До 138°C

Паяльный флюс — архиважная составляющая качественного паяного соединения. Припой заполняет места пайки, но его химическая диффузия со спаиваемыми деталями, обеспечивающая механическую прочность, долговечность и электрическую надёжность, возможна только при использовании флюса, полностью подходящего для конкретной ситуации. Металлов и сплавов множество. И флюсовых составов для них примерно столько же.

Как правильно припаять провод

Эта статья написана для тех, кто решил заняться пайкой впервые, или имеет небольшой опыт в этой области. На эту тему написано много книг, но, чтобы спаять один или несколько контактов, все аспекты пайки изучать не нужно. Мы рассмотрим наиболее частые поломки бытовой техники и электро или электронных устройств. Например — восстановление обрыва в проводе блока питания или наушников. Объясним основные принципы пайки, чтобы вы могли обеспечить качественное и надежное соединение. В ваших интересах набраться терпения и потратить 8-12 минут своего времени, чтобы в будущем избежать повторного ремонта и сэкономить время и деньги.

Фотография того, как должны быть припаяны провода к блоку питания

Что такое пайка

Пайка — это процесс соединения двух материалов с помощью металла или сплава-посредника, называемого припоем, для получения неразъёмного соединения деталей с участием межатомных связей. Припой имеет более низкую температуру плавления, чем материал соединяемых деталей. Спаиваемые детали вводятся в соприкосновение, затем в зазор между ними вводится припой и обычно флюс. Место спайки нагревается до температуры плавления припоя и он смачивает поверхности деталей, затем после снятия нагрева припой, остывая, кристаллизуется, образуя соединение. Качество и прочность соединения сильно зависит от смачиваемости припоем соединяемых поверхностей и неподвижности соединения в момент остывания припоя (кристаллизации).

Условия хорошей смачиваемости при спаивания деталей

На качество пайки, в основном, влияет чистота деталей. Соединяемые детали не должны иметь какие-либо загрязнения (жир, масла, окислы и т.п.), которые можно убрать с помощью очистителей типа спирта, бензина или других подходящих для конкретного типа загрязнения. Место спайки должно иметь чистый металлический блеск. Удаления загрязнений (в основном оксидов) можно достичь механическим (абразивные материалы, наждачная бумага, лезвие), и химическим способом (с помощью флюса). Флюс дает дополнительно уменьшение поверхностного натяжения. Удалять загрязнения надо аккуратно, например при пайке светодиодной ленты, слой медной подложки достаточно тонкий и слишком усердная механическая зачистка сточит этот слой в ноль. Можно, конечно, использовать кислотный флюс, он хорошо удаляет оксидную плёнку металла, которой покрываются все металлы на воздухе. Оксиды образуются разной прочности и за разное время в зависимости от вида металла, влажности и температуры. При этом остатки этих активных флюсов (кислотных), как правило, очень коррозийны и требуют тщательного удаления после пайки, иначе место спайки со временем разрушится.

Виды припоя и флюсов, фото некоторых образцов флюса, припоя в виде шариков и проволоки

Мы не будем здесь рассматривать весь спектр флюсов и припоев, а только те, что нужны для соединения обычных медных проводов. При пайке проводов и радиодеталей, в основном, применяются оловянно-свинцовые припои и их принято обозначать в процентном соотношение олова к свинцу (пример ПОС60 — значит 60% олово, остальное свинец). Годятся припои от ПОС40 до ПОС90 — отличаются они температурой плавления и механическими характеристиками (прочностью, пластичностью). Температура плавления ПОС-40 — 238 °C, ПОС-61 — 183 °C, ПОС-90 — 220 °C. Чаще всего используется припой марки ПОС60-63. Самый известный из флюсов — канифоль — из-за своей низкой цены, безопасности (химически нейтральный, не проводящий ток), не требует удаления после пайки, не коррозийный. Хотя его обычно удаляют, чтобы визуально убедится в качестве пайки. Канифоль растворяет окислы меди и олова, применяется в твердом и жидком состояние (растворённая в спирте — флюс СКФ).

Не всегда провода делают из чистой меди, в целях экономии добавляют другие металлы и вещества подешевле. В результате обычная канифоль не обеспечивает хорошей смачиваемости припоем спаиваемых деталей. В этом случае можно применить флюс ЛТИ — он поможет легко спаять оцинкованные контакты, свинец, очищенное железо, нержавеющую сталь, гребенки контактов к платам ARDUINO и т.д., так как в состав входит спирт, канифоль, МАЛАЯ доза кислоты, триэтаноламин. Паяльная кислота, ортофосфорная или аналогичные — крайней вариант из-за возможности повредить радио-электронные компоненты. К примеру, если запаять радиодетали кислотой и забыть удалить остатки флюса после пайки или убрать их не полностью — получится мина замедленного действия. Через некоторое время контакты полностью разрушатся и устройство выйдет из строя без возможности восстановления.

