Что такое флюс: как вообще работает припой?

Я занимаюсь пайкой уже давно и горжусь своими способностями. Я не скажу, что я лучший паяльник в округе, но я довольно хорошо владею этим важным навыком в мастерской — по крайней мере, для сквозной и «традиционной» пайки; У меня еще не было большой практики в SMD-вещах. Я уверен, что смогу сделать хорошее, прочное, стабильное соединение, электрически и механически надежное, практически из любого провода или проводника.

Но, как и многие из нас, я освоил пайку как практический навык; соединяйте припой и утюг, наблюдайте за результатами, повторяйте то, что работает, и избегайте того, что не работает. Похоже, добавление небольшой внутренней информации могло бы помочь мне улучшить мои навыки, поэтому я начал изучать, что происходит механически и химически внутри паяного соединения.

Неудивительно, что, как и другие методы обработки металлов, пайка имеет строгое определение. Пайка – это соединение металлов путем вплавления в соединение присадочного металла. В отличие от сварки, плавится только присадочный металл — припой. Соединяемые металлы обычно имеют гораздо более высокую температуру плавления, чем припой. В этом отношении пайка аналогична пайке; хотя припой при пайке плавится при гораздо более высокой температуре, чем припой, соединяемые металлы все равно не плавятся.

Подробное обсуждение металлургических деталей самого припоя может занять целые тома, но для наших целей это довольно простые вещи. Припой — это просто сплав, который плавится при определенной температуре. Для электроники королем припоев на протяжении многих лет был сплав, состоящий из 60% олова и 40% свинца. Новые правила в ответ на экологические проблемы привели к разработке различных бессвинцовых сплавов, но независимо от их состава работа припоя довольно проста. Припой должен плавиться при предсказуемой температуре и сохранять свои механические и электрические свойства при затвердевании. Другими словами, припой должен быть достаточно прочным, чтобы физически удерживать соединение без придания ему каких-либо нежелательных электрических свойств.

Однако припой должен делать больше, чем просто плавиться и затвердевать. Люди, кажется, думают о припое как о своего рода «металлическом клее» — нанесите его в виде жидкости и дайте ему затвердеть, чтобы скрепить соединение. Однако это только часть картины. Чтобы паяное соединение было электрически и механически надежным, припой должен смачивать соединяемые металлы. В контексте пайки смачивание — это процесс, при котором расплавленный припой частично растворяется в основном медном металле, образуя область, состоящую частично из припоя и частично из меди. Это создает интерметаллическую связь и является ключом к пайке. В большинстве припоев расплавленное олово является основным растворителем, который растворяется в медной подложке и образует интерметаллическую связь, которая электрически и механически стабилизирует соединение.

Интерметаллиды необходимы для хорошего паяного соединения, но, как и во многих других вещах, слишком много хорошего может оказаться плохим. Интерметаллиды имеют тенденцию быть хрупкими, поэтому, если интерметаллидный слой слишком толстый, соединение может быть механически слабым. Внутри интерметаллидного слоя также могут быть пустоты, которые увеличивают механическую нестабильность.

Мы все знаем, что флюс имеет решающее значение для качества паяных соединений. Но что такое флюс и почему производители припоев забивают его в сердцевину паяльной проволоки?

Важность флюса обусловлена ​​его способностью бороться со смертельным врагом припоя: оксидами металлов. Оксиды металлов не подходят для паяных соединений — припой не будет достаточно смачивать соединение, если на нем имеется покрытие из оксида металла. Флюсы предназначены для удаления оксидов металлов во время пайки соединения. Предварительная очистка металлов не помогает, к тому времени, когда припой течет, атмосферный кислород восстановил слой оксида металла в достаточной степени, чтобы испортить смачивание припоя.

Электронный припой обычно имеет флюс из канифоли. Канифоль — это натуральный продукт, полученный из сосен, особенно из сосны лопастной и длиннолистной, для производства канифоли американского производства. Его преимущество заключается в том, что он более или менее инертен при комнатной температуре, но очень кислый при сжижении, а его температура плавления немного ниже, чем у припоя. Таким образом, канифольная сердцевина электронного припоя плавится раньше припоя, растекаясь в соединение и вокруг него. Кислотная жидкость вступает в реакцию с оксидами металлов, открывая чистый металл для намокания припоя. Кислый жидкий флюс превращает оксиды металлов в соли металлов и воду, которые обычно задерживаются во флюсе при его затвердевании. Продукты реакции на этом этапе обычно безвредны, но некоторые процессы все же требуют удаления отработанного флюса.