Ši scena kartojasi kiekviename remonto ceche: kažkas dvidešimt minučių kaunasi su solder joint, kelia litavimo stoties temperatūrą, spaudžia soldering tip, plėšia pad'us. Atėjęs patyręs kolega lašina šiek tiek flux – ir junta atlitavimo judesiu pasiduoda iš karto.
Flux turbūt labiausiai nesuprastas eksploatacinė medžiaga elektronikoje. Jis parduodamas tarsi koks stebuklas, beveik visur paaiškinamas netiksliai, o nemažas kiekis to, kas apie jį rašoma – net remonto forumuose – yra tiesiogiai klaidinga. Todėl paaiškinsime viską tinkamai, remdamiesi techninėmis specifikacijomis ir standartais.
Ką flux daro (ir ko nedaro)
Flux atlieka tris funkcijas – visas chemines. Nė viena nėra elektrinė:
- Puola ir ištirpina oksidą. Kiekvienas metalinis paviršius ore pasidengia oksido sluoksniu, o skardos lydmetalis neprilimpa prie oksido. Colofonia reaguoja su tuo oksidu ir sudaro metalinę druską – tiesiog muilą – kuri ištirpsta pačiame flux ir palieka švarų metalą apačioje.
- Neleidžia metalui vėl oksiduotis. Kaitinant oksidacija spartėja smarkiai. Išlydytas flux sudaro skystą «antklodę» virš darbinės zonos ir laiko deguonį šalin tiek laiko, kiek trunka operacija.
- Gerina wetting. Kai metalas švarus, išlydytas lydmetalis išsiplečia ir sudaro tinkamos formos solder joint, vietoj to kad susisukytų į rutuliukus.
Niuansas, kurį beveik niekas tinkamai nepaaiškina: dažnai sakoma, kad «flux sumažina paviršiaus įtempimą». Tai nėra tiksliai. Sumažėja tarpfazinis įtempimas tarp lydmetalio ir flux, o substrato paviršiaus energija padidėja pašalinus oksidą. Praktinis rezultatas tas pats – lydmetalis išsiplečia – tačiau mechanizmas yra būtent toks.
Mitas numeris vienas: «flux pagerina elektros laidumą». Kategoriškai klaidinga. Flux nelaidus ir netampa solder joint dalimi. Tai cheminis valymo agentas, kuris suvartojamas proceso metu. Laidininkė yra metalinė jungtis, kurią flux tik padarė įmanomą.
Kodėl atlitavimui jo beveik negalima apsieiti
Čia ta dalis, kuri labiausiai juntama kasdien, ir kuri pateisina flux turėjimą net jei litavate retai.
Kai litavate su viela, lydmetalis jau turi flux viduje – rosin sielą – ir tas flux išsiskiria tiksliai ten, kur reikia. Tačiau atlitavimui nekišate naujos vielos: tirpinate lydmetalį, kuris metų metus pralaidė plokštėje, išoriškai oksiduotas ir be jokio aktyvaus flux. Tas senas lydmetalis nenori tekėti, lieka prikiibęs ir susisukęs į rutuliukus, o desoldering braid tiesiog netraukia.
Pridėkite flux – ir viskas keičiasi: oksidas ištirpsta, senas lydmetalis vėl pradeda tekėti ir eina paskui malla desoldadora arba paskui soldering tip. Todėl tie, kurie remontuoja kasdien, flux atlitavimui sunaudoja kur kas daugiau nei litavimui.
Šilumos klausimas: kas iš tikrųjų vyksta
Daugelyje vietų rasite, kad «flux sudaro terminį tiltą tarp soldering tip ir solder joint». Tai, pasakyta taip, neatlaikys kritikos – ir verta žinoti kodėl, nes dėl šio supratimo įrankis naudojamas netinkamai.
