Пайка радиоэлектроника

Канифоль: безопасный вид флюса

Канифоль — безопасный вид флюса. Сфера применения этого вещества широка. Где и как используют канифоль и чем ее заменить, знают авторы тематических публикаций Кэмерон Кауард и Александр Берк.

Использование канифоли

В комментариях последнее время несколько раз поднималась тема использования сплава Розе для выпаивания элементов и на Хабре как раз вышла эта статья на эту тему.

Наблюдения

Давным, давно, когда я был школьником и добывал радиодетали преимущественно из разных выброшенных на свалку плат, заметил я необычное явление в процессе распаивания очередной такой платы: некоторые пайки моментально отваливались от фольги, стоило в них ткнуть паяльником. Контактная площадка оставалась чистой от припоя, гладкой и серебристо облуженной, а капля припоя на выводе детали имела внизу такое же блестящее плоское основание.

Заметил и забыл до поры. А в позапрошлом году, принимая участие в научной экспедиции в Арктику, я неожиданно столкнулся с неожиданным выходом из строя прибора, с которым работал. Прибор был самодельным — делали его другие люди, но к счастью, снабдили меня схемой и всей документацией, взял я с собой на всякий случай и паяльник и необходимые приборы.

Неисправности

Долго неисправность искать не пришлось: внутри корпуса валялся интегральный стабилизатор на 5 В в корпусе D-Pak, который просто отвалился от платы. У контактных площадок и брюха стабилизатора были такие же красивые блестящие поверхности.

Последний случай был со стареньким ноутбуком, у которого, по словам прежнего его хозяина, в каком-то подвале за тысячу рублей поменяли разъем питания после того, как старый перестал контачить. Со временем с контактом в этом разъеме снова возникли проблемы и я, обнаружив, что разъем просто плохо припаяли и он просто болтался в плате, взял и пропаял разъем, как следует. Но прошло время и неисправность вернулась.

Причины неисправностей

Как вы догадались, причина у всех этих явлений одна и она упомянута в заголовке статьи и показана на КДПВ. Но откуда он взялся на платах и даже в ноутбуке?

В первых двух случаях виной всему чье-то рациональное предложение, которое в какой-то момент стало чуть ли не общепринятым способом лужения печатных плат у радиолюбителей, и судя по всему, проникло и в производство. Кинул плату в смесь воды, глицерина и лимонной кислоты, нагретую до ста градусов, бросил туда немного гранул сплава Розе, разогнал расплавившийся сплав резиновым шпателем — вот и готовы красиво облуженные и легко паяющиеся дорожки. А ноутбук, как мы помним, побывал у неофициальных ремонтников, у которых есть один милый приемчик — как отпаять припаянное к массивным полигонам платы, да еще и бессвинцовым припоем, хилым паяльником. Для этого служит все тот же сплав Розе, который, сплавляясь с тугим бессвинцом, быстро его плавит и позволяет легко демонтировать разъем, не угрев на плате все вокруг и не отслоив медь от текстолита. И во всех трех случаях сплав Розе, смешавшись с припоем, резко понижал температуру его плавления, что приводило к неприятностям.

This is the translated text in markdown format. Kindly let me know if you need any further assistance.

Влияние добавления висмута на сплав Розе

Казалось бы, немножко сплава Розе должно не очень сильно изменить его свойства припоя. Но это не так. Почему — давайте вспомним, что сплав Розе — это тройная эвтектика в системе олово-свинец-висмут.

Об эвтектике

Давайте рассмотрим фазовую диаграмму двухкомпонентной системы с неограниченной растворимостью в жидком состоянии и незначительной растворимостью в твердом. По горизонтальной оси здесь отложен состав сплава, а по вертикальной — температура. Линии на диаграмме представляют собой зависимости температур начала плавления (солидус — ADCB) и конца плавления (ликвидус — AEB). Точка E — это эвтектика. Эвтектические припои, такие как ПОС-61 или ПОС-63, часто имеют оптимальные характеристики.

Припой с отклонением от эвтектики

Если состав сплава не соответствует эвтектике, например, при использовании припоя ПОС-40, процесс плавления будет замедлен и может быть неоднородным. Это связано с характеристиками таких сплавов.

Добавление висмута

Добавление висмута к сплаву олово-свинец приводит к снижению температуры плавления. Так, сплав начнет плавиться при 96°С, что делает его более удобным в применении.

Заключение

Итак, добавление даже небольшого количества висмута к сплаву Розе может значительно изменить его свойства и улучшить процесс пайки. Отличительной чертой эвтектических сплавов является равновесие между температурами плавления и затвердевания, обеспечивающее эффективное соединение металлических поверхностей.

Проблемы при использовании сплава Розе в пайке

Правда, висмут заметно растворяется в олове, а особенно в свинце. Из-за этого плоскость солидуса отодвинута от края треугольника — разреза олово-свинец. Она отстоит примерно на 15% висмута от эвтектики олово-свинец, загибаясь вверх при приближении к краю. Поэтому количество сплава Розе, которое приведет к неприятностям — не бесконечно мало, а примерно 10-20%.

Идеальные условия vs. реальность

Кинетика пайки является быстрой и кратковременной, что приводит к некоторым проблемам. Пайка может внести дополнительные сложности, так как процесс пайки быстр и не дает времени для равномерного перемешивания припоя.

Процесс пайки

Пример с контактными площадками:

• Контактная площадка на плате покрыта сплавом Розе.
• Контакт припаивается к этой площадке менее чем за секунду.
• Результат — слой обогащенного висмутом припоя, который может плавиться при низкой температуре.

