Безгалогеновый флюс что это
МАТЕРИАЛЫ, НЕ СОДЕРЖАЩИЕ ГАЛОГЕНОВ (HALOGEN FREE)
Компания «AIM» является крупнейшим мировым производителем паяльных материалов без содержания галогенов, к которым относятся паяльные пасты, флюсы и трубчатый припой.
ПРИЧИНЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГАЛОГЕНОВ?
Галогены добавляют в органические материалы в качестве огнезащитного средства. Использование обычных галогенов способствует выведению, разложению и высвобождению бромидов при повышении температуры во время нагрева. При разложении бромиды токсичны и агрессивны. Однако в нормальных температурных условиях эти соединения не опасны.
ПОЧЕМУ БЕЗГАЛОГЕННЫЕ?
Многие неправительственные организации (НПО), которые занимаются проблемами окружающей среды, оказывают давление на производителей электроники с целью ухода от использования галогенов. Регламент ЕС, касающийся правил регистрации, оценки, санкционирования и ограничения использования химических веществ (REACH) и Директива ЕС по ограничению использования опасных веществ (RoHS) запрещают использование галогенов. Угроза окружающей среде появляется при утилизации отработанных галогенсодержащих материалов, в частности при утилизации отходов их сжиганием. Во избежание подобной угрозы мы предлагаем полный ассортимент безгалогеновых паяльных материалов.
ЧТО ЗНАЧИТ ТЕРМИН «БЕЗГАЛОГЕННЫЙ»?
Решением данной проблемы занимаются многочисленные комитеты, консорциумы и организации. В качестве одного из решений некоторые из этих организаций начали публиковать лимиты, устанавливающие максимальное содержание галогенов в продукции. Материал может содержать до 900 промилле брома или хлора, но не более 1500 промилле этих веществ в общем. Стандарты других организаций допускают наличие в материале не более 1000 промилле брома или хлора. Предпринимаются попытки ограничить содержание галогена в паяльных материалах (см. таблицу ниже).
Японская ассоциация отраслей электронной промышленности (ЯАОЭП)
Разновидность флюсов в электронном мире. Советы ПРОФИ
В этой статье хотелось бы подробнее осветить тему флюсов для пайки, то, как они классифицируются и какое применение можно для них найти. Для начала определимся, что такое флюс, и насколько он необходим при пайке.
Флюс – это вещества (чаще смесь) органического и неорганического происхождения, предназначенные для удаления окислителей при пайке, снижения поверхностного натяжения, улучшения растекания жидкого припоя и защиты от действия окружающей среды. Другими словами, флюс нужен для упрощения расплавления припоя, или для залуживания поверхности металла, в электронике используется сплав меди.
Флюсы делятся на пять классификаций: по допустимому температурному интервалу, по растворению, по активатору определяющего действия, по механизму действия и по агрегатному состоянию.
Флюсы, которые используются в электронике, соответствуют следующим требованиям: низкие ток утечки и подверженность коррозии.
Простейшие по составу флюсы делают из канифоли, или ее раствора в спирте, к примеру, в этаноле либо в других спиртах или бензиновой смеси. Не менее часто используют кислотные флюсы – разнообразные кислоты или их соли, но такие флюсы требуют промывки после пайки, чтобы не образовывалась коррозия.
Отмывку печатных плат также требует и глицерин, чтобы избежать скорого окисления. Единственное, что можно не смывать, это канифоль или ее растворы, так как та после застывания образует дополнительный защитный слой.
Активные флюсы
Создаются на основе соляной кислоты. При их помощи спаивают железные изделия. Паяльная кислота взаимодействует с веществом за счет реакций цинка при обработке поверхностей материалов. Активный флюс отличается повышенной химической активностью, снимает оксидные пленки с поверхности деталей, реагирует на сам металл. Благодаря использованию активных составов происходит надежное соединение металлов. Повышенная электропроводность дает возможность соединять крупные провода или изделия. Данный флюс не применяется в радиотехнике, т.к. остатки химического состава трудно удаляются с плат, они быстро разъедают соединения.
