kategória: Praktická elektronika, Ako to funguje
Počet zobrazení: 21071
Komentáre k článku: 1
Spájkovačky a spájkovacie stanice
Spájkovanie je proces spájania častí zavedením roztaveného materiálu medzi nimi - spájky, ktorej teplota je spravidla nižšia ako teplota topenia spájaných častí. Účelom spájkovania je získať mechanické spojenie alebo elektrický kontakt. Ďalej sa budeme zaoberať hlavne spájkovaním elektronických komponentov.
Trocha histórie
Spájkovanie kovov sa používalo v staroveku. Predpokladá sa, že táto technologická operácia existuje najmenej 5 000 rokov. Aj keď ľudstvo nevedelo železo a oceľ, meď, zlato a ich zliatiny sa rozšírili. Dokonca aj potom majstri prenasledovatelia používali spájanie častí výrobkov pomocou spájkovania.
Archeológovia našli zlaté nádoby, ktorých kľučky boli spájkované so zlatom, ako aj zliatiny zlata a striebra. Zlaté predmety so stopami spájkovania boli nájdené pri vykopávkach hrobiek starovekého štátu Babylon. Vedci datujú nálezy 3200 pred nl
Spájané šperky sa našli aj v egyptských pyramídach. Táto skutočnosť dokazuje, že umenie spájkovania bolo známe v starovekom Egypte v druhom tisícročí pred naším letopočtom. Najzaujímavejšie je, že Egypťania nespájali čisté zlato, ale vymysleli spôsob, ako znížiť teplotu topenia zlata.
Za týmto účelom bol zlatý prášok žíhaný v drevenom uhlí. Výsledkom bolo, že povrchová vrstva zlata bola nasýtená uhlíkom (v technológii kovov sa tento proces nazýva cementácia) a získala sa zliatina zlata a uhlíka. Teplota topenia tejto zliatiny bola o niečo nižšia ako teplota topenia čistého zlata. Takéto spájky sa nazývajú pevné.
Mäkké spájky na báze cínu a olova sú uvedené v spisoch rímskeho spisovateľa a vedca Plinyho, najstaršieho, ktorý žil v 1. storočí nášho letopočtu. V eseji „History of Nature“ sa teda uvádza použitie dvoch cín-olovených spájok - tetrárium (2/3 olovo, 1/3 cínu) a argentárium (50% olova a 50% cínu). Najzaujímavejšie je, že takéto zliatiny sa stále používajú. Prvá z nich sa často nazýva terciárna a druhá polovica.
Počas vykopávok Pompejí, ktoré zahynuli pri erupcii sopky Vezuv, archeológovia objavili olovené vodovodné rúrky, ktorých spojenie sa dosiahlo spájkovaním cín-olovo. Rovnaké rúry sa našli pri vykopávkach v Líbyi a Núbii.
Pri vykopávkach osád 4. až 5. storočia nášho letopočtu na území horného Volhy sa objavili predmety, najmä nože spájkované s meďou. V Kyjevskej Rusi páni spájkovali zámky, kľúče, nože s meďou spájkovaním, čo svedčí o vysokej technickej znalosti majstrov týchto antických rokov.
Ručné spájkovanie spájkovačky
Možno teda usudzovať, že spájkovanie železa, medi a jej zliatin, ako aj hliníka, nastalo až po spájkovaní drahých kovov. Neskôr sa objavili nástroje na ručné spájkovanie. Takéto spájkovačky boli nazývané ohrievače a ohrievané v peci.
Neskôr sa na tieto účely začali používať benzínové horáky. Tepelné spájkovačky sú doposiaľ používané a takú spájkovačku si môžete kúpiť dokonca aj v internetových obchodoch. Vzhľad tepelnej spájky je znázornený na obrázku 1.