Terminį tiltą sudaro lašas išlydyto lydmetalio, o ne flux. Tai tiesiogiai rekomenduoja profesionalių litavimo stočių gamintojai: praestaño soldering tip ir sukurkite lydmetalio tiltą su solder joint prieš kaitinant. Skaičiai paaiškina kodėl:
| Terpė tarp soldering tip ir solder joint | Šilumos laidumas |
|---|---|
| Oras (t. y. prastas kontaktas) | 0,026 W/mK |
| Skystas flux (kaip ir bet kuri derva) | apie 0,1-0,2 W/mK |
| Išlydytas lydmetalis | ≈ 60 W/mK |
Lydmetalis šilumą laido apie 2.300 kartų geriau nei oras. Flux – vos 4–8 kartus. Terminį tiltą kuria ne flux.
Ir vis dėlto flux tikrai padeda šilumai – tik kitu keliu, ir tai dokumentuota: oksidas yra šiluminis izoliatorius. Nepakankamai paruoštas arba oksiduotas soldering tip šilumą perduoda daug prasčiau. Flux kaip tik palaiko ir soldering tip, ir solder joint švariais nuo oksido, ir leidžia lydmitaliui sudrėkinti paviršių bei susidaryti tiltui, kuris tikrai laido šilumą. Tai netiesioginis, bet esminis indėlis.
Ir jau kalbant apie oksidą: prižiūrėkite soldering tip
Jei perskaitėte iki čia, praktinė išvada peršasi savaime: oksiduotas soldering tip sabotaža jūsų darbą. Ir blogiausia – simptomas klaidina: kadangi nekaitina, keliate temperatūrą, o ją pakėlę, soldering tip oksiduojasi dar greičiau. Užburtas ratas, kuris baigiasi soldering tip krepšyje anksčiau laiko.
Požymis nesupainiojamas: soldering tip nustoja priimti lydmetalį. Dingsta tas blizgus, sidabrinis lašas – vietoj jo matote matinį, pajuodusį paviršių, kuriame lydmetalis susisuka į rutuliukus ir slysta. Kai taip nutinka, nebegalite sudaryti lydmetalio tilto ir prarandate beveik visą šilumos perdavimą.
- Mechanic MCN-8 soldering tip atnaujinimo pasta. Kai soldering tip jau oksiduotas ir nepriima lydmetalio. Su įkaitusiu soldering tip trumpam panerkite jį į pastą: ji pašalina susikaupusį oksidą ir vėl palieka soldering tip paruoštą. Nerūgštyninė, todėl neatakuoja dangos. Vienas iš tų produktų už mažiau nei penkis eurus, kurie išgelbsti dvidešimties vertės soldering tip.
- Valymo stovas su bronzos kempine. Kasdieniam naudojimui. Bronzos plaušai nuvalo seną lydmetalį nestaigiai neatvėsdami soldering tip – o tai kaip tik daro įprasta drėgna kempinė: kiekvienas brūkštelėjimas yra terminis smūgis, lėtai skeldėjantis dangą. Turima ir kempinės papildymas, kai senoji prisotinama.
Ir auksinė taisyklė, kuri nieko nekainuoja: prieš išjungdami visada palikite soldering tip padengtą lydmetaliu. Tas lydmetalio sluoksnis neleidžia variui oksiduotis atšalimo metu. Išjungti su švariu, pliku soldering tip – greičiausias būdas jį sugadinti.
Dar viena naudinga pastaba ta pačia tema: kontaktiniame litavime svarbiausia yra kontakto plotas, o ne spaudimas. Gamintojai yra kategoriški – tarp stipresnio spaudimo ir geresnio kaitinimo jokio ryšio nėra. Naudokite didžiausią soldering tip, kuris tinka, o ne smulkiausią.
Kada flux nebepadeda
Būkime sąžiningi – tai beveik niekas nesako: jei pad'ai labai oksiduoti, joks flux to neišgydys. Pati pramonė tai pripažįsta: esant stipriam oksidui, pakartotinis reflujo bandymas neveikia – reikia nuimti komponentą, paruošti pad'us ir iš naujo juos paruošti. Flux yra cheminis pagalbininkas, ne stebuklingas gydytojas.