Подготовка паяльника к пайке, фото медного и необгораемого жала — как должно быть

При подготовке паяльника нужно убедится, что жало чистое, не имеет окалины, нагара или других видов загрязнений рабочей части. Рабочая часть — кончик жала — должен быть покрыт слоем припоя (залужен). В зависимости от типа жала, подготавливается оно по-разному, может быть полностью медное или составное (необгораемое). Медное можно зачистить любым удобным способом (лезвие, наждачка, напильник). Медь достаточно мягкий металл и ему легко придать нужную форму, а, так как медное жало имеет свойство со временем достаточно быстро выгорать, его приходится периодически править. Но, не смотря на эти недостатки, медное жало обладает максимальной теплопроводностью и быстро нагревает нужный участок пайки, хорошо смачивается припоем. Это позволяет удерживать на паяльнике достаточно припоя без нужды дополнительно вводить его в точку пайки (за это очень любимо многими паяльщиками).

У необгораемого жала свои плюсы и недостатки. Оно состоит из медного сердечника и внешней оболочки, как правило из никеля. Оно и делает его практически вечным, обладает антикоррозийными свойствами и устойчиво к обгоранию. Тем не менее, эта броня медного жала требует бережного отношения, так как имеет относительно тонкий слой. Не следует перегревать жало по причине образования прочной оксидной пленки (обычно выглядит как синий налёт). И, если медное жало покрывается окалиной, которую просто зачистить, то тут всё несколько сложней. Окисленное жало припой уже не смачивает. Приходится применять активное лужение — кусочек припоя в баночку с канифолью и в него опускаем горячее жало. Нагретая канифоль разрушает оксидную пленку и жало покрывается снова припоем. Можно конечно не делать этого, ведь, как правило, необгораемым жалом мы не переносим припой в точку пайки, а вводим его туда в виде проволоки из припоя и плавим уже на на месте. К сожалению, оксидная пленка металла также является изолятором тепла и припой плавится трудней.

Можно увеличить нагрев жала (паяльники с терморегуляторами), но тут получится замкнутый круг. Мы увеличиваем температуру, чтобы нагреть место пайки и при этом увеличиваем скорость окисления жала, что ухудшает ещё больше теплопередачу. В качестве механической очистки несгораемого жала применяют специальные чистящие губки для паяльных жал. Можно просто хлопчатобумажную влажную ткань. Зачищать чем-то твердым (абразивным, шлифовальная шкурка или напильник) — лучше не надо, потом, как правило, жало можно выкидывать (необгораемый слой тонкий и его можно сточить полностью). Само никелевое покрытие не очень хорошо смачивается припоем (плохая адгезия), поэтому у хороших производителей кончик жала (часть жала, участвующую не посредственно в контакте с припоем) имеет более дорогой вид покрытия, у которого хорошая адгезия к припою. Это будет видно по разному цвету покрытия. Если вы видите, что ваш паяльник перегревается, вы можете включить его через регулятор мощности (диммер), можно купить у нас за 150 руб., ну или включить паяльник через диод типа 1N5408. Регуляторы мощности отдельная большая тема (в интернете хорошо освещена).

Наконец сама пайка, фото образца пайки провода

Техника безопасности. Чтобы не возникло пожара, нужно убрать все легковоспламеняющиеся предметы и жидкости с рабочего места. Для паяльника следует предусмотреть подставку, которая не будет загораться или плавится при контакте с горячим жалом. Никаких животных и детей в зоне возможного контакта с горячим паяльником. Хорошее освещение вам не помешает.

Основные пункты техники безопасности при пайке

После того, как мы приготовили припой и нанесли флюс на место пайки, нужно нагреть это место паяльником. Включаем паяльник, время нагрева до рабочей температуры обычного паяльника типа ЭПСН 25-60 вт, составляет примерно 3-5 минут. Если вы выполнили все предыдущие пункты, вам нужно прислонить жало паяльника и нагреть точку пайки, припой должен расплавится и затечь между спаиваемыми деталями. Если у вас паяльник с медным жалом, вы можете предварительно захватить им нужный вам объём припоя. Учтите если вы пытаетесь расплавить достаточно большой кусок припоя (больше 5 грамм), понадобится время, чтобы весь кусочек нагрелся и расплавился. Если жало необгораемое, лучше попробовать метод внесением проволоки припоя в точку пайки, хотя и этот тип жала может нести небольшую часть припоя на себе. Старайтесь использовать именно ту форму жала, которая лучше подходит для размеров ваших деталей, чтобы не задеть соседние элементы или, наоборот, слишком долго не греть массивные элементы. Не смотря на то, что припой ПОС60 плавиться при 183 г°C, обычный паяльник разогревается от 250 до 450 °C, ему ведь нужно нагреть ещё и спаиваемые детали. Будьте осторожны.

Прочность и сопротивление паянного соединения

Типовые дефекты пайки, Фото одного из дефектов