Obrázok 1. Tepelná spájka
Elektrické spájkovačky
A až v roku 1921 bola vytvorená elektrická spájkovačka. Patent Ernst Sachs, neskôr zakladateľ ERSA, dostal patent na tento vynález. Vďaka vynaliezavosti vynálezcu si elektrická spájkovačka rýchlo získala celosvetové sympatie, ktorá bola prototypom pre vytváranie rôznych návrhov spájkovacích nástrojov. Ukazuje sa, že v súčasnej dobe má elektrická spájkovačka veľmi slušný vek 93 rokov. Prvá elektrická spájkovačka je znázornená na obrázku 2.
Obrázok 2. Prvá elektrická spájkovačka
Spájkovačka mala tvar sekerky, bola podobná ako tepelná spájka a bola určená hlavne na konzervárske práce. Podobné spájkovačky existujú dodnes. Sila takýchto spájkovacích žehličiek je v rozsahu 500 ... 800 wattov. Používajú sa hlavne na spájkovanie veľkých častí, ako sú automobilové radiátory, záhradné kanvy, vedrá atď.
Aká je elektrická spájkovačka
Princíp činnosti elektrickej spájkovačky je pomerne jednoduchý. Okolo spájkovacej tyče, ktorá sa často nazýva bodnutím, je špirála z drôtu s vysokým odporom. Pri prechode prúdovou špirálou sa zahrieva a prijaté teplo sa odovzdáva spájkovacej tyči. Špirála je prirodzene izolovaná od špičky a od tela pomocou tepelne odolného izolátora. Ako izolátor sa najčastejšie používa sľuda. Toto je klasická schéma spájkovačky, ktorá prežila dodnes.
Spájkovačky železa v sovietskej ére
V sovietskych časoch priemysel vyrábal mnoho rôznych spájkovacích žehličiek. V amatérskej rozhlasovej praxi sa najčastejšie používali spájkovacie žehličky série EPSN s výkonom 25 ... 100 W a stále sa používajú. V pase pripojenom na spájkovačky bolo napísané: „Konštrukcia spájkovačky je neoddeliteľná.“ Je pravda, že na úkor výrobcov treba povedať, že tieto spájkovačky slúžili dlhú dobu. Vzhľad týchto spájkovacích žehličiek je znázornený na obrázku 3.
Obrázok 3. Spájkovačky zo série EPSN
Ale nie všetko je také zlé a tvrdé. V niektorých spájkovačkách je špirála umiestnená v keramickom jadre s drážkou, jadro je zasunuté do keramického pohára. Do centrálneho otvoru jadra sa vkladá spájkovacia tyčinka - žihadlo a žiadna sľuda. Zmontovaný ohrievač sa vloží do kovovej skrinky s drevenou rukoväťou. Výhodou tohto dizajnu je, že je skladací, takže v súprave sa predávala náhradná špirála.
O niečo neskôr sa objavili miniatúrne spájkovačky zo série ERA s výkonom 18 a 25 W, ktoré si rýchlo získali popularitu medzi amatérskymi a telemastrami. Vzhľad spájkovačky je znázornený na obrázku 4.
Obrázok 4. Spájkovačka série ERA
S pomocou takýchto spájkovacích žehličiek bolo celkom pohodlné spájkovať tranzistory, ako aj mikroobvody v prípadoch ako DIP a podobne s rozstupom 2,54 mm. Na zaistenie požadovanej teploty spájkovania sa odporúča zapájať tieto spájkovačky pomocou regulátora tyristorového výkonu. S týmto zahrnutím závisí kvalita spájkovaných spojov hlavne od kvalifikácie, nie od umenia, od inštalatéra.
Čipy v balíkoch DIP sú už minulosťou. Teraz sa takmer všetky elektronické zariadenia vyrábajú pomocou komponentov SMD, ktorých rozmery sú veľmi malé. Preto je ťažké zabezpečiť kvalitné spájkovanie pomocou vyššie opísaných spájkovačiek. Moderné spájkovačky sa používajú spravidla ako súčasť spájkovacích staníc.