Бескислотные флюсы
Эти флюсы изготавливаются на основе глицерина, этилового спирта, а также скипидара, и также называются неактивными. Канифоль применяется при температурах до 150°C, растворяет тонкие слои поверхности меди, свинца или олова, производя качественную очистку. В основном применяются для пайки поверхностей с отсутствием разъединения материалов. Используется при работах с мелкими деталями, электросхемами или платами радиодеталей.
Активированные флюсы
Производятся на основе солянокислого анилина или салициловой кислоты. Применяются при пайке всех видов соединений, которые не требуют предварительной зачистки и при соединении материалов, которые подвержены механическим воздействиям.
Антикоррозийные флюсы
Цель антикоррозийных флюсов заключается в очистке места пайки от коррозийных отложений, защите от окислов для дальнейшей эксплуатации детали. Основной компонент – ортофосфорная кислота, которая используется при изготовлении антикоррозийных пропиток. Главное отличие от кислотных составов в том, что флюс не разрушает сам металл, но зачищает его для предотвращения коррозии, при помощи химической реакции при температурных воздействиях.
Защитные флюсы
Альтернативные виды припоев используются для различных целей при спайке. Бура, смешанная с канифолью, используется для пайки медных трубок, не нуждается в предварительной зачистке изделия, температура плавления начинается от 70 градусов, а в процессе не выделяются вредные вещества.
Жидкие припои на основе золота, вазелина, салициловой кислоты используются при спайке радиаторов и одножильных проводов, в результате получается чистый и аккуратный шов.
Развитие безгалогенной технологии в микроэлектронике. Преимущества бессвинцовых паяльных паст
Одно из важнейших требований к производителям микроэлектронике, появившееся в последние годы — это использование материалов, не содержащих галогенов (halogen free — HF). Связано это, прежде всего, со стремлением снизить негативное воздействие на окружающую среду. Галогеносодержащие материалы широко использовались в электронике в качестве материалов, предотвращающих окисление поверхностей печатных плат и контактов. Тем не менее, известно, что галогеносодержащие соединения, входящие в состав паяльных материалов, при утилизации образуют диоксины, являющиеся одними из самых высокотоксичных органических загрязнителей.
Стремительное развитие технологий HF в микроэлектронике началось после разработки IPC/ JEDEC положений об использовании соединений хлора и брома. Японская Промышленная Ассоциация по Развитию Электроники (JEITA), в свою очередь, выпустила рекомендации по предельно допустимой концентрации (ПДК) галогенов в паяльных материалах, относящихся к категории HF. IPC, ввиду тенденции к развитию безгалогенного производства, пересмотрела «Требования, предъявляемые к паяльному флюсу» в стандарте J-STD-004B.
Стандарт
IEC 61249-2-21
IPC 4101B
Cl 
1. Галогены реагируют с оксидной пленкой на поверхности металла и образуют галоидные соединения; 2. Органическая кислота восстанавливает галоген; 3.Восстановленный галоген.
Рис. 1 Процесс удаления оксидной пленки галогеносодержащими флюсами
Однако стоит отметить, что химическая активность галогенов и органических кислот различны и зависят от температуры (рис. 2)
Рис. 2 Зависимость химической активности от температуры
Иными словами, галогены, входящие в состав флюсов, являются эффективными катализаторами даже при низкой концентрации.
У флюса, не содержащего в своем составе галогенов (HF флюс), процесс восстановления металла идет медленнее, чем у галогеносодержащего флюса. Таким образом, HF флюс часто ассоциируется с дефектами пайки, вызванными плохой смачиваемостью (холодная пайка, шарики припоя).
Для того чтобы HF-флюс обладал такой же реакционной способностью, как флюс с содержанием галогенов, необходимо значительное увеличение количества активаторов. Тем не менее, наличие слишком большого количества активаторов может негативно повлиять на свойства паяльной пасты и вызвать появление дефектов печати, связанных с повышенной вязкостью или резким падением поверхностного сопротивления остатков флюса после оплавления.
Концепция производства безгалогенных паяльных паст с хорошей смачиваемостью и производство S3X58-M555
При производстве безгалогенных паяльных паст важно сфокусироваться на том, чтобы флюс не терял свою химическую активность во всем диапазоне температур процесса оплавления. Флюс, входящий в состав HF паяльных паст должен не только обладать химической активностью в широком диапазоне температур, но и обеспечивать стабильную вязкость паяльной пасты в процессе оплавления.
