Паяльная паста против флюса: плюсы и минусы

Различие междупаяльная пастаипотокостается одной из самых запутанных тем в сборке электроники. Техники их путают. Агенты по закупкам заказывают не тот материал. Инженеры используют флюс, когда имеют в виду пасту. Эти два вещества имеют перекрывающийся химический состав, и оба включают в себя серое, несколько липкое вещество, благодаря которому припой действительно работает-, поэтому путаница имеет смысл. Но ошибка стоит реальных денег и приводит к дефектам, которые проявляются через недели или месяцы.

Флюс по своей сути является чистящим средством. Ничего более экзотичного.

Металлические поверхности окисляются. Медные площадки на печатной плате приобретают характерное потускнение в течение нескольких часов после изготовления. Выводы компонентов поступают от поставщиков с уже сформированными оксидными слоями. Когда вы пытаетесь припаять окисленный металл, расплавленный сплав образует шарики и отказывается смачивать поверхность. Соединение выглядит ужасно и плохо проводит ток.

Флюс содержит активаторы,-обычно органические кислоты, такие как абиетиновая кислота из сосновой канифоли, или более агрессивные соединения, в зависимости от рецептуры,-которые химически атакуют оксидные слои во время нагрева. По сути, флюс очищает металл именно в тот момент, когда он вам нужен: когда расплавленный припой пытается образовать связь.

Химия здесь старше, чем думает большинство людей. Канифольный флюс использовался столетиями для металлообработки. Электронная промышленность унаследовала его, а затем потратила десятилетия на совершенствование вариантов для все более требовательных приложений.

Флюс на основе канифоли- получают из сока сосны. Серьезно. Природная смола обрабатывается и комбинируется с различными активаторами для создания классификаций R, RMA и RA, на которые все ссылаются, не до конца понимая. Обычная канифоль (тип R) мягко действует на относительно чистые поверхности. Мягко активированная канифоль (RMA) справляется с умеренным окислением. Активированная канифолью (RA) удаляет сильно загрязненные поверхности, но оставляет коррозионные остатки, которые обязательно необходимо очистить.

Проблема с канифольным флюсом? Этот липкий остаток. Он притягивает пыль. Это выглядит непрофессионально. А если позже вы нанесете на плату конформное покрытие, удачи вам в том, чтобы покрытие приклеилось к загрязнению флюсом.

Водорастворимый-флюс решает проблему очистки, используя активаторы, растворяющиеся в простой воде. Звучит здорово, пока вы не поймете, что эти составы, как правило, значительно более агрессивны,-так и должно быть, поскольку остатки все равно смываются. Остались ли на доске водо-растворимые остатки флюса? Коррозия гарантирована. Органические кислоты продолжают атаковать металл.

В 1990-х годах-чистый флюс не появился, поскольку производители стремились полностью исключить этап очистки. Идея: сформулировать активаторы достаточно мягкими, чтобы небольшой остаток, оставшийся после оплавления, ничему не повредил. Теоретически вы пропускаете процесс стирки, экономите время, сокращаете химические отходы.

На практике? Хорошо.

Вот что мне никто не говорил, когда я начинал работать в этой отрасли: «не-чистить» не означает «никогда не нужно чистить».

Это означает, что остатки, вероятно, не вызовут сбоев при нормальных условиях эксплуатации и нормальной окружающей среде в течение ожидаемого срока службы продукта. Вероятно.

Остаток все еще впитывает влагу. Он все еще имеет некоторое ионное содержание. Это по-прежнему предотвращает адгезию конформного покрытия. Это по-прежнему выглядит как мусор под досмотром.

Для бытовой электроники, которая через три года отправится на свалку? Нет,-очистка работает нормально. Для медицинского оборудования? Аэрокосмическая промышленность? Автомобильные применения под-капотом? Очистите этот флюс. Стандарты IPC не допускают образования-чистых остатков, но любой инженер, определяющий сборки военного назначения или сборки повышенной-надежности, знает лучше.