Viac informácií o spájkovacích staniciach nájdete tu:Ako si zvoliť spájkovaciu stanicu
Vykurovacie telesá sú vyrobené z keramiky a majú integrovaný termočlánok, čo v kombinácii s digitálnym displejom umožňuje udržiavať danú teplotu v širokom rozsahu, navyše veľmi presne. Niektoré spájkovačky majú termostaty zabudované priamo do rukoväte. Príkladom takejto spájkovačky je spájkovačka železa CT-96 vyrábaná spoločnosťou CT-Tools. Vzhľad spájkovačky je znázornený na obrázku 5.
Obrázok 5. Spájkovačka železa CT-96
Obr. 6. Spájkovacia stanica
Teplota spájkovania závisí predovšetkým od teploty topenia spájok. Počas inštalácie a opravy elektronických zariadení sa spravidla používajú mäkké spájky.
Druhy spájok
Všetky spájky možno rozdeliť na dva typy: tvrdé a mäkké. Spájkovacie zliatiny majú vysoký bod topenia - viac ako 300 ° C a poskytujú vysokú mechanickú pevnosť spojenia. Najpoužívanejšie sú pevné PMC zliatiny medi a zinku a zliatiny na báze PSR striebra, ktoré sú zliatinami s rôznymi prísadami.
Teplota topenia spájkovanej ocele je -70 780 ° C, teplota -10 830 ° C, teplota-36 825 ° C, teplota-51 870 ° C.Je zrejmé, že takéto spájky sú úplne nevhodné na spájkovanie elektronických dosiek.
Preto sa mäkké spájky používajú na inštaláciu elektronických obvodov, ktorých teplota topenia nepresahuje 300 ° C. Používajú sa hlavne cín-olovnaté spájky značky POS-61. POS-63, ktorého teplota topenia je 190 ° C. Tieto spájky sú eutektické, to znamená, že majú rovnaké teploty topenia a kryštalizácie.
Samotný názov hovorí o chemickom zložení týchto spájok: POS-61 obsahuje 61% cínu, zvyšok je olovo, POS-63, respektíve 63% cínu, zvyšok je olovo. Tieto spájky sa používajú iba na ručné spájkovanie a poskytujú spájkovacie spoje dobrej kvality. V pasoch spájkovačiek bolo napísané: „Spájkovanie by malo byť brilantné, obrysové“.
Spájky POS majú vysokú elektrickú vodivosť, vysokú tekutosť v roztavenom stave a dostatočnú mechanickú pevnosť. Kombinácia týchto vlastností umožňuje vysoko kvalitné spájkovanie dosiek s plošnými spojmi, pružinové odpruženie meracích prístrojov, viacvláknové tenké vysokofrekvenčné drôty typu Litzendrat, ako aj kritických častí z medi, bronzu, mosadze, ocele. Pri použití tavidiel na spájkovanie hliníka sú hliníkové časti veľmi dobre spájkované, napríklad vinutie transformátorov a tlmiviek v domácich spotrebičoch.
V prípadoch, keď je prehriatie spájkovaných častí mimoriadne nežiaduce, používajú sa spájky s nízkou teplotou. Jedným z nich je zliatina dreva: cín - 12,5%, olovo - 25%, bizmut - 50% a kadmium - 12,5%. Teplota topenia tejto spájky je iba 70 ° C. Táto teplota sa nazýva obzvlášť nízka. Zliatina dreva sa tiež používa ako prísada na zníženie teploty topenia bezolovnatých spájok pri spájkovaní súčiastok z dosiek s plošnými spojmi. Takáto prísada vám umožňuje spájkovať prvky bez poškodenia dosky s plošnými spojmi a samotnej súčasti.
Ako viete, olovo sa považuje za kovové jedovaté, jeho výpary sú veľmi škodlivé pre ľudské telo. Preto sa v súčasnosti na spájkovanie elektronických zariadení, najmä domácich spotrebičov, stále viac používajú bezolovnaté spájky. Bezolovnaté spájky sú poctou požiadavkám ekológie a ochrany práce.