Новый метод стабилизации активаторов показан на рисунке 3. Исследования подтвердили хорошую смачиваемость и стабильность свойств паяльной пасты.
Рис. 3 Изменение температуры активации флюса за счет введения стабилизаторов
На рисунке 4 показано изменении вязкости при хранении при температуре 30 °С (исследование для оценки стабильности вязкости). Флюс, входящий в состав классической HF пасты химически активен при 30°C, поэтому во время хранения изменяются характеристики паяльной пасты, а именно вязкостные свойства. При комнатной температуре в паяльной пасте KOKI S3X58-M555 не происходит реакции между порошком припоя и флюсом благодаря добавлению специальных стабилизаторов в состав последнего. Данная паяльная паста сохраняет свои свойства при хранении как в холодильной камере, так и при комнатной температуре, оставаясь пригодной для печати.
Рис. 4 Изменение вязкости при хранении при температуре 30 °С
Ниже приведены результаты тестов плавления паяльных паст.
Теплопроводность
Быстрое развитие SMT-технологий (уменьшение размеров чип элементов до типоразмера 0201, появление микросхем в корпусах BGA, QFP, увеличение плотности монтажа компонентов) позволило не только уменьшить размер изделий, но и привело к появлению новых типов дефектов пайки, которые в большинстве случаев невозможно обнаружить одним лишь внешним осмотром. К таким дефектам относится, например, «head-and-pillow» (дефект «голова на подушке»).
Рис. 5 Дефект Head-and-pillow при пайке BGA
Флюс в составе обычной паяльной пасты не сохраняет свою химическую активность в течении всего цикла оплавления (быстро «выгорает»), оксидная пленка на шариках выводов BGA удаляется не полностью, как результат — может возникнуть такой дефект паяного соединения как «head-and-pillow».
В отличии от обычной паяльной пасты, паста S3X58-M555, благодаря добавлению различных стабилизаторов в состав ее флюса, сохраняет свойства во всем диапазоне температур (рис. 6) и может эффективно применяться для пайки BGA. Дефект «голова на подушке» при этом не возникает.
Сохранение химической активности флюса за счет добавления активаторов при широком диапазоне температур
Рис. 6 Сохранение химической активности флюса на широком диапазоне за счет добавления активаторов
Смачиваемость при пайке на различных финишных покрытиях
На рисунке 7 показаны результаты испытаний смачиваемости на подложках с различными покрытиями.
1. Нагрев тестируемых образцов в печи при температуре 150 °С в течении 16 часов (Окисление покрытий);
2. Нанесение паяльной пасты методом трафаретной печати;
3. Оплавление в конвекционной печи в воздушной среде.
Поскольку обычная паяльная паста с безгалогенным флюсом не содержит активаторов, в качестве которых использовались галогены, окислы не полностью удаляются с поверхности металлических подложек, что приводит к плохой смачиваемости. Что касается S3X58-M555, не смотря на то, что паста относится к линейке HF, новая технология стабилизации активаторов, наряду со специально разработанной композицией активаторов, позволяют эффективно удалять окислы, улучшая смачиваемость в процессе оплавления на разных поверхностях. При использовании паяльной пасты S3X58-M555 хорошая смачиваемость может достигаться даже при пайке PCB низкого качества.
Рис. 7 Тест на смачиваемость на окисленном покрытии
Очевидно, что тенденция к принятию всё больших мер для защиты окружающей среды в электронной промышленности будет продолжаться и в будущем.
Как ведущий производитель паяльный материалов, компания KOKI стремится предоставлять своим клиентам продукты, которые не только превосходят их ожидания, но и разрабатываются с учетом всех требовании по защите окружающей среды.
Выбор гелеобразного флюса для ремонта цифрового оборудования
Образец № 1 это всеизвестный китайский Amtech RMA223. Представляет собой однородную желтоватую массу в картридже.
Проба первая. Демонтаж микросхемы. Во время пайки быстро плавится, хорошо растекается, умеренно дымит. Пахнет правда сильно, запах однозначно парафиновый. Каково же качество демонтажа? Как видно на фото большинство одни шарики крупнее, другие мельче(1). Несколько из них напоминают «пяточки» (2). Может случайность? Демонтируем ещё одну микросхему. Та же картина.
Шарики разной величины образуются вследствие неравномерного распределения тепла, к которому флюс имеет самое прямое отношение. Причина появления «пятачков» в том, что китайский образец содержит крайне мало флюсирующих компонентов, в его составе в основном парафин, который ни тепло должным образом не проводит, ни окислы не растворяет, да и испаряется легко во время пайки, превращаясь в дым. А как можно проверить флюсирующие свойства материала? Просто. Наносим образец на фольгированный текстолит и прижимаем к нему жало паяльника с каплей олова. По результатам такой «пайки в одно касание» можно судить о качестве продукта. В случае проверки «китайца» оловянный шарик прилип к поверхности меди, но легко отскочил при нажиме ногтем.
Сам флюс «убегает» от жала паяльника, что создаёт сложности при пайке. Попадаются образцы флюса светлые, почти белые, жёлтые и коричневые, но паяют они одинаково плохо.
Вывод: Китайский флюс паяет не лучше чем парафиновая свечка. Просто последняя гораздо дешевле. Использование таких материалов может привести к плохому контакту и выходу аппаратуры из строя. Аналогичны по «качеству» YAXUN RMA-223, BAKU-223, LUKEY L2010, YX RMA-223, DAINA RMA-625.
Образец №2, EFD FluxPlus 6-412-A, на момент написания статьи стоил около 1.5 тыс.рублей. Оправдана ли такая цена? Флюс поставляется в качественном картридже, при пайке дымит не сильно, имеет хвойный запах. Слегка кипит в первые секунды пайки. FluxPlus содержит растворитель, он и выкипает. Как видно на фото, шарики на плате после демонтажа микросхемы выглядят одинаково.
Хороший результат и при лужении меди. Пайка надёжная и качественная
Образец №3 Cyberflux E-700. По заявлению продавца магазина, это отечественный «улучшенный аналог EFD FluxPlus»! За 100 рублей! Итак что мы видим. Сомнительная упаковка, дешёвая некрасивая наклейка. А содержимое интересное. Очень липкая густая субстанция без запаха. Дымит мало. Шарики после демонтажа идеальны.
BGA паяет действительно лучше, чем EFD. Достаточно вязок даже в нагретом состоянии. Последнее свойство навело на мысль использовать его для прогрева «отваленных» чипов в видеокартах. Две видеокарты были оживлены и работают почти месяц. Выводы: Цена и упаковка не показатель! Достойно для отечественного производителя (если это действительно отечественный производитель).
Образец №4 Mechanic MCN UV10. Еврокартридж с бородатой мужицкой рожей видимо должен символизировать то, что это флюс для настоящих мужчин. Пробуем! Дымность в пределах нормы. Запах достаточно терпимый. Кипит, но не критично. Шарики после демонтажа вполне достойные
Кусочек текстолита был залужен может и не быстро, но достойно. Правда вместо круглой капли получилась «морковка», что не очень хорошо
Выводы: Флюс хорошего качества за умеренную цену. Близкие по качеству продукты: SUAN RMA-636, AMTECH NC-559-ASM.
Но остатки явно лучше смыть, слишком грязно. С шипением и дымом лудит и достаточно окисленные провода. С китайскими «братьями» несравнимо! Вывод: Я бы наверное не рискнул «этим» паять SMD и BGA. А вот самовары и силовые провода пожалуй можно. Ещё в комплекте стоит брать противогаз.
По поводу безопасности всех флюсов стоит помнить то, что кроме компонентов флюса в воздух при пайке выделяются пары олова и свинца, а так же фенол и формальдегид, содержащиеся в материале платы. Поэтому всегда стоит работать под вытяжкой.
В следующей статье я планирую рассказать о том, как самостоятельно выявить в составе флюсов вредные для здоровья вещества и проверить, на самом ли деле флюс является безотмывочным.
Токсичность флюсов для пайки. Меры предосторожности. Часть вторая
Покупая импортные товары, мы зачастую оказываемся в плену стереотипа, созданного ещё в советские времена. Дескать, импортная, дорогая вещь лучше, качественнее и безопаснее. В этой статье я постараюсь сделать акцент на составе и безопасности известных престижных импортных флюсов.
Компания Amtech одна из первых вывела на рынок гелеобразные флюсы для пайки. Именно её RMA-223 первым добился известности и первым стал жертвой китайских фальсификаторов. Состав оригинального RMA-223 на первый взгляд не сложен. Обычную канифоль подвергают перегонке с перегретым водяным паром, затем обрабатывают специальными катализаторами, придают мазеобразную консистенцию, добавляя растворители и пластификаторы. Другими словами, основная масса этого флюса – модифицированная канифоль высокой степени очистки. Активаторами этого состава служили добавки слабых органических кислот, которые разрушались в процессе пайки. Вред для паяльщика от этого флюса невелик, примерно, то же самое, что паять канифолью, только пайка чище и дозирование удобнее. Попытка китайских умельцев скопировать данный состав на основе канифоли провалился. Самодельный флюс расслаивался и кристаллизовался. Возможно, некоторые радиолюбители помнят китайский продукт, который через месяц после покупки невозможно было выдавить из тюбика. Но специалисты по подделкам не растерялись, и сейчас их творение под названием Amtech RMA-223, с голографической наклейкой для презентабельности, в виде смеси вазелина и сомнительной химии продаётся по всему миру, повторяя оригинал только цветом и упаковкой.
Кроме флюса на канифольной основе Amtech выпускает и бесканифольные флюсы (например, LF-4300). Их основу составляют многоатомные спирты и синтетические смолы, многие из которых являются производными фенолов. И те и другие достаточно вредны, такие флюсы в основном применяют в промышленности
Флюс Martin. Изготавливается в Германии, в России есть несколько фирм, которые им торгуют, но немалая часть этого флюса завозится из Украины, о чём свидетельствует надпись на наклейке. Информации об этом флюсе достаточно много, правда находится она на специализированных сайтах, на немецком и английском языках и мало кто с ней знакомится. А следовало бы. Оказывается состав «Мартина» несложен. Это своеобразный раствор пропиленгликоля, синтетической или модифицированной канифоли и дифенилового эфира. И если первые два вещества сравнительно безвредны, то дифениловый эфир весьма токсичен. Этот химикат с запахом герани, который некоторые радиолюбители сравнивают с запахом солёных огурцов, относится ко второму классу опасности. Он способен вызывать раздражение, дерматиты при контакте с кожей, крайне опасен для глаз. При высоких температурах испаряется, поражает дыхательную систему, вызывает кашель и боль в горле. При вдыхании даже небольшого количества его паров наблюдается головная боль. Производитель предупреждает о недопустимости попадания этого вещества в окружающую среду и о высокой опасности для живых организмов. При использовании флюсов на основе дифенилового эфира рекомендуется использовать профессиональное оборудование и принимать все меры по защите персонала от его паров. По сути, флюс является исключительно промышленным. Несмотря на хорошие технологические качества, его использование в радиолюбительской практике не рекомендуется (ввиду токсичности).
Читатель, возможно, скажет: «Ну это всё теория, возможно вредных веществ во флюсах не так много, паяю без вентиляции, и вроде ничего…»
Отвечу. В поисках информации о токсичности флюсов я наткнулся в ютубе на видео «Проверка флюсов на токсичность». Автор ролика воздействовал парами различных флюсов на насекомых (тараканов) и в ряде случаев наблюдалась их гибель. На самом деле ничего удивительного. Цитирую учебник : «Некоторые производные фенолов являются универсальными пестицидами, оказывающими токсическое действие на вредных насекомых …» А я уже упоминал, что во многих флюсах производных фенола более чем достаточно. Человек конечно не таракан, но не будем забывать об эффекте накопления.
На этом я прощаюсь, желаю всем здоровья и удачи, интересуйтесь составом паяльных материалов, которыми пользуетесь и соблюдайте технику безопасности.
Автор статьи: Крамарев Олег Витальевич