Искусство пайки радиокомпонентов
Содержание
- Введение
- 1. Виды паяльного инструмента
- 2. Способы борьбы с окислами
- 3. Приемы мелкосерийного и серийного производства
- Заключение
- Список источников
- Дополнительные материалы
Введение
Наверное, каждому хотелось быть создателем. Не быть лучшим во всём, но и не быть со всеми вровень. Творить что-то одно, но так, чтобы дух захватывало каждому, кто взор свой на творение его опустит. Так же и я. У каждого из нас есть какие-то увлечения и интересы. Каждый о чем-то мечтает и каждый пытается воплотить свою мечту в реальность. И ради этого приходится учиться, развиваться, самосовершенствоваться и стараться изо всех сил не упустить свой, иногда единственный, шанс на успех. Но не любая мечта так мимолётна, и не любые интересы полезны мечтателю. Я не буду вдаваться в подробности этой философии, а расскажу про неотъемлемую часть моих увлечений, которая так же тесно связана и с моим будущим трудоустройством.
Купили игрушку ребенку, а он за отвертку. Разобрал, изучил и в конец поломал, так и не поиграв. Но на самом деле, думаю, мне так было интересней. Да, не каждую игрушку можно было разобрать, но что мог — я разбирал. А как повзрослел, то и собирать научился. Можно сказать, что желание к рукоделию появилось раньше, чем я это событие помню, ведь мне про эти жизненные моменты рассказывали родители уже подростку. И, если честно, я не помню, как и кто меня научил паять. Помню, что еще в детсадовском возрасте постоянно чинил провода на моей 8-bit игровой приставке. Видимо так плохо паял в те времена. Но повзрослев я решил связать свою жизнь с разработкой и конструированием. Ведь мне и вправду нравится творить что-то электронное, что, в трех словах, светиться, мигает и крутиться. Но для этого мне пришлось еще лучше освоить навык пайки, уже не проводов, а радиокомпонентов.
1. Виды паяльного инструмента
Перво-наперво стоит рассказать про рабочий инструмент, который весьма разнообразен.
Паяльник с нихромовым нагревателем. Слово "паяльник" ассоциируется чаще всего с электрическим паяльником со спиральным нагревателем (нихромовым). Ассоциации на пустом месте не рождаются. К самым известным и наиболее широко используемым устройствам для пайки действительно относятся электрические паяльники, в качестве греющих элементов которых используется нихромовая проволока. Чаще всего комплектуются медным жалом, которое требует постоянного хозяйственного ухода. Самые дешевые и доступные на рынке.
Паяльник с керамическим нагревателем. В таких паяльниках используются керамические стержни, которые считаются наиболее совершенными и обладают определенными преимуществами: более быстрым нагревом, большим сроком эксплуатации (при условии бережного использования), широким диапазоном регулировки температуры и мощности. Более дорогие, но ими уже не постукать по подставке стряхивая олово, ведь керамика может и лопнуть. Чаще всего комплектуются необгораемым (вечным) жалом, при правильном обращении с которым оно действительно будет служить вечно (долгие годы) не обгорая и не меняя форму, в отличии от медного.
Индукционный паяльник. нагрев осуществляется с помощью катушки индуктора. Наконечник имеет ферромагнитное покрытие, в котором катушкой создается магнитное поле с наведенными токами, от которых и происходит разогрев сердечника. Я, лично, такой паяльник даже не видел, не то что бы пробовал им работать.
Импульсный паяльник (паяльный пистолет). Включение в работу осуществляется нажатием и удержанием в нажатом положении кнопки пуска. При этом происходит быстрый (в течение нескольких секунд) разогрев наконечника до рабочих температур. После окончания пайки кнопка отпускается и паяльник охлаждается.
Газовый паяльник. Относится к автономным устройствам, которое можно использовать в любом месте, в чем и состоит его главное и единственное достоинство. Источником тепла для нагрева жала является пламя от сгорания газа, который заправляется в паяльник от обычного газового баллончика. Без насадки, такой паяльник превращается в газовую горелку.
Аккумуляторные паяльники. Имеют небольшую мощность (обычно 15 Вт) и предназначены для пайки мелких электронных компонентов. Очень редко используются, т. к. не способны плавить большое количество олова.
Термовоздушные паяльные станции. При использовании нагрев зоны пайки осуществляется струей горячего воздуха, выходящего из сопла паяльника. По своей сути — это фены, в которых выходящий горячий воздух (с температурой 100–500 °C) сфокусирован с помощью сопла.
Инфракрасные паяльные станции. Осуществляют нагрев инфракрасным излучением с длиной волны 2–10 мкм. Зона нагрева может колебаться от 10-ти до 60-ти мм. Ее прямоугольные размеры задаются системой регулировки окна ИК-излучателя. Произвольную форму можно получить, используя отражающую ленту из фольги, которая закрывает те области электронной платы, которые не подлежат нагреву.
Паяльники, нагреваемые на открытом огне. Они служили человеку тысячи лет и с появлением электрических собратьев были забыты. Однако в ситуации пайки массивных деталей, такой паяльник, сделанный из имеющихся железяк, может заменить недешевые электрические паяльники большой мощности.
Подытожив скажу, что наиболее популярные у радиолюбителей первые два вида паяльников (паяльники с нихромовым и керамическим нагревателями), т.к. являются самыми универсальными и их вполне достаточно для любительских задач.
2. Способы борьбы с окислами
Говоря о паяльном инструменте и о процессе пайки нужно понимать, что итоговый результат должен оправдать все ожидания. Ничего не должно самопроизвольно отпаяться или отвалиться. Но на самом деле эта задача весьма непростая, ведь любой метал, особенно под высокими температурами, входит в реакцию с кислородом и образует на своей поверхности прозрачную оксидную пленку. Она источник всех проблем и бед. Из-за неё олово не имеет возможность смачивать поверхность метала (не липнет). Научиться решать такую проблему задача каждого инженера, связанного с электротехникой. А решается она путем использования флюса или же обычной канифоли.
Флюсы — вещества, обеспечивающие удаление окисей спаиваемых металлов, образуемых при нагреве, а также защиту очищенных перед пайкой металлов от окисления. Флюсы способствуют также лучшему растеканию припоя при пайке. Флюсы выбирают в зависимости от соединяемых пайкой металлов или сплавов и применяемого припоя, а также от вида монтажно-сборочных работ. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя.
По действию, оказываемому на металл, флюсы разделяют на активные (кислотные), бескислотные, активированные, антикоррозийные и защитные.
Активные флюсы содержат в своем составе соляную кислоту, хлористые и фтористые металлы и так далее. Эти флюсы интенсивно растворяют оксидные пленки на поверхности металла, благодаря чему обеспечивается высокая механическая прочность соединения. Однако остаток флюса после пайки вызывает интенсивную коррозию соединения и основного металла. При монтаже электроаппаратуры применение активных флюсов не допускается, так как с течением времени их остатки разъедают место пайки.
К бескислотным флюсам относят канифоль и флюсы, приготовляемые на ее основе с добавлением спирта, скипидара, глицерина. Канифоль при пайке играет двойную роль: очищает поверхность от окислов и защищает ее от окисления. При температуре 150 °С канифоль растворяет окислы свинца, олова и меди, очищая их поверхности при пайке. Очень ценным свойством канифоли является то, что применение ее в процессе пайки не вызывает разъедания поверхности. Канифоль применяют при пайке меди, латуни и бронзы.
Активированные флюсы готовят на основе канифоли с добавлением небольших количеств солянокислого или фосфорнокислого анилина, салициловой кислоты или солянокислого диэтиламина. Эти флюсы применяют при пайке большинства металлов и сплавов (железо, сталь, нержавеющая сталь, медь, бронза, цинк, нихром, никель, серебро), в том числе и оксидированных деталей из медных сплавов без предварительной зачистки.
Антикоррозийный флюс ВТС состоит из 63 % технического вазелина, 6,3 % триэтаноламина, 6,3 % салициловой кислоты и этилового спирта. Остатки этих флюсов не вызывают коррозии.
Защитные флюсы предохраняют ранее очищенную поверхность металла от окисления и не оказывают химического воздействия на металл. К этой группе относятся неактивные материалы: воск, вазелин, оливковое масло, сахарная пудра и другие.
Какой из них выбрать дело каждого. Все по-своему хороши и плохи, но лично я предпочитаю разбавленную спиртом канифоль. Самый главный её плюс в том, что она не проводит электричество, в отличии от многих других флюсов, особенно активных. Этот плюс, для меня, затмевает все его минусы, а именно: липкость, затвердевание и длительное испарение с поверхности.
3. Приемы мелкосерийного и серийного производства
Домашнее увлечении и умение паять это хорошо, но по-настоящему красивую и долговечную пайку может сделать только высокотехнологическое оборудование крупного завода по производству электрооборудования. Ведь припаять детали размером в несколько десятков микрометров, в количестве милионов в день, не сможет ни одна человеческая рука.
Однако даже на заводах и фабриках часто не обойтись без рук мастеров. Какая бы быстрая и продвинутая не была технология, но контролировать эту работу доверяют только высококвалифицированному персоналу. Они следят за работой машин круглосуточно, проверяют каждую плату, не только визуально, но и с помощью специальных приборов. Такие приборы называются тестерами и часто их создают для узких задач (проверка только плат одной серии). То есть для повышения кажества и скорости производитель жертвует универсальностью.
Что касается самого процесса заводской пайки, то проще взглянуть своими глазами.
Заключение
В заключение можно сказать, что раскрыть такую большую тему одной статьей невозможно. Тема интересная и очень полезная для любого, кто хочет связать свою жизнь с разработкой оборудования. Даже занимаясь написанием кода для микроконтроллеров необходимо уметь паять. Любая отладка сначала делается на коленке
, а уже потом запускается в серию. Ах да, а вот и мой рабочий инструмент.
Список источников
Дополнительные материалы
- Пайка для начинающих. Небольшая статься для тех, кто еще не умеет, но хочет научиться паять.
- Трактат о паяльниках. Помощь в выборе паяльника начинающему радиолюбителю.
- Ликбез по пайке. Статья о тонкостях технологии пайки от опытного радиолюбителя.