Я видел доски, возвращенные с поля, с дендритами-наростами кристаллического металла-соединяющими следами, поскольку ни один-чистый остаток со временем не впитал достаточно влаги, чтобы обеспечить электрохимическую миграцию. Согласно паспорту, остаток был «безопасным». Доска все равно провалилась.

Паяльная паста принципиально отличается от флюса, поскольку содержит настоящий металл.

Этот материал примерно на 50% состоит из флюса по объему и на 90% из металла по весу. Это соотношение звучит противоречиво, пока вы не вспомните, насколько плотны олово и серебро по сравнению с органическими соединениями. Металлическая часть состоит из крошечных сферических частиц-размером от 75 до 15 микрон в зависимости от применения,-взвешенных в флюсовой среде.

Когда люди говорят «паяльная паста», они описывают механизм подачи точно контролируемого количества припоя на контактные площадки печатной платы во время сборки поверхностного монтажа. Компонент флюса очищает поверхности во время оплавления. Частицы металла плавятся вместе и образуют настоящий шов.

Вы не можете заменить паяльную пасту флюсом. Флюс не содержит металла. Это не создаст электрического соединения. Оно просто... очищает.

На самом деле вы также не можете заменить паяльную пасту флюсом при ручной пайке. Паяльная паста предназначена для трафаретной печати и печей оплавления. Реология совершенно не подходит для-подачи проволоки на жало паяльника.

Solder Paste

Никто не предупредил меня о холодильнике.

Паяльную пасту следует хранить в холодильнике,-обычно при температуре от 2 до 10 градусов -с тщательно контролируемой влажностью. Активаторы флюса внутри пасты медленно реагируют с металлическим порошком даже при низких температурах. По прошествии достаточного времени эти реакции заставляют частицы слипаться в комки, которые забивают отверстия трафарета и выдают иглы.

Срок хранения большинства паяльных паст в холодильнике составляет шесть месяцев. Водорастворимые составы-иногда сохраняются всего три месяца. Мелкие-пасты с более мелкими частицами разлагаются быстрее, поскольку увеличенная площадь поверхности ускоряет сварочную реакцию.

И нельзя просто достать баночку из холодильника и начать печатать.

Холодная паста имеет совершенно неправильную вязкость. Он будет печатать как мусор. Вам понадобится четыре-шесть часов при комнатной температуре, прежде чем материал стабилизируется настолько, что его можно будет использовать. Ускорить этот разогрев, нагревая пасту? Вы только что отделили флюс от металла и испортили весь контейнер.

Тогда есть проблема с конденсатом. Откройте контейнер с холодной пастой, и влага из воздуха сразу же конденсируется на поверхности. Эта влага вызывает комки припоя и его разбрызгивание во время оплавления. Дайте пасте загерметизироваться. Всегда.

Флюс сам по себе гораздо более щаден. Жидкий флюс в бутылке обычно хранится год или два при комнатной температуре. Паяльная проволока с флюсовой-порошковой проволокой практически никогда не истечет, если ее хранить сухой. Флюс внутри проволоки изолирован от воздуха.

Дефекты паяльной пасты заполняют целые учебники. Я упомяну те, которые преследуют меня в кошмарах.

«Захоронение» происходит, когда компонент микросхемы-обычно крошечный резистор 0402 или 0201-встает на одном конце во время оплавления, а противоположная площадка полностью приподнимается. Поверхностное натяжение расплавленного припоя с одной стороны буквально переворачивает деталь вертикально. Выглядит точно так же, как надгробие, отсюда и название. Причинами могут быть неравномерное нанесение пасты, неравномерный нагрев, асимметричная конструкция колодки или расположение компонентов не-по центру.

При использовании припоев, не содержащих свинец-, процент надгробий резко возрастает, поскольку более высокие температуры оплавления увеличивают силы поверхностного натяжения. Я видел, как производственные линии, которые прекрасно работали с оловянным-свинцом, внезапно после перехода на RoHS стали давать 2 % надгробных показателей.

Перемычки возникают, когда припой проходит между соседними контактными площадками, создавая короткие замыкания. Обычные виновники: слишком много пасты, слишком большие отверстия трафарета, выводы компонентов смещают пасту в сторону во время установки. QFP с тонким-шагом являются связующим звеном между фабриками, если ваш процесс не настроен.

