Все о пайке микросхем феном

Определение и терминология

Для того чтобы понять зачем нужен флюс при пайке, необходимо обратиться к первоисточникам и терминологии, которая позволит ясно раскрыть картину. Флюсы являются стойкими и активными химическими веществами, которые в процессе пайки обеспечивают очистку поверхности от образования загрязнений, а также оксидных плёнок. В итоге образуется натяжение поверхности, в результате которого обеспечивается качественное растекание припоя. Дополнительно нужно понимать, для чего нужен паяльный флюс, это качественная защита рабочего места обработки поверхности изделия от воздействия внешней рабочей среды окружающей природы.

Далее, главный принцип флюса – это подготовка рабочего места соединения изделий, которые должны будут прикрепить одну часть изделия к другому.  При решении задачи, зачем флюс при пайке используется, руководствуемся некоторыми критериями:

• Для флюса температура плавления должна быть на порядок ниже, чем для припоя, это обязательное условие и требование качественного обеспечения соединения изделий.
• Флюс не должен никаким образов взаимодействовать в процессе пайки с припоем. Если мы осуществляет технологическую работу, то каждый компонент должен образовать два независимых слоя обеспечения качества соединения обрабатываемых изделий.
• Для газообразных характеристик флюса, последний должен обеспечить плавное растекание припоя по поверхности.
• Для жидкого флюса обязательным условием является отличная растекаемость и смачиваемость всех обрабатываемых изделий.
• Флюс должен любым способом разрушать и удалять образуемые на поверхности неметаллические образующиеся характеристики в виде плёнки.
• Ко всем паяемым сплавам, а также ко всем металлам, флюс должен иметь инертную природу и характеристику, которая указывает на минимально активную составляющую.

Как работает

Вне зависимости от материалов при ведении дуговой сварки можно выделить основные элементы рабочей зоны, в которой формируется шов. В верхнем слое аккумулируется шлак, так как он легче расплавленного металла. Сам металл находится в нижнем слое в жидком состоянии. Температура внутри электрической дуги достигает 5000°C градусов. Наконец, в результате испарения материалов образуется газовый пузырь.

При ведении сварки в полуавтоматическом режиме картина несколько изменяется за счет наличия проволоки, однако основные элементы остаются неизменными. Негатив в весь процесс вносит шлаковая корка и процесс окисления. В результате образуются трещины, поры и примеси в металле, что ухудшает показатели прочности соединения. Чтобы исключить химическую активность материала, необходимо использовать вещества, дающие защиту в виде слоя инертного газа. Для облегчения работы флюс изготавливают из элементов, имеющих относительно невысокие температуры плавления.

Флюсы, помимо защиты от воздуха, обеспечивают изоляцию сварной ванны от пыли и инородных частиц, служат расходным материалом при проведении наплавки. К веществам предъявляются некоторые требования. Прежде всего, флюс не должен осложнять сварочный процесс. Его изоляционные свойства не могут проявляться частично. Если обеспечивается защита от атмосферного кислорода, то она должна быть надежной. Остатки флюса должны с легкостью удаляться с застывшего металла.

Принцип работы сварочного флюса достаточно прост. Порошок насыпается на поверхности деталей. Под действием температуры электрической дуги он плавится, в результате чего образуется газ. Этот газ и защищает поверхность ванны от проникновения кислорода.

Сварка под флюсом различных типов сталей

Сварка конструкционных углеродистых сталей

При сварке конструкционных малоуглеродистых сталей используют флюсы марок АН-348А,
ОСЦ-45, АНЦ-1 и другие в сочетании с малоуглеродистыми или марганцевыми проволоками
марок Св-08А, Св-08ГА, Св-10Г2.

Сварку среднеуглеродистых сталей выполняют при пониженных режимах, что существенно
сказывается на производительности, поэтому, при изготовлении конструкции из
среднеуглеродистых сталей данный вид сварки не нашёл широкого распространения
на практике.

Высокоуглеродистые конструкционные стали содержат 0,46-0,75% углерода и свариваемость
их затруднена. Для сварных конструкций эти стали не используются и необходимость
в их сваривании возникает, как правило, при ремонтных работах. В большинстве
случае, ремонт выполняют методом наплавки.

Сварка низколегированных сталей

К низколегированным сталям относят группу сталей, содержащих в составе менее
5% легирующих элементов. Оценивая
свариваемость сталей этой группы, можно сказать, что при сварке под флюсом
их свариваемость существенно не отличается от нелегированных малоуглеродистых
сталей. Но, легирующие элементы в составе стали повышают склонность сталей к
росту зёрен в
зоне термического влияния, а при высокой скорости охлаждения в них могут
возникать неоднородные структуры закалочного характера.