Последствия использования сплава Розе

Анализ рисунка показывает, что при использовании сплава Розе в процессе пайки могут возникнуть проблемы с прочностью и качеством пайки. Также, при недостаточном перемешивании припоя и сплава Розе могут появиться проблемы с соединением контактных площадок.

Меры предосторожности

Не рекомендуется использовать сплав Розе для пайки плат и выпаивания деталей. В случае необходимости припаивания чрезвычайно чувствительных к перегреву деталей, рекомендуется использовать отдельные паяльные инструменты.

Химическое лужение является более безопасной альтернативой использованию сплава Розе. При этом необходимо наносить флюс на химическое олово и оплавлять его.

Зачем приклеивать деталь к плате перед пайкой

Когда деталь не нагружена механически и вы все же отпаяли ее сплавом Розе (или это сделал кто-то до вас), не поленитесь и перед пайкой приклейте ее к плате. Этим вы в некоторой степени застрахуете ее от смещения во время застывания припоя и сделаете пайку более надежной.

Также можно пройтись по площадкам со сплавом Розе большой каплей припоя на широком жале паяльника, затем удалить припой оплеткой и повторить эту операцию еще 1-2 раза, но в зависимости от качества платы существует риск, что дорожки не выдержат.

Оловянно-висмутовый припой и его особенности

Подобная же ситуация возникает, если вы столкнетесь с оловянно-висмутовым припоем. Такой припой, будучи малотоксичным (висмут гораздо менее токсичен, чем свинец) и легкоплавким (Tпл = 139°), был бы отличным бессвинцовым припоем, если бы не образование тройной эвтектики при попадании свинца.

Например, при ремонте платы, паяной таким припоем, с использованием обычного оловянно-свинцового припоя. Тем не менее, такой припой имеет определенный уровень популярности в Японии. Так что нужно быть внимательным при ремонте современной японской электроники.

Чем заменить канифоль и как ее хранить

Канифоль удачно справляется с задачей пайки в домашних условиях. Но в какой-то момент паяльный флюс может закончиться, а выполнить работу нужно срочно. В такой ситуации замените канифоль каким-либо другим флюсом.

Вот основные возможные заменители:

• Вазелин
• Лимонный сок
• Спиртовая настойка сосновых шишек

Канифоль и ее заменители часто используют в виде раствора или геля. Как сделать канифоль гель?

Гель готовят из твердой канифоли путем растворения в этиловом спирте, эфире, ацетоне, хлороформе и бензоле. Самым качественным считают спиртово-канифольный раствор (1:1). Исследователь рекомендует отфильтровать растворенную канифоль от тяжелых частиц, чтобы получить абсолютно безопасное вещество для пайки.

Хранят раствор в закрытой посуде вдали от источников тепла и прямых солнечных лучей.

Важно о канифоли

Канифоль — материал, который удобно использовать в домашних условиях. Вещество долго хранится, не теряя своих свойств. Канифольный флюс обеспечивает прочность пайки металлических деталей и безопасен в применении.

Канифоль, или колофонская смола, известна с древнегреческих времен. Музыканты из города Колофон натирали ей струны инструментов. Что такое канифоль? Канифоль — это смола хвойных деревьев, из которой удалены летучие соединения. Внешне это стекловидное аморфное вещество светло-желтого, темно-красного или почти черного цвета с характерным раковистым изломом, как на камнях. У твердой канифоли на гранях стекловидной структуры красивые отблески. В желтоватом цвете заметны темно-красные блики.

Ее получают из живицы методом экстрагирования измельченной древесины хвойных деревьев органическими растворителями или путем перегонки сырого таллового масла. При выпаривании из сырой смолы выделяется летучее вещество — скипидар.

В составе канифоли содержится до 95% смоляных кислот и их изомеров. В зависимости от способа получения, канифоль разделяют на сосновую, живичную, экстракционную, талловую. При нагревании канифоль издает приятный хвойный аромат. Твердые кристаллы вещества не растворяются в воде.

Зачем нужна канифоль? Канифоль широко используют как паяльный флюс для стальных, медных, цинковых и других деталей из металла, кроме алюминия. Материал легко плавится при высокой температуре (от 50 °C до 130 °C) и так же быстро застывает, соединяя между собой поверхности металлов и припоя.

Канифоль легко растворяет оксидные пленки на металле, которые мешают соединению с припоем. Под действием вещества оксиды металлов восстанавливаются до металла и частично трансформируются в резинаты. Припой лучше смачивает рабочую металлическую поверхность, и пайка получается качественной.

Канифоль в жестяной банке. Ее набирают на паяльник: iStockPhoto

Интернет-портал пишет, кроме лужения и пайки, канифольные флюсы применяют в таких сферах:

Жидкую канифоль используют в изготовлении мыла и мазей, для ухода за музыкальными инструментами и танцевальной обувью. Также жидкий флюс применяют в работе с электро- и радиодеталями.

Как пользоваться канифолью? Используя канифоль для пайки, придерживайтесь таких правил:

Канифоль имеет свои преимущества и недостатки. К преимуществам относится простота применения, доступность, относительно низкая температура плавления, неограниченный срок годности и возможность работать без средств защиты. Недостатком может стать низкая активность, гигроскопичность, хрупкость, применение с простыми соединениями.

Мужчина паяет провода, используя канифоль: Pexels