Τι είναι FLUX;. Γιατί χρησιμοποιείται στην ηλεκτρονική πλακέτα;
22
Προτού καταλάβουμε τι είναι το flux και τι κάνει, θα πρέπει να καταλάβουμε πρώτα τον μηχανισμό μιας σωστής κόλλησης.
Μια σωστή κόλληση για να είναι σωστή θα πρέπει να συμβεί ο παρακάτω μηχανισμός
Κατά το λιώσιμο του καλάι στην επιφάνεια προς κόλληση (pad και ακροδέκτες), το καλάι διαβρώνει μέρος της επιφάνεια κόλλησης δημιουργώντας ένα καινούργιο μείγμα μεταξύ λιωμένου καλάι από το σύρμα και του χαλκού από την επιφάνεια προς κόλληση.
Αυτό το νέο μείγμα (που δημιουργείτε στην επιφάνεια προς κόλληση και καλύπτει μόνο την επιφάνειά αυτή) είναι ο συνδετικός δεσμός μεταξύ του καλάι που θα λιώσει μετέπειτα (από το σύρμα και θα γεμίσει την κόλληση) και της επιφάνεια προς κόλληση (pad και ακροδέκτες).
Είναι αυτό που μας εγγυάται ότι οι κολλήσεις μας είναι γερές και σταθερές.
Τώρα, ο παραπάνω μηχανισμός πραγματοποιείτε λόγο του φαινομένου της Διαβροχής (Wetting action).
Καλή διαβροχή (Wetting action) υπάρχει στις κολλήσεις μόνο όταν τηρούνται οι παρακάτω προϋποθέσεις.
- Η επιφάνια προς κόλληση να έχει θερμανθεί επαρκώς.
- Η επιφάνεια προς κόλληση (χαλκός ή επινικελωμένος χαλκός) να είναι απαλλαγμένη από τα οξείδια που δημιουργούνται από την επαφή τους με τον αέρα.
- Η επιφάνεια της μύτης του κολλητηριού να είναι απαλλαγμένη από τα οξείδια που δημιουργούνται κατά την θέρμανση του.
Αφού έχουν τηρηθεί τα παραπάνω τρία, τότε θα υπάρξει διαβροχή (wetting action) στην κόλληση μας και το λιωμένο καλάι θα ρέει με ευκολία (θα απλώνετε από μόνο του χωρίς ιδιαίτερη δυσκολία) στην επιφάνεια προς κόλληση.
Αν δεν υπάρχει διαβροχή (wetting action) στην κόλληση μας τότε το λιωμένο καλάι θα σχηματίζει σφαιρικές σταγόνες βροχής στην επιφάνεια προς κόλληση και θα αρνείται πεισματικά να απλωθεί στην υπόλοιπη επιφάνεια ανεξάρτητος από το πόσο προσπαθούμε να το ισοκατανεμουμε σε αυτήν.
Άρα, η επόμενο σκέψη είναι με ποιους τρόπους εκπληρώνω τις παραπάνω τρεις προϋποθέσεις για να έχω σωστή διαβροχή (wetting action) στις κόλλησής μου.
Η πρώτη προϋπόθεση πραγματοποιείτε θερμαίνοντας την επιφάνεια προς κόλληση (pad και ακροδέκτες) με την μύτη του κολλητηριού για 1 sec περίπου πριν ξεκινήσουμε την κόλληση.
Η δεύτερη προϋπόθεση πραγματοποιείτε με την βοήθεια του flux.
Σε αυτό το σημείο είμαστε έτοιμοι πλέων να αναλύσουμε την λειτουργεία του flux.
Όπως αναφέραμε προηγούμενος, η επιφάνεια προς κόλληση (pad και ακροδέκτες) είναι σε συνεχή επαφή με το οξυγόνο του αέρα. Αυτό προκαλεί μέσο χημικής αντίδρασης την δημιουργία ενός film οξειδίων στην επιφάνεια προς κόλληση.
Αυτό το φιλμ οξειδίων είναι μια από τις αιτίες που αποτρέπει να έχουμε καλή διαβροχή (wetting action) στις κολλήσεις μας.
Πως το αφαιρούμε;. Με την βοήθεια του Flux.
Απλώνουμε στην επιφάνεια προς κόλληση (pad, γυμνά καλώδια, ακροδέκτες) μια επαρκή ποσότητα flux και ξεκινάμε να θερμαίνουμε αυτήν την περιοχή με την μύτη του κολλητηριού.
Καθώς το flux θερμαίνετε, μεταβαίνει από την στερεά κατάσταση του σε ρευστή με την βοήθεια της θερμότητας της μύτης και πιάνει την λεγόμενη ‘θερμοκρασία ενεργοποίησης του flux’ (Flux activation temperature).
Σε αυτήν την θερμοκρασία το flux αποκολλά το φιλμ οξειδίων που βρίσκετε στην επιφάνεια προς κόλληση και ταυτόχρονα μέρος του flux εξατμίζετε στον αέρα (η παρατηρήσημη κάπνα).
