Галогениды во флюсах: высокая эффективность, но высокая цена отказов
Основной элемент, удаляющий оксиды, — это кислота. Чаще это органические кислоты (содержащие углерод), реже — неорганические, вроде HCl или HBr, которые работают лучше, но оставляют опасные проводящие остатки и могут вызвать отказы.
Формула самых распространенных кислот для флюсов
В современной электронике применяют флюсы как правило без галогенидов, но есть и исключения. Например в Flux Plus есть очень малое, следовое количество ковалентно связанного брома, который при пайке высвобождает мальца HBr и сильно поднимает силу лужения. И в то же время флюс считается истинно безотмывочным.
Flux-plus 412 - флюс с галогенами который смог стать NO CLEAN
Суть работы:
• В реакции с оксидом металла водород из COOH группы в карбоновой соединяется с кислородом в оксиде → образуется вода.
• Остальная часть кислоты связывается с металлом, образуя металлическую соль. Соль растворяется и "увозится" в расплав флюса очищая поверхность металла для припоя
Реакция адипиновой кислоты и оксида олова
Чем сильнее кислота (pKa):
• Тем быстрее и эффективнее она удаляет оксид.
• Тем шире диапазон металлов, с которых она может снять окисел.
Деоксидация требует тепла. Поэтому кислоты начинают работать только с 100-120с, а некоторые от 150-160.
Как измерить «кислотность флюса»?
Кислотность определяется концентрацией ионов водорода (H⁺). Чем их больше, тем выше кислотное число и тем выше активность:
Решает размер молекулы и количество кислотных групп (COOH): чем она меньше, и чем больше кислотных групп, тем выше активность на 1 грамм вещества: например в 1 грамме янтарной кислоты почти в 5 раз больше ионов водорода чем в стеариновой. Поэтому янтарная кислота сможет удалить больше оксидов, но оставляет более гигроскопичные остатки из-за малого размера молекулы.
Янтарная кислота - маленькая и 2 карбоксила - довольно активна
Размер стеариновой кислоты огромен: она отталкивает воду, но почти в 5 раз менее активна чем янтарная
Кстати канифоль тоже является кислотой! Тк может отдать ион водорода. Правда она довольно слабая, поэтому к ней подмешивают доп активаторы для норм пайки
Кстати канифоль тоже смесь кислот, но слабых из-за одного карбоксила и огромной молекулы
⚠️ Важно: pH имеет значение только для водных растворов. Для флюсов на органике применяется кислотное число (acid number) — сколько мг KOH нужно, чтобы нейтрализовать 1 г кислоты.
Собственно я в своих флюсах применяю композиции из кислот: маленькие сильные кислоты должны улететь с зоны пайки (поэтому например Ersa и Flux Plus кипят), а большие и жирные можно оставить в остатке, но несколькими способами их "деактивировать" чтобы они не вызвали проблем. Также нужно обеспечить норм активность в каждом температурном диапазоне и доставить эти кислоты к окислам. Так флюс будет нормально работать на разных температурах - схема применена в NC-560
ЧЕМ ОПАСНЫ ИОНЫ ГАЛОГЕНОВ?
В отличие от карбоновых кислот, активаторы на основе ионных галогенов (хлоридные или бромидные соли) работают по другому механизму. Они не просто поставляют ионы водорода, а вступают в прямую реакцию с оксидами металлов:
CuO + 2Cl⁻ + 2H⁺ → CuCl₂ + H₂O
В результате образуются легкорастворимые галогениды металлов, которые эффективно удаляются с поверхности.
Ионы галогенов дают гораздо более высокую скорость травления, чем даже самые сильные органические кислоты. Именно поэтому галогенид-содержащие флюсы считаются максимально активными.
НО: ЭФФЕКТИВНОСТЬ ≠ БЕЗОПАСНОСТЬ
Хотя галогениды работают эффективно, у них есть серьёзные минусы:
• Остатки флюса значительно гигроскопичны и коррозионно-активны
• Как правило требуется обязательная отмывка водой
• Не соответствуют требованиям no-clean стандартов
• Не проходят SIR-тесты на большинстве плат
🛑 Поэтому в современной требовательной электронике флюсы с ионами галогенов не применяются
К тому же такие флюсы выделяют при пайке пары соляной кислоты (HCI) что очень вредно для здоровья.
Но активаторы с галогенидами стоят в 5-10 раз дешевле органических кислот, поэтому их могут добавлять в недорогие флюсы чтобы снизить их цену. Да честно говоря их пихают в каждый второй китайский флюс за 3-5 долларов. Также всякие ЛТИ, ТАГС, ТТ тоже как правило содержат хлориды. А иногда и опаснейший ГИДРОЗИН, но это отдельная история
Добиться хорошего лужения и при этом сопротивления на карбоновых кислотах очень сложно и дорого. Поэтому флюксплюс стоит 3тр а механик 300р.
Поэтому если флюс прям очень хорошо лудит все поверхности то это повод проверить его сопротивление, особенно в условиях влажности. Я это делаю с помощью таких пластин:
Расстояние между выводами 0.25мм
О простых методах проверить флюс на галогены и сопротивление могу рассказать в следующих статьях, если попросите.