Spájky bez olova
Najčistejšia spájka by sa mala považovať za čistú cínu. Je to cín, ktorý sa používa v potravinárskom priemysle na konzervovanie plechoviek - cín. Bohužiaľ, také nepríjemné vady sú súčasťou takéhoto spájky. Po prvé, je to „mor cínu“.
Pri teplotách pod 13,2 ° C sa špecifický objem čistého cínu zvyšuje o viac ako 25%, čo vedie k tvorbe ďalšej fázy látky, tzv. Sivého cínu. Navyše, čím nižšia je teplota, tým intenzívnejší je proces premeny. Pri teplote -33 ° C sa cín mení na sivý prášok, dávky sa jednoducho rozpadnú. Je zrejmé, že taká spájka nie je dobrá.
Rozdeľujú sa však nielen dávky. Takže v roku 1912 smrť expedície Roberta Falcona Scott na južný pól spôsobila cínový mor. Expedícia zostala bez paliva, ktoré uniklo cez spájkované švy v palivových nádržiach.
Kvôli moru cínu zomrelo mnoho kultúrnych hodnôt, najmä zbierky cínových vojakov. Napríklad v skladoch múzea Alexandra Suvorova v Petrohrade sa niekoľko desiatok cínových vojakov jednoducho rozpadlo na prach v dôsledku prielomu vo vyhrievaní. Stalo sa tak v iných múzeách po celom svete.
Na výrobu bezolovnatých spájok na báze cínu sa k nemu pridávajú rôzne zložky: meď, zinok, striebro, zlato, indium. Tieto prísady vám umožňujú vyhnúť sa tvorbe sivého cínu, chrániť sa pred morom cínu.
Na spájkovanie elektronických súčiastok sa najčastejšie používajú spájky s nasledujúcim zložením: cín - 52%, indium - 48%; cín - 91%, zinok - 9%; cín - 97%, striebro - 2,3%, meď - 0,7%. Neboli pozorované žiadne škodlivé kovy. Teplota topenia týchto spájok je v oblasti 300 ° C, čo je výrazne vyššia teplota topenia spájok na báze cínu.Každý, kto niekedy opravil modernú elektroniku, to vie veľmi dobre.
Cena za neškodnosť je taká, že všetky bezolovnaté spájky majú menšiu tekutosť v roztavenom stave a nižšiu zmáčavosť spájkovaných povrchov. Špeciálne tavidlá používané na spájkovanie s bezolovnatými spájkami pomáhajú chrániť pred týmto nedostatkom. Kvalita spoja vyrobeného z bezolovnatých spájok je napriek tomu horšia ako pri použití cínových olovených spájok. Ale veda nestojí na pokoji, neustále sa uskutočňuje výskum s cieľom zlepšiť kvalitu bezolovnatých spájok tak, aby ich náhrada bola rovnocenná.
Veľa moderných mikroobvodov je k dispozícii v prípadoch BGA (anglické Ball grid grid array - array of balls). Obvyklé závery - nohy týchto mikroobvodov nie. Ich úlohu zohrávajú gule z spájky uložené na kontaktných doštičkách v dolnej časti tela. Pri spájkovaní takýchto mikroobvodov sa objavili nové typy spájky - spájkovacie pasty aplikované metódou sita.
Spájkovacie pasty sa skladajú z niekoľkých zložiek: samotná spájka vo forme jemného prášku, tuhé častice z tavidla rovnakej veľkosti. Tieto zložky sa stávajú pastou v dôsledku prítomnosti spojív, predovšetkým zložiek tekutého toku a prchavých rozpúšťadiel.
Je zrejmé, že také mikroobvody sa nemôžu spájkovať s obyčajnou spájkou. Vyžaduje si to použitie špeciálnych metód spájkovania, pri ktorých sa zahrievanie vykonáva horúcim vzduchom alebo infračerveným žiarením. Na tieto účely sa používajú horúce vzduchové alebo infračervené spájkovacie stanice.
Pokračovanie článku: Elektrické spájkovačky. Druhy a vzory
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: