В чём суть пайки
В паяльном деле используется способность одних металлов в расплавленном состоянии эффективно растекаться по поверхности других под действием гравитации и умеренного поверхностного натяжения. Соединение пайкой неразъёмное: две соединяемые детали как бы обволакиваются слоем припоя и остаются неподвижными после его застывания.
Поскольку мы будем рассматривать пайку именно в контексте пайки металлов, то наиболее важными параметрами будут прочность механического и проводимость электрического соединения. В большинстве случаев это прямо пропорциональные величины и если две детали плотно схвачены, то и проводимость между ними тоже будет высокой.
Для того чтобы пайка была возможна в принципе, существует два условия. Первое и важнейшее — чистота деталей в месте спайки. Припой присоединяется к поверхности металла на атомном уровне и наличие даже малейшей оксидной плёнки или загрязнений сделает надёжное прилипание невозможным.
Второе условие — температура плавления припоя должна быть значительно ниже температуры спаиваемых деталей. Это кажется очевидным, но существуют припои с температурой плавления выше, чем у алюминия, к примеру. Кроме того, если реальная разница в температурах плавления недостаточно высока, при застывании припоя температурная усадка деталей может помешать нормальному формированию кристаллической решётки припоя.
Способы демонтажа
В некоторых случаях для демонтажа допускается использовать паяльный фен, который, нагревая большую площадь, расплавляет припой на всех контактах.
Но пользоваться феном бывает неудобно при тесном монтаже. Существует возможность разогреть припой на ножках соседних компонентов.
Идеальным будет демонтаж, при котором контактные площадки останутся чистыми и облуженными. Иногда применяют механические и химические способы.
Для аккуратного снятия припоя с платы лучше воспользоваться паяльником. При этом возможно несколько вариантов:
- снять припой непосредственно на жало паяльника;
- воспользоваться оловоотсосом, чтобы удалить лишний припой;
- снять при помощи оплетки.
Механически удалить припой можно при помощи напильника, надфиля. Такой способ быстрый, но грубый. При использовании химического способа происходит растворение припоя агрессивными материалами, например, какими-либо растворами кислот.
Иногда для очистки платы применяют сжатый воздух, которым сдувают лишний материал. Но этот способ используется редко, так как он груб и даже довольно травматичен.
Флюсы и припои — как правильно подобрать
По описанным выше причинам правильный выбор флюса и припоя — это практически половина успеха в паяльном деле. К счастью, имеются вполне универсальные марки, подходящие для большинства задач. Отрасль применения почти всех флюсов и припоев вполне доходчиво указывается на этикетках, но некоторые аспекты их применения всё же нужно знать.
Начнём с флюсов. Их применяют для протравливания деталей, снятия и растворения оксидной плёнки с дальнейшей защитой металла от коррозии. Пока поверхность покрыта флюсом, можно быть уверенным в её чистоте, как и в том, что расплавленное олово будет хорошо её смачивать и растекаться.
Флюсы различают по типу металлов и сплавов соединяемых деталей. В основном это смеси металлических солей, кислот и щелочей, активно вступающих в реакцию при нагреве паяльником. Ну а поскольку оксидных форм и загрязнений существует достаточно много, коктейль должен специально подбираться под конкретный тип металлов и сплавов.
Активный флюс для пайки
Условно флюсы для пайки делятся на два типа. Активные флюсы создаются на основе неорганических кислот, в основном хлорной и соляной. Недостаток их в необходимости смывки сразу по завершении пайки, иначе остатки кислот вызывают довольно сильное корродирование соединения и сами по себе обладают достаточно высокой проводимостью, способной вызвать замыкание. Зато активными флюсами можно паять практически что угодно.
Второй тип флюсов создаётся, преимущественно, на основе канифоли, которая может использоваться и в чистом виде. Жидкий флюс гораздо удобнее в нанесении, в него также входят спирт и/или глицерин, полностью испаряющиеся при нагреве. Канифольные флюсы наименее эффективны при пайке стали, однако для цветных металлов и сплавов используют преимущественно их или другие соединения органической химии.
Жидкая и твёрдая канифоль
С припоями всё несколько проще. В основном для пайки используются свинцово-оловянные припои марки ПОС. Цифра после маркировки означает содержание олова в припое. Чем его больше, тем выше механическая прочность и электропроводность соединения и при этом ниже температура плавления припоя. Свинец используется для нормализации процесса застывания, без него олово может растрескаться или покрыться иглами.
Припой ПОС-61 с канифолью внутри
Существуют специальные типы припоев, прежде всего — бессвинцовые (БП) и прочие нетоксичные, в них свинец заменён индием или цинком. Температура плавления у БП выше, чем у обычных, но соединение прочнее и более устойчиво к коррозии. Есть также легкоплавкие припои, растекающиеся уже при 90–110 ºС. К таким относятся сплавы Вуда и Розе, используют их для пайки компонентов, чувствительных к перегреву. Специальные припои находят главное применение при пайке радиоаппаратуры.
Сплав Розе
Сборка оловоотсоса
Жала для паяльников различают по форме и материалу. С формой всё просто: самым примитивным и в то же время универсальным является шиловидное жало. Возможны вариации в форме лопаточки, конуса с затуплённым концом, со скосом и прочие. Главная задача при выборе формы — добиться максимальной площади соприкосновения с конкретным типом спаиваемых деталей, чтобы нагрев был мощным и при этом непродолжительным.
Медные жала для паяльника
По материалу почти все жала медные, однако бывают с покрытием и без него. Покрывают медные жала хромом и никелем для увеличения жаростойкости и устранения окисления поверхности меди. Жала с покрытием очень долговечные, но несколько хуже смачиваются припоем и требуют бережного отношения. Для их чистки используют латунную стружку и вискозные губки.
Жала с никелевым покрытием
Жала без покрытия можно по праву отнести к расходникам для пайки. Такое жало при работе периодически покрывается слоем окислов и припой перестаёт к нему прилипать. Рабочую кромку нужно заново зачистить и залудить, поэтому при интенсивном использовании жало стачивается достаточно быстро. Для замедления обгорания жала его рекомендуется предварительно отковать, а затем обточить для придания нужной формы.
Для получения эффекта вакуумного отсоса припоя при обустройстве трубки с поршнем необходимо обеспечить хорошую герметизацию канала, что достигается качественным сопряжением всех соединяемых деталей.
Перед началом сборки жало паяльника отпиливают и затачивают так, чтобы смесительный тройник располагался по возможности ближе к его нагревателю.
Дальнейшие операции осуществляются в следующем порядке:
- Медная трубка изгибается дугой (как показано на фото), после чего один из её концов обжимается в тройнике посредством накидной гайки.
- На другой конец трубки надевается винная пробка с вмонтированной с её дальнего торца резиновой грушей.
- И в завершении работ в нижнее отверстие тройника вставляется штуцер с наконечником от шланга насоса.
Всё – на этом сборка паяльного отсоса завершена!
При наличии всех исходных комплектующих специалисту на сборку такого отсоса припоя потребуется не более часа. Относительным недостатком данного варианта исполнения является громоздкость устройства, которое может быть несколько облегчено за счёт использования паяльника меньшей мощности (40 Ватт, например).
Чтобы снять припой на жало паяльника, необходимо тщательно очистить его и покрыть флюсом. Тогда, при расплавлении припоя на контактных площадках, последний налипнет на жало, и площадка очистится.
Такой способ не очень удобен тем, что за один раз позволяет собрать лишь небольшое количество материала, а потом жало снова придется чистить.
Оловоотсос – инструмент, конструктивно состоящий из трубки с подпружиненным поршнем. С одного конца трубки находится всасывающее устройство. Перед началом работы поршень вдавливается в трубку и фиксируется при помощи кнопки.
Чтобы снять припой с контактов, необходимо его разогреть паяльником и приблизив всасывающее устройство оловоотсоса, освободить поршень, нажав на кнопку.
Поршень, двигаясь под действием пружины, создаст разрежение в трубке, которое затянет внутрь ее расплавленный припой. Чтобы извлечь собранное олово, достаточно разобрать корпус оловоотсоса.
Мощность и виды паяльников
Главным отличием паяльного инструмента является тип источника его питания. Для обывателей наиболее знакомы сетевые паяльники, питающиеся от 220 В. Их используют главным образом для пайки проводов и более массивных деталей, ибо перегреть медный провод практически невозможно за исключением, разве что, оплавления изоляции.
Плюс сетевых паяльников в их высокой мощности. За счёт неё обеспечивается качественный и глубокий прогрев детали, плюс не требуется громоздкого блока питания для работы. Из недостатков можно выделить невысокое удобство работы: паяльник довольно тяжёлый, жало расположено далеко от ручки и для тонкой работы такой инструмент не годится.
Паяльные станции используют термоконтроль для поддержания стабильного уровня температуры. Такие паяльники не обладают значительной мощностью, обычно 40 Вт — это уже потолок. Однако для чувствительной к перегреву электроники и пайки мелких деталей этот инструмент подходит наилучшим образом.
Плетеная медная лента
Наиболее эффективным способом удаления припоя с плат является тот, при котором используется оплетка, то есть плетеная из медных проводов лента. Ее можно изготовить самостоятельно, сняв с экранированного провода и порезав на отрезки нужной длины, а можно приобрести в магазине.
В продаже имеется множество вариантов этого приспособления.
В большинстве случаев оплетка, покрытая флюсом, смотана в моток на пластиковой бобине. Иногда такая бобина заключена в пластмассовый корпус со специальным отводом для более удобного использования оплетки.
Изделие может обозначаться по-разному – нить для снятия припоя, паяльная лента, оплетка для выпайки. В любом названии это, как правило, один и тот же материал, позволяющий быстро и эффективно снять припой с платы.
Как использовать
Для использования оплетки при снятии припоя понадобится паяльник и флакон с жидким флюсом.
Если жидкого флюса нет, берут любой другой, но работать будет некомфортно. Можно приготовить жидкий флюс самостоятельно, если заранее растворить кусочки сосновой канифоли в спирте или кусочки цинка в соляной кислоте.
Лучше всего подойдет медная оплетка для снятия припойного сплава. Отрезок оплетки необходимо покрыть флюсом. Сделать это можно кисточкой, но лучше, чтобы вся поверхность, на которую будет собираться припой, была покрыта, а для кисточки останутся недоступными части проводков внутри оплетки.
Эффективнее будет нанести флюс при помощи погружения в него конца оплетки. Для этого лучше использовать устойчивый сосуд с достаточно широким горлом.
После смачивания оплетки флюсом, ее прикладывают к месту, с которого необходимо снять припой, и нагревают паяльником. Нагревшаяся оплетка передает тепло на припой, и тот, расплавляясь, прилипает к оплетке, оставляя контакты чистыми.
Когда соберется достаточное количество, препятствующее дальнейшему сбору, конец оплетки обрезают и используют следующий участок.
После очистки одного из контактов, действия повторяют с каждым последующим до полной очистки или до освобождения компонента из платы. В результате качественной очистки монтажные отверстия получаются ровные, а контактные площадки остаются чистыми и облуженными.
Пайка проводов
Провода паять наиболее просто. Концы жил окунаем в раствор флюса и проводим по ним паяльником, жало которого обильно смочено во флюсе. В процессе лужения излишки расплавленного припоя желательно стряхивать. После нанесения полуды из проводов формируют скрутку, а затем тщательно прогревают её с небольшим количеством припоя, заполняя свободное пространство между жилами.
Возможен и иной способ, когда перед скручиванием провода просто тщательно смачивают флюсом и паяют без предварительного лужения. Особенно такой метод популярен при пайке многопроволочных жил и проводков небольшого диаметра. Если флюс качественный, а паяльник обеспечивает достаточно сильный прогрев, даже скрутка из 3–4 «пушистых» жил по 1,5 мм2 хорошо пропитается оловом и будет надёжно спаяна.
Обратите внимание, что в электромонтаже, то есть внутри распределительных коробок, паять проводку не принято. В первую очередь по причине неразъёмности соединения, плюс ко всему спайка обладает значительным переходным сопротивлением и всегда есть высокий риск её корродирования. Провода паяют исключительно при соединениях внутри электроприборов или для лужения концов многопроволочных жил перед их затяжкой винтовыми клеммами.
Как сделать самому
Оплетка для снятия является расходным материалом и должна быть в арсенале каждого электрика, занимающегося изготовлением и ремонтом электронных модулей.
Но иногда возникает ситуация, когда ни оплетки, ни подходящего экранированного провода под рукой нет. Тогда можно сделать подобное приспособление из любого медного гибкого многожильного провода с тонкими волосками.
Для этого нужно снять изоляцию с провода и немного закрутить волоски, чтобы собрать их в пучок.
Оплетка, производимая промышленностью, уже, как правило, покрыта флюсом, и необходимость дополнительного смачивания исчезает. Работать таким материалом, конечно же, удобнее. Отрезки с собранным припоем можно не выбрасывать, а использовать впоследствии для лужения контактов.
Работа с электронными компонентами
Пайка электроники — наиболее обширная и сложная тема, требующая