Για να είμαστε πιο συγκεκριμένη, την παραπάνω αποκόλληση του φιλμ την κάνει ο Activator όπου εμπεριέχετε στο flux. Αντιδρά με τα ανεπιθύμητα οξείδια στην επιφάνεια προς κόλληση και παράγει αλάτι και νερό (τα λεγόμενα υπολείμματα).
Όξειδιο Μετάλλου + Οξύ(Activator) -> Αλάτι + Νερό
Στην συνέχεια, όταν ξεκινήσουμε την κόλληση μας, το λιωμένο καλάι που τοποθετούμε στην επιφάνεια προς κόλληση, μεταφέρει τα παραγόμενα υπολείμματα του flux (εκτός αυτόν που εξατμίστηκαν) από την επιφάνεια προς κόλληση (pad,γυμνά καλώδια και ακροδέκτες), στην επιφάνεια της κόλλησης (στην επιφάνεια του λιωμένου καλάι).
Αυτή η διαδικασία πραγματοποιείτε με την βοήθεια ενός συστατικού που εμπεριέχετε στο flux και ονομάζετε binder. Δουλειά του μεταξύ των άλλων, είναι να δεσμεύει και να απομακρύνει τα παραγόμενα υπολείμματα του flux και το μη καταναλισκόμενο Activator από την επιφάνεια προς κόλληση, κατά την διάρκεια που κάνουμε την κόλληση. Το πιο γνωστό binder για τις ηλεκτρονικές κολλήσεις είναι το Rosin που είναι η ρετσίνα του πεύκου.
Λέγοντας μη καταναλισκόμενο Activator, εννοώ την ποσότητα του Activator που δεν λαμβάνει μέρος στην παραπάνω χημική αντίδραση γιατί τα οξείδια στην επιφάνεια προς κόλληση καταναλώθηκαν (εξαντλήθηκαν). Κοινός, είναι η ποσότητα του Activator που περίσσεψε απο την χημική αντίδραση.
Εδώ θα πρέπει να αναφερθεί πως ο binder μεταφέρει το μη καταναλισκόμενο Activator σε συγκεντρωμένες ομάδες (bulk) στην επιφάνεια της κόλλησης οι οποίες είναι όξινες και συνήθως ορατές υπό την μορφή μικρών άσπρων οπών.
Γι΄αυτό καλό είναι να χρησιμοποιούμε μόνο την άπαραίτητη ποσότητα flux που χρειαζόμαστε σε κάθε κόλληση.
Αυτός είναι ο μηχανισμός με τον οποίο λειτουργεί το flux.
Τα υπολείμματα του flux που παραμένουν στην επιφάνεια της κόλλησης είναι συνήθως διαβρωτικά για την ίδια την κόλληση και θα πρέπει να καθαρίζονται με την βοήθεια κατάλληλου διαλυτικού και πανιού μετά το πέρας της κόλλησης.
Υπάρχουν βέβαια flux που ισχυρίζονται ότι τα υπολείμματα τους δεν προκαλούν διάβρωση στην επιφάνεια της κόλλησης και επομένως δεν χεριάζετε να κάνουμε καθάρισμα. Αυτά κυκλοφορούν στο εμπόριο με την ονομασία No-clean.
Η γνώμη μου είναι ότι πάντα θα πρέπει να καθαρίζουμε τις ολοκληρωμένες κολλήσεις μας ανεξαρτήτως αν το flux που χρησιμοποιήσαμε είναι No-clean ή όχι γιατί τα υπολείμματα του flux που υπάρχουν στις επιφάνειες των κολλήσεων είναι συνήθως σε κολλώδες μορφή και συσσωρεύουν σκόνη και υγρασία μακροπρόθεσμα. Επειδή κάποια υπολείμματα του flux είναι διαλυτά μόνο σε διαλυτικό ενώ κάποια άλλα μόνο στο νερό, προτείνω την κόλληση να την καθαρίσετε πρώτα με αιθανόλη ή ισοπροπολικη αλκοόλη και στην συνέχεια με απιονισμένο νερό.
Κλείνοντας για το flux, θα πω το ίδιο το καλάι περιέχει σχεδόν πάντα στον πυρήνα του flux.
Επομένως για επιφάνειες προς κόλληση που δεν οξειδώνονται ευκολά από το οξυγόνο του αέρα και σχηματίζουν μικρό πάχος φιλμ οξειδίων στην επιφάνειά τους (όπως επικασητερομένα pad και ακροδέκτες), η ποσότητα του flux που περιέχει το καλάι επαρκεί.
Για επιφάνειες προς κόλληση που οξειδώνονται περισσότερο από το οξυγόνο του αέρα (όπως χάλκινα καλώδια), η ποσότητα του flux που περιέχει το καλάι δεν επαρκεί και θα πρέπει να συμπληρώσουμε αλείφοντας την επιφάνια προς κόλληση με flux.
Εξαίρεση στον παραπάνω κανόνα αποτελούν τα ολοκληρωμένα και τα SMD σε ηλεκτρονικές πλακέτες όπου το flux χρησιμοποιείτε όχι τόσο για την για την απομάκρυνση των οξειδίων, αλλά για την ισχυρή διαβροχή (Wetting action) που προσφέρουν κατά την διάρκεια της κόλλησης.