Холодные соединения-тусклые, зернистые, слабые соединения-результат недостаточного нагрева или времени, превышающего ликвидус. Припой так и не расплавился полностью. Сустав выглядит плохо и работает хуже.

Пустота возникает, когда газ, попавший внутрь сустава, создает полые карманы. Некоторое мочеиспускание допустимо. А на термопрокладках под силовыми компонентами? Эти пустоты действуют как теплоизоляторы. Устройство перегревается. Начинают поступать данные с полей.

Сбои Flux, как правило, более тонкие и долгосрочные-.

Недостаточная очистка оставляет ионное загрязнение, которое притягивает влагу и способствует коррозии. Вы не увидите этого сбоя во время производственного тестирования. Вы увидите, что он потерпел неудачу восемнадцать месяцев спустя, когда позвонит клиент.

Использование неправильного типа флюса для приложения создает риски для надежности, которые нелегко обнаружить при тестировании. Отсутствие-чистых остатков во влажной среде. Канифольный флюс под конформное покрытие. Водорастворимый-флюс, который не был полностью отмыт.

Просроченный флюс теряет активность. Активаторы деградируют. Внезапно ваш паяльник создает соединения, которые выглядят нормально, но имеют микроскопическое высыхание на границе раздела, поскольку оксидный слой не был полностью удален. Соединение проходит визуальный контроль. Он не справляется с термоциклированием.

Flux

При ручной доработке и прототипировании отдельный флюс имеет гораздо большее значение, чем паяльная паста.

Ручки для флюса, шприцы для флюса, баночки для флюса с кистями-аппликаторами-они должны быть на рабочем столе каждого технического специалиста. Перед пайкой нанесите флюс на выводы компонентов. Нанесите флюс на колодки перед установкой компонентов. Применяйте флюс для демонтажа, поскольку старый припой на этих контактных площадках полностью окислился с момента первоначальной сборки.

Для большинства слесарных работ вам не нужна-очистка или флюс RMA. Водо-растворимый, если у вас есть оборудование для ультразвуковой очистки. Избегайте флюса RA, если только вы не имеете дело с сильно окисленными поверхностями и не проводите настоящий процесс очистки.

Очевидно, что паяльная проволока с флюсовой сердечником уже содержит флюс. Но полагаться исключительно на поток ядра — ошибка новичка. Внешний флюс, нанесенный на соединение перед нагревом, значительно улучшает смачивание и сокращает время термического воздействия. Соединение формируется быстрее и меньше нагружает компоненты.

Для большинства доработок я использую не-чистый липкий флюс в шприце. Нанесите небольшое количество на подушечку, поместите деталь, нагрейте утюгом, готово. Остаток минимален, и его можно безопасно оставить.

Некоторые любители и небольшие магазины используют паяльную пасту для-размещения прототипов SMT вручную, а также для оплавления в модифицированных тостерах или на горячих плитах. Это работает, но требует понимания ограничений.

Паяльная паста для дозирования имеет другую реологию, чем паста для печати. Содержание металлов составляет 84-87% вместо 89-91%. Паста должна течь через наконечники шприцев, не засоряясь. Использовать трафаретную пасту в шприце не получится.

Профиль перекомпоновки имеет огромное значение. Производители паяльной пасты указывают темпы предварительного нагрева, температуру выдержки, время достижения точки ликвидуса, пиковую температуру и скорость охлаждения. При значительном отклонении вы получите пустоты, холодные соединения, образование надгробий, шарики припоя, повреждение компонентов.

Большинство любительских установок не могут точно управлять профилями. Результаты различаются. Профессионалы не зря используют настоящие печи оплавления с конвейерной транспортировкой и несколькими зонами нагрева.

Когда следует использовать только флюс: ручная пайка, доработка, распайка, подкраска, сборка сквозных-отверстий с пайкой волновой пайкой.

Когда использовать паяльную пасту: сборка для поверхностного монтажа с пайкой оплавлением, автоматизированное производство, трафаретная-печать SMT.

Материалы не взаимозаменяемы. Попытка использовать паяльную пасту для ручной пайки приводит к путанице. Попытка использовать только флюс для сборки SMT не приведет к образованию паяных соединений, поскольку в нем нет металла.

Для хранения паяльной пасты требуется охлаждение и короткий срок хранения. Флюс более щаден, но с годами его характеристики все же ухудшаются.

Для надежности оба требуют понимания конкретного химического состава. Нет,-чистка не всегда безопасна. Водо-растворимый требует тщательной очистки. Канифоль требует очистки для конформного покрытия.

Путаница при покупке пасты и флюса? В этой отрасли такое происходит постоянно. В каталогах они перечислены рядом друг с другом. Номера деталей выглядят одинаково. В описаниях упоминается «пайка» обоих.

Просто помните: в пасте есть металл. Флюс нет. Все остальное вытекает из этого фундаментального различия.

Переход отрасли на пайку-без использования свинца, начавшийся примерно в 2006 году, существенно изменил составы флюсов и паст.

-Сплавы, не содержащие свинца,-обычно SAC305 (96,5 % олова, 3 % серебра, 0,5 % меди)-плавятся при температуре около 217 градусов по сравнению с 183 градусами для традиционного олова-свинца. Эта разница в 34 градуса звучит незначительно, но приводит к изменению химического состава потока. Активаторы должны дольше оставаться стабильными при более высоких температурах. Окно процесса сужается. Все становится менее прощающим.

Припой,-бессвинцовый, также смачивает поверхности менее агрессивно, чем оловянный-свинец. Поверхностное натяжение выше. Компоненты с большей вероятностью станут надгробием. Мосты образуются легче. Внешний вид соединений естественно более тусклый, чем у блестящих оловянных-свинцовых соединений, которые раньше указывали на качество.

Формулировки флюсов были разработаны для компенсации. В современных флюсах, не требующих-очистки для-применений, не содержащих свинец, используются активаторы, работающие при более высоких-температурах, и они обеспечивают увеличенный срок службы при повышенных температурах оплавления. Но они не обязательно обратно -совместимы с процессами производства олова-свинца, а смешивание составов создает проблемы.

Если вы работаете в среде, где до сих пор используется оловянный-свинец для исключенных применений-медицины, аэрокосмической и военной промышленности-, убедитесь, что ваш флюс и паста соответствуют системе сплава. Химия оптимизирована по-разному.

Статистика 50-90%.

Исследования неизменно показывают, что от половины до девяноста процентов дефектов сборки SMT возникают при печати паяльной пастой. Не размещение. Не перекомпоновывать. Печать.

Нанесение пасты неправильное:-слишком много, слишком мало, размазано, смещено, застряло на трафарете-и последующие процессы не могут это компенсировать. Вы уже проиграли еще до того, как компоненты коснулись платы.

Это означает, что качество паяльной пасты, обращение с пастой, дизайн трафарета, калибровка принтера и контроль окружающей среды имеют гораздо большее значение, чем признает большинство предприятий. Яркие машины для захвата-и-размещения и сложные печи оплавления привлекают внимание. Пастообразным принтером пренебрегают.

Между тем флюсу уделяется еще меньше внимания, потому что это «всего лишь» чистящая химия. Но проблемы с остатками флюса приводят к возврату полей спустя годы. К тому времени уже все забыли, какой флюс в какой сборке использовался.

Документируйте все. Датируйте свои материалы. Отслеживайте номера лотов. Детективная работа, необходимая для диагностики сбоев поля, связанных с потоком-, без документации практически невозможна.

Это не гламурный совет. Ни охлаждать пасту должным образом, ни нагревать ее перед использованием, ни очищать остатки, когда это необходимо. От фундаментальных факторов зависит, будут ли платы работать надежно в течение десяти лет или загадочным образом выйдут из строя через восемнадцать месяцев.

Паяльная паста и флюс не являются интересными материалами. Это не микропроцессоры, датчики или радиочастотные компоненты, которые делают электронику впечатляющей. Это серая масса, которая скрепляет все вместе.

Получите их неправильно, и все остальное не имеет значения.