Flux tipai: išmokite skaityti kodą – ir nebeklystite
Pamiršk marketingą. Kiekvienas rimtas flux turi keturių simbolių klasifikaciją pagal standartą IPC J-STD-004, ir tas kodas pasako vienintelį dalyką, kuris iš tikrųjų svarbus: ar flux reikia nuvalyti ar ne.
Skaitoma taip:
- Dvi raidės – sudėtis: RO natūrali colofonia · RE sintetinė derva · OR organinis (hidrosolubles) · IN neorganinis (rūgštys ir druskos; elektronikoje nenaudojama).
- Viena raidė – aktyvumas: L žemas · M vidutinis · H aukštas. Matuojama laboratorijoje, ne spėjama akimis.
- Vienas skaitmuo – halogenidai: 0 žemiau 0,05 % · 1 virš 0,05 %.
Ir čia ta praktinė esmė, kuri verta viso straipsnio:
Kodas pasako, ar reikia valyti:
- L0 ir L1 → išlaiko bandymus nevalant. Tai vadiname no-clean.
- M0 ir M1 → tinkami valant arba nevalant, priklausomai nuo taikymo.
- H0 ir H1 → tinkami tik valant. Be išimties.
Atkreipkite dėmesį: «no-clean» nėra flux tipas, o jo aktyvumo lygio pasekmė. ROL0 yra no-clean; ROH1 – ne, nors abu pagaminti iš colofonia.
Hidrosoluble flux
OR (water-soluble) turi organinių rūgščių, puikiai drėkina ir yra tikrai korozinis: jų residuo aktyvus ir higroskopinis. Naudojamas gamyboje, nes po proceso plokštė plaujama mašinoje. Jei naudojate tokį, plauti privaloma – ir kuo greičiau.
Kurį iš mūsiškių rinktis
Šią lentelę sudarėme turėdami oficialias technines specifikacijas ant stalo, o ne tai, kas parašyta ant dėžutės. Kur oficialios specifikacijos nepaskelbtos – taip ir sakome.
| Flux | Klasifikacija | Ar reikia valyti? | Lydiniai | Kam idealus |
|---|---|---|---|---|
| Amtech NC-559 (100 cc buteliukas) | ROL0 · colofonia | No-clean. Skaidrus ir inertiškas residuo | Leaded solder ir bismuth. Specifikacijoje SAC lydiniai nenurodyti | Universalus remontui su leaded solder. BGA retrabajo ir mikrolitavimas |
| Amtech RMA-223 (100 cc buteliukas) | ROL0 · vidutiniškai aktyvuota colofonia | No-clean | Sn/Pb, bismuth ir taip pat SAC305 bei kiti lead-free | Vienintelis šioje eilėje sertifikuotas lead-free darbui. Tirštesnis, geriau laiko komponentą vietoje. Tinka reballing |
| Amtech LF-4300 (100 cc buteliukas) | REL0 · sintetinė derva | Water-washable. Rekomenduojama plauti (šiltu dejonizuotu vandeniu). Netinka didelės varžos grandinėms | Optimizuotas lead-free darbui (SAC305, Sn/Cu, Sn/Ag…) | Gamyba ir lead-free retrabajo kai plokštė po to plaunama |
| Kingbo RMA-218 (100 g buteliukas) | Oficiali techninė specifikacija nepaskelbta | Iš atsargumo – valykite | Nepaskelbta | Ekonomiška alternatyva BGA retrabajo. Labai paplitęs ir patikimas |
| Mechanic RMA-AV10 | Oficiali techninė specifikacija nepaskelbta | Iš atsargumo – valykite | Nepaskelbta | Pradedančiajam lygiui, epizodiniam darbui |
| Goot BS-10 | Neorganinis (cinko ir amonio chloridas) | Privaloma ir kruopščiai | Bendras litavimas | Storūs kabeliai, gnybtai, skardos lakštai. Gamintojas draudžia naudoti plokštėse. |
Trumpai tiems, kuriems laikas brangus: jei remontuojate su leaded solder – NC-559. Jei dirbate su lead-free – RMA-223. Jei plokštę vėliau plaušite – LF-4300. Jei svarbiausia kaina – Kingbo. O Goot BS-10 – niekada ant PCB.
Apie Amtech klastotes
Amtech yra vienas labiausiai klastojamų prekių ženklų sektoriuje – ir verta apie tai žinoti. Inventec, prekės ženklo savininkas, tai oficialiai pareiškė: «niekada nepardavėme Amazon, eBay ar Alibaba platformose» ir «niekada nesuteikėme licencijos jokiai įmonei gaminti mūsų Amtech fluxus». Mūsų buteliukai turi fosforescentinę žalią etiketę su brūkšniniu kodu – gamintojo autentiškumo ženklą.
Flux ir solder paste – ne tas pats
Ši painiava nuolatinė, ir kainuoja pinigų. Pagal patį standartą:
- Flux yra cheminis produktas. Metalo neturi ir pats savaime sujungties sudaryti negali.
- Solder paste (arba lydmetalis pastoje) yra lydmetalio milteliai sumaišyti su flux. Ji apima metalą.
Jei reikia pridėti lydmetalio – norite pastos, pavyzdžiui, Mechanic XG-50 (Sn63/Pb37) arba, lead-free variantu, Mechanic WQ86 su bismuth, kuri lysta žemesnėje temperatūroje. Jei tik reikia, kad tai, kas jau yra, lengviau tekėtų – norite flux.
Svarbi pastaba: santechnikos srityje «litavimo pasta» reiškia flux pastą be metalo. Elektronikoje «lydmetalis pastoje» metalą turi. Tas pats pavadinimas – visiškai skirtingi dalykai.
Kiekvienas kaitinimo būdas reikalauja savo požiūrio
Kaitinimas su soldering tip ir su oru – du skirtingi dalykai, ir flux elgiasi kiekvienu atveju kitaip.
- Kontaktinis (litavimo stotis). Gryna laidumas. Tai efektyviausias metodas esant geram kontaktui: paruoškite soldering tip, sukurkite lydmetalio tiltą ir naudokite kuo didesnį soldering tip, kuris tinka.
- Karštas oras. Konvekcija: perduoda šilumą kur kas prasčiau nei kontaktas, todėl reikia aukštesnės temperatūros ir daugiau laiko. Ir saugokitės srauto – jei jis per didelis, komponentai išlekia iš karto, kai tik atsikabina. Mažinkite srautą ir rinkitės antgalį pagal komponento dydį.
- Infraraudonieji spinduliai. Spinduliuotė – ir čia yra spąstai: IR kaitina pagal spalvą. Juodas korpusas absorbuoja daug daugiau nei blizganti metalinė koja. Todėl pramonė galų gale kombinavo IR su karštu oru krosnyse, siekdama tolygaus pašildymo.
- Apatinis pašildytuvas. Labiausiai neįvertintas priedas. Plokštės pašildymas iš apačios iki 100-150 grados C vieną ar dvi minutes sumažina terminį šoką, apsaugo nuo plokštės išsilenkimo ir leidžia viršutiniam įrankiui duoti tik paskutinį postūmį. BGA darbui tai ne prabanga – tai procedūra.
- Reflujo krosnelė. Pilnas ir kontroliuojamas terminis profilis – gamybai.
Svarbus faktas: flux senka ir dėl laiko, ir dėl temperatūros. Jokios magiškos ribos nėra – tai kinetika. Jei užsitęsiate kaitinimą, flux praranda aktyvumą ir palieka tamsų, sudegusį residuo, kurį nuvalyti daug sunkiau nei įprastą gintarinį. Greitas ir ryžtingas darbas visada laimi.
Apsaugokite kaimyninius komponentus nuo karščio
Kai pučiate karštą orą į vieną zoną, aplinkui esantys komponentai irgi kaista. Du medžiagos tam išvengti – ir jie daro skirtingus dalykus:
- Kapton juosta (poliimidas). Tai izoliatorius ir fizinė barjera. Čia svarbus faktas, kurį visur pasakoja neteisingai: juosta atlaikia 260 grados C nuolat, o ne 400 grados C. Plikas poliimido filmas tikrai atlaikys 400 grados C, bet tik trumpą ekspoziciją; realią ribą nustato silikoninis klijai. Kadangi karšto oro pistoletas dirba aukščiau šios temperatūros, neklijuokite juostos tiesiai į oro srautą. Turime 10, 20, 30, 50 ir 100 mm pločio.
- Aliuminio juosta. Ši tikrai yra šilumos atšvaitė: poliruoto aliuminio emisyvumas yra 0,03–0,05, tai yra jis atspindi apie 97 % spinduliuojamos šiluminės energijos. Prieš spinduliuotę jai lygių nėra.
Nepirkite argumento, kad vienas «geresnis» už kitą: Kapton izoliuoja ir apsaugo nuo kontakto, aliuminis atspindi spinduliuotę. Prieš karšto oro konvekciją aliuminio pranašumas ginčytinas – be to, jis pats labai gerai laido šilumą į šonus.
Reballing: čia flux vienu metu atlieka tris darbus
Reballing procese flux nėra priedas – jis yra procedūros dalis ir vienu metu atlieka tris funkcijas: valo oksidą nuo ką tik nuvalytų pad'ų ir nuo lydmetalio rutuliukų, fiziškai laiko juos vietoje montavimo metu (todėl flux yra tacky, lipnus) ir saugo reflujo proceso metu.
Ir tai geriausias kontrargumentas principui «kuo daugiau, tuo geriau»: per mažai flux – rutuliukai nelieka; per daug – jie plūduriuoja, traukiasi vienas prie kito ir išlekia iš pad'ų. Plonas ir tolygus sluoksnis.
Mitai ir legendos
- «Flux pagerina laidumą». Klaidinga – jau išsiaiškinome. Jis nelaidus ir netampa solder joint dalimi.
- «No-clean reiškia, kad niekada nereikia valyti». Tikslintina. Bandymas garantuoja tik tai, kad nereikia valyti įprastomis sąlygomis. Valyti reikia: prieš dengiant apsauginiu laku, didelės varžos grandinėse, radijo dažniais ir aukšta įtampa. Ir subtilus niuansas: no-clean residuo yra nekenksmingas tik tada, jei flux pasiekė visišką aktyvacijos temperatūrą – rankinio litavimo metu ir po žemais komponentais gali likti nevisiškai reaguojančio flux, kuris iš tikrųjų aktyvus.
- «Kuo daugiau flux, tuo geriau». Klaidinga. Perteklius verda, taško, sukuria lydmetalio rutuliukus ir tiltus, sukuria tuštumas solder joint viduje ir palieka residuo įstrigusį po komponentu.
- «Flux ėda plokštę». Priklauso nuo tipo. Mažo aktyvumo RO/RE neatakuoja vario; water-soluble arba neorganinis – taip, ir todėl jie reikalauja valymo.
- «Santechnikos flux tinka». Ne, ir tai viena brangiausių klaidų. Jame yra cinko ir amonio chlorido: ardoma plonus takelius, jo residuo laidus ir jo visiškai neutralizuoti plaunant neįmanoma. Būtent tai yra Goot BS-10 – ir todėl gamintojas draudžia jį naudoti plokštėse.
- «Flux negenda». Genda. Gamintojai nurodo naudojimo laiką – nuo vienerių iki penkerių metų, priklausomai nuo produkto. Jis netampa pavojingas: praranda tirpiklį ir aktyvumą, prasčiau drėkina ir palieka daugiau residuo. Laikykite švirkštus vertikaliai, adatos galiuku žemyn.
- «Su lydmetalio viela su rosin šerdimi flux nereikia». Tiesa tik paprastam litavimui ant švarių paviršių. Vielos flux suvartojamas pirmojo kontakto metu. Atlitavimui naujos vielos nededate, vadinasi flux neateina – ten visada reikia papildomo.
- «Pavojingas dūmų komponentas yra švinas». Klaidinga, ir priešingai nei mano beveik visi. Švinas verda apie 1.750 grados C ir litavimo temperatūroje negaruoja. Tie balti dūmai – colofonia, ir ji yra tikrasis pavojus.
Valymas ir sauga
Valymui naudokite IPA (izopropilo alkoholį) 90-99 % koncentracijos su antistatišku šepečiu. Vaistininis 70 % netinka: tas 30 % vandens džiūsta lėtai, palieka žiedus ir drėgmę po komponentais, o colofonią tirpina prasčiau. Turime dozavimo buteliukų su siurbliu, kurie neleidžia perdrėkinti plokštės. Ištirpintą residuo visada nušluostykite švariu absorbuojančiu audiniu – jei leisite džiūti, jis vėl nusės.
Apie dūmus – kalbėkime atvirai. Colofonia dūmai pripažinti profesinės astmos priežastimi; Jungtinės Karalystės darbo saugos institucija priskiria juos prie pagrindinių šalyje ir nustato ekspozicijos ribą 0,05 mg/m3 per 8 valandų darbo dieną. Tai ne panika – tai darbo saugos duomenų lapas.
Veiksmingos priemonės, šia tvarka:
- Pašalinimas šaltinyje. Vienintelis būdas tikrai kontroliuoti problemą: sugauti dūmus ten, kur jie susidaro, keliems centimetrams nuo soldering tip, kol nepasiekė veido. Paprasta ir prieinama sprendimas – dūmų sugėriklio grotelės: pastatote priešais, dirbate virš plokštės ir dūmai traukiasi atgal, o ne kyla į veidą. Ir nepamirškite keisti filtro, kai jis prisotins – užkimštas filtras nefiltruoja, tik triukšmauja.
- Nesilienkite virš dūmų stulpo. Skamba akivaizdžiai – ir visi tai daro: žiūrint iš arti, galva atsiduria tiesiai virš dūmų kolonos. Dirbkite su plokšte šiek tiek į šoną arba per lupą – bet ne dūmuose.
- Nekaitinkite daugiau nei reikia. Aukštesnė temperatūra – intensyvesnis flux skilimas ir daugiau dūmų. Čia užsiskleidžia straipsnio ratas: su kokybiško flux ir tinkamai paruoštu soldering tip jums reikia mažiau temperatūros, vadinasi ir mažiau dūmų įkvepiama.
Ir du įspėjimai: stalinis ventiliatorius neveikia – jis išskaido teršalą po visą dirbtuves vietoje to, kad jį pašalintų – ir perėjimas prie lead-free lydmetalio nelikviduoja rizikos, nes flux išlieka tas pats arba net aktyvesnis.
Kaip naudoti
- Mažai ir tiksliai. Plonas siūlelis ant kojų arba tolygus sluoksnis ant pad'ų. Jei teka per kraštus – per daug.
- Tinkamu įrankiu: švirkštas tiksliems darbams, teptukas ploto padengimui, pusiau automatinis dozatorius didesniems kiekiams.
- Kaitinkite greitai. Flux veikia kol šviežias; jei jį padėjote ir delsiate, tirpiklis išgaruoja.
- Greitai ir ryžtingai. Trumpas ir efektyvus kontaktas geriau nei vilkinimas: kuo ilgiau kaitiname, tuo labiau flux senka ir residuo carbonizuojasi.
- Valykite, jei reikia, pagal tai, ką sužinojome apie klasifikaciją.
Viską, ko reikia, rasite litavimo priedų skiltyje, o jei trūksta įrankio – litavimo stočių skiltyje.
Jei iš viso to pasiimate tik vieną mintį – tebūnie ši: flux nėra triukas, tai pagrindinė litavimo chemija. Be jo bandote priklijuoti metalą prie oksido, o tai neveikia, kad ir kiek keltumėte temperatūrą. Iš tiesų – temperatūros kėlimas dažniausiai yra lygiai tai, ko nereikėtų daryti.