Έτσι, λόγο της ισχυρής Διαβροχής το λιωμένο καλάι έλκετε προς τις επιφάνειες προς κόλληση (pads και ακροδέκτες) και συσσωρεύετε σε αυτές από μόνο του κατά έναν τρόπο θα λέγαμε μαγικό. Από την πλευρά μας, το μόνο που κάνουμε είναι να λιώνουμε το καλάι. Σε πια σημεία θα πάει το λιωμένο καλάι και θα κολλήσει, αυτό το αναλαμβάνει η διαβροχή.
Δείτε το παρακάτω video του SDG Electronics στο YouTube.
Το Flux για τα ολοκληρωμένα και τα SMD θα πρέπει να είναι ήπιας δράσης ως προς την απομάκρυνση των οξειδίων και συσκευάζονται συνήθως σε ενέσιμα σωληνάρια.
Επώνυμες μάρκες για χρήση σε ολοκληρωμένα και SMD είναι ersa, warton, Kester (6502 βάση Rosin), η κινέζικη amtech (4300 βάση νερού β 559 βάση Rosin), η ελληνική computer systems (CS Flux) και άλλες.
Η τρίτη προϋπόθεση πραγματοποιείτε με το περιοδικό καθάρισμα της μύτης του κολλητηριού (ανά δυο με τρεις κολλήσεις).
Δύο τρόποι υπάρχουν για να καθαρίσουμε την μύτη του κολλητηριού.
Με το μπρούτζινο πλέγμα και τον βρεγμένο σπόγγο και θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν και τα δύο για να έχουμε σωστό καθάρισμα της μύτης.
Το πρώτο καθάρισμα που γίνετε με το μπρούτζινο πλέγμα (συνήθως βρίσκετε μέσα σε ένα μικρό μπολ), αφαιρεί (καθαρίζει) τα υπολείμματα του καλάι και του flux που υπάρχουν στην μύτη του κολλητηριού από τις κολλήσεις. Αυτό που πρέπει να κάνουμε είναι να μπαίνωβγάλουμε την μύτη του κολλητηριού στο πλέγμα 3 εώς 4 φορές θεωρώντας και χειρίζοντας το σαν να ήταν ένα ξίφος.
Το δεύτερο καθάρισμα που γίνετε αμέσως μετά του πρώτου είναι με το βρεγμένο σπόγγο που απλός ακουμπάμε την πυρακτωμένη μύτη του κολλητηριού και από τις δυο πλευρές στον βρεγμένο σπόγγο. Αυτή η ενέργεια έχει σαν αποτέλεσμα το νερό του σπόγγου να εξουδετερώνει τα οξείδια που βρίσκονται στην μύτη. Κάτι που το μπρούτζινο πλέγμα δεν μπορεί να κάνει.
Έχοντας καθαρίσει την μύτη του κολλητηριού, δεν μεταφέρονται πλέων οξείδια από την μύτη του κολλητηριού προς στην κόλληση.
Οι κολλήσεις μας έχουν σωστή διαβροχή (wetting action) και είναι καθαρές και λαμπερές.
Σε αυτό το σημείο θα πρέπει να αναφέρουμε πως ο βρεγμένος σπόγγος ρίχνει την θερμοκρασία της μύτης περίπου στο μισό κατά την επαφή της με το νερό. Επομένως μετά το βρέξιμο θα πρέπει να περιμένουμε λίγο ώστε να ανεβεί η θερμοκρασία της μύτης στην προγενέστερη θερμοκρασία πριν ξεκινήσουμε την κόλληση.
Ένα μειονέκτημα που έχει ο βρεγμένος σπόγγος είναι πως μειώνει την διάρκεια ζωής της μύτης του κολλητηριού με τις απότομες αυξομειώσεις της θερμοκρασίας. Άρα, αν αποφασίσετε να χρησιμοποιήσετε τον βρεγμένο σπόγγο για τον καθαρισμό της μύτης, θα πρέπει να θεωρήσετε την μύτη του κολλητηριού σας πλέων ως αναλώσιμο όπου θα πρέπει περιοδικά να το αντικαθιστάτε.
Αυτά είχα να πω για την κόλληση με καλάι και το flux.
Επειδή όμως το θέμα της κόλλησης είναι μεγάλο από μόνο του, προτρέπω τον καθέναν να ανατρέξει στο Basic Soldering Lesson της PACE στο YouTube που εξηγεί την κόλληση ως αντικείμενο μελέτης λεπτομερώς και τις διάφορες τεχνικές που υπάρχουν.
Θα τολμήσω να πω πως αν και η παραγωγή των συγκεκριμένων βίντεο είναι του 1980-1982, αποτελούν πραγματικά διαμάντια για όσους θέλουν να ασχοληθούν σε βάθος με το αντικείμενο.
* Τυχόν παρατηρήσεις και διορθώσεις, είναι ευπρόσδεκτες.
Απάντηση με παράθεση