Для
сварки металлоконструкций из низколегированных сталей, с температурой эксплуатации
до -40°C, используют высококремнистые марганцевые флюсы марок АН-22, АН-22М,
АН-47, АН-67А и другие в сочетании с легированной сварочной проволокой марок
Св-10НМА, Св-08ХМ, Св-08МХ и др.

Сварка среднелегированных сталей

Среднелегированными являются стали, содержащие в составе 5-10% легирующих элементов.
Для современных среднелегированных сталей характерно легирование многокомпонентное,
комплексное. Легирование этих сталей только одним элементом применяется редко.

К сварным конструкциям из среднелегированных сталей предъявляются требования
повышенной прочности в условиях эксплуатации, а также, нередко, коррозионная
стойкость, стойкость к импульсным (резко возрастающим, мгновенным) нагрузкам.
Чем
выше содержание легирующих элементов, тем труднее сваривать сталь.

Одной из главных проблем свариваемости среднелегированных сталей является их
чувствительность к образованию
горячих трещин в сварных швах, поэтому при их сварке необходимо тщательно
выбирать композицию шва. Кроме этого, необходимо использовать технологические
приёмы и выбирать режимы, которые позволят получить хороший коэффициент формы
шва и снизить скорость охлаждения.

Для
сварки конструкций из среднелегированных сталей сварка под флюсом получила
достаточно широкое применение. Для такой сварки используются низкокремнистые
флюсы марок Ан-15, АН-15М, АН-17М и бескремнистые марок АН-30, ОФ-6, АВ-4 и
др.

Применение бескремнистых флюсов предпочтительно в тех случаях, когда к металлу
шва предъявляются повышенные требования по ударной вязкости. В сочетании с вышеуказанными
флюсами применяется сварочная проволока марок Св-20Х4ГМА, Св-08Х20Н9Г7Т, Св-10Х5М,
Св-10ХГСН2МТ.

Сварка высоколегированных сталей

Высоколегированными считаются стали, содержащие в составе более 10% легирующих
элементов. Сварка под флюсом высокоуглеродистых сталей нашла широкое применение
в химической и нефтяной промышленности, где требуется высокая коррозионная стойкость
сварных изделий и жаропрочность.

Своим широким применение для этих сталей сварка под флюсом получила благодаря
постоянству процесса сварки и, как следствие, химической однородности металла
шва

Это очень важно для высоколегированных сталей, учитывая, что даже незначительная
химическая неоднородность металла шва может стать причиной образования в нём
кристаллизационных трещин или заметно снизить коррозионную стойкость или жаропрочность

Сварка под флюсом способна обеспечить швы с гладкой поверхностью и плавным
переходом к основному металлу, что позволяет повысить стойкость к коррозии по
сравнению со сваркой электродами.

При сварке под флюсом высоколегированных сталей обычно применяют проволоку
диаметром 2-3мм. При этом могут использоваться почти все марки проволоки по
ГОСТ 224, а также многие марки проволоки, выпускаемые по ТУ, например, Св-12Х11НМФ,
Св-12Х13, Св-10Х17Т, Св-04Х19Н9, ЭП467, ЭП235, ЭП497 и другие.

Для
сварки жаропрочных высоколегированных сталей применяются фторидные флюсы
марок АНФ-5, АНФ-8, АНФ-24 и бескремнистые флюсы марок АНФ-17, АНФ-22. Для сварки
коррозионностойких высоколегированных сталей применяют флюсы с низким содержанием
кремния марок АН-26, АНФ-14.

Определение и особенности

Паяльным флюсом называют сплав металлов, который имеет легкоплавкую структуру. Его используют для того, чтобы спаивать два различных вида материалов. Если вы точно знаете, каковы особенности соединения при термической обработке у двух разных материалов, то такой флюс можно сделать самостоятельно.

Соединить два разных материала с помощью флюса получится тогда, когда на уровне шва будет выдержана необходимая температура. Температура может колебаться, в зависимости от типа материалов, в пределах 50−500 градусов. Обязательно температурный режим плавки припоя должен быть намного выше температурного режима обрабатываемого материала.

Паяльный флюс подразделяется на несколько типов. Его выбирают, опираясь на такие факторы:

1. Устойчивость материала к коррозии.
2. Прочности материалов.
3. Температура параметров поверхности работы.
4. Температура флюса.
5. Температура пайки.
6. Вид металла.

Флюс для пайки подразделяют на две группы:

1. Мягкие. Температура плавки небольшая.
2. Твёрдые. Температурный порог высокий.

Припой тугоплавкий имеет температуру плавления более 500 градусов. При помощи его создаётся прочное соединение. Недостатком является тот фактор, что в некоторых случаях повышенный температурный режим может вызвать перегрев ключевого элемента конструкции и вывести её из строя.

Легкоплавкие припои имеют температуру плавки в пределах 50−400 градусов. В эти припои входят такие компоненты, как:

1. Олово.
2. Свинец.
3. Прочие примеси.

Подобный тип флюсов применяется для спаивания радиотехнических предметов при их установке. Имеются и припои сверхлегкоплавкие, применяемые для соединения и пайки транзисторов. Максимальная температура плавки может быть 150 градусов.

Для спаивания тонких поверхностей необходимо применять мягкие флюсы, а для проводов большого диаметра — твёрдые, имеющие высокий температурный порог. Флюс должен обладать следующими характерными чертами:

1. Различия температуры при плавке основного материала и припоя.
2. Устойчивость к коррозии.
3. Способность к растяжке.
4. Прочность конструкции.
5. Способность нормально проводить ток и тепло.

В качестве припоя могут быть применены такие материалы:

1. Трубочки с колофонием.
2. Проволочные катушки.
3. Ленты.
4. Прутья.
5. Прочие флюсы.

Самой распространённой формой является прут из олова с диаметром сечения 1−5 метров.

Существуют и многоканальные типы флюсов, имеющие несколько источников поступления припоя для того, чтобы создать более прочное соединение. Продаваться они могут в колбах или мотках, содержаться в бобинах или иметь спиралевидную форму. Для использования одноразового рекомендовано брать небольшой кусок проволоки, размер которой не будет превышать спичку.

Для того чтобы спаять электросхемы, следует применять флюсы трубочные, которые содержат колофоний. Это смола, играющая роль припоя. Этим присадочным материалом можно без проблем соединить такие металлы, как латунь, серебро и медь.

Как использовать?

Паять с применением флюса, особенно сильнодействующего, нужно очень осторожно

В первую очередь важно соблюдать рекомендованную производителем концентрацию, а также следовать всем указаниям по нанесению и удалению использованного состава во время пайки

Правильная последовательность действий:

• механическая очистка поверхности;
• нанесение флюса;
• нагрев поверхности с нанесенной смесью;
• нанесение припоя;
• остывание шва;
• удаление остатков флюса.

Особое внимание отмыванию флюса стоит уделять при использовании составов, содержащих глицерин – это вещество отличается высокой гигроскопичностью, поэтому плохо отмытый шов может очень быстро окислиться. При выборе конкретной разновидности флюса стоит учитывать материал, который вы собираетесь паять

При выборе конкретной разновидности флюса стоит учитывать материал, который вы собираетесь паять.

Алюминий из-за его высокой скорости окисления лучше всего паять с ортофосфорной кислотой или «безотмывочными» флюсами. Можно также применять канифоль, но наносить ее стоит сразу после зачистки.
Нержавеющую сталь обычно паяют с безотмывочными смесями или фосфорной кислотой.
Латунь паяют только с применением составов промышленного производства.
Серебро требует промышленных составов с температурой активации от 520 до 820°С.
Черные металлы паяют с хлоридом аммония или пастообразными составами.
Для электронных компонентов нежелательно использовать канифоль – стоит применять специализированные пастообразные составы

Обратите внимание, что SMD-компоненты можно паять с составами для любой электроники, а вот для пайки BGA-схем стоит применять только BGA-флюсы (например, RMA-223-UV).

О том, какой флюс выбрать, рассказано в следующем видео.

Разновидности флюсовых составов

При рассмотрении вопроса о том, для чего нужен флюс при выполнении пайки материалов, любое дополнительное пояснение можно считать излишним.

Для полного понимания сферы применения и особенностей работы необходимо ознакомиться с известными видами используемых на практике флюсов.

В соответствие со своим основным назначением, а также по степени воздействия на соединяемые изделия все флюсовые составы для пайки подразделяются на следующие категории:

• неактивные или нейтральные флюсы, не включающие кислот и практически не проводящие электрический ток;
• активные или кислотные флюсовые реактивы, приготавливаемые на основе соляной кислоты;
• защитные (антикоррозийные) флюсы, позволяющие уберечь контактную зону пайки уже готового соединения от ржавчины и разрушения.

Каждая из этих категорий находит свою сферу применения. Есть флюсы, которые нужны преимущественно для пайки электронных схем. Производят флюсы в виде паст, гелей и жидкостей.

А известный флюс бура применяется в виде порошка, и нужен для пайки медных труб. Паяльная паста – смесь припоя и флюса – нужна для поверхностного монтажа деталей на платах.

Технология производства флюсов

По технологии все гранулированные сварочные смеси подразделяются на два больших класса: плавленые и неплавленые. Обусловлено это деление составом химических элементов этих смесей.

Неплавленые флюсы

Базовым веществом неплавленых флюсов является керамическая основа, которую получают с помощью механического измельчения на специальных шаровых мельницах. Эти смеси бывают мелкозернистыми, если размер отдельного зерна меньше 1-го мм; нормальными, если зерно помещается в размеры от 3-х до 4-х мм.

Марки флюсов.

Помимо традиционных компонентов типа кремнезема и марганца в состав неплавленых флюсов могут входить оксиды, металлические порошки или ферросплавы. Главный критерий целесообразности компонентов смесей – их способность улучшать металлургические процессы, происходящие в рабочей зоне.

Это поверхностное легирование, раскисление металлов, мелкозернистая структура шва, снижение доли вредных примесей в шве. И вдобавок ко всем этим бенефитам в сварке с неплавлеными флюсами можно использовать проволоку подешевле.

Недостатки, конечно, тоже имеются. Такие смеси плохо переносят влажность в любом концентрации, они очень гигроскопичные и, впитав влагу, они значительно ухудшают качество материала. Все это можно решить грамотной упаковкой и, конечно же, соблюдением правильных условий хранений. Кроме того, необходимо строго контролировать весь процесс сварки, чтобы не упустить изменения условий легирования.

Магнитные флюсовые смеси также относятся к неплавленым. Они очень похожи по своему составу на керамические варианты, но содержат металлический порошок для повышения эффективности сварочного процесса.

Плавленые флюсы

Технология производства плавленых флюсов сложнее, чем неплавленых. Они имеют светло-желтую окраску или совсем прозрачные. Плотность весьма умеренная.

Марки флюса и стали.

Производство гранулированных смесей плавленого типа включает в себя четко разделённые по времени этапы:

• размельчение до необходимых размеров всех элементов смеси;
• перемешивание элементов смеси в специализированной мельнице;
• плавка в печке;
• преобразование частиц в гранулы точных необходимых размеров с помощью воды, в которой расплав флюсовой смеси охлаждается и затвердевает в виде шариков.
• сушка в барабанах;
• финишное просеивание для отсева нестандартных гранул, упаковка с соблюдением изоляции от влажности.

Состав плавленых флюсов не отличается оригинальностью: в основе те же кремний и марганец. Кремний обладает отличными раскисляющими свойствами, которые работают на однородность расплавленного металла во время процесса, снижая долю окиси углерода.

Марганец нужен прежде всего для восстановления железных оксидов. Дополнительно марганец способствует образованию легко удаляемой корки, связывая в сульфиды серу из шлаков.

https://www.youtube.com/watch?v=elCSbt438e0

Как это работает

Вот что представляет из себя типичный рабочий участок или сварочная зона с обязательными составными элементами:

• верхний слой из шлакового расплава, который легче металла;
• нижний слой основного расплавленного металла, который тяжелее шлакового слоя;
• зона действия электрической дуги температурой внутри в пределах 4000 – 5000°С;
• газовый пузырь, формирующийся под влиянием сильного испарения материалов в кислородной среде;
• корка из шлака, формирующая верхнюю границу твердой консистенции сварочного рабочего участка.

Автоматическая сварка под флюсом.

Некоторые нюансы поведения свариваемого металла может внести сварочная проволока, но в целом металлургический процесс вне зависимости от способа сварки представляет из себя одну и ту же картину. Все было бы чудесно, если бы не шлаковая корка и окисление металла. Они влияют на рабочий процесс и, главное, качество шва самым негативным образом.

Перечисленные выше процессы и реакции относятся к химически активным. Следовательно, нейтрализацию и защиту нужно проводить с помощью химически инертных компонентов. Желательным свойством является еще и легкоплавкость.

Такими характеристиками как раз и обладают сварочные флюсы. В дополнение к основным функциям защиты и изоляции флюсы помогают снизить уровень пыли и проводить поверхностную наплавку.

К флюсам предъявляются следующие требования:

• поскольку флюсы – это вспомогательные компоненты, они должны только улучшать и стабилизировать основные процесса, и ни в коей мере не снижать их производительность;
• изоляция с помощью флюса должна быть безупречной: вся рабочая зона сварочного пузыря от внешней среды;
• в то время как после сварки около 80% флюсового материала должно остаться для следующих работ, остальная часть должна удаляться вместе со шлаковой коркой после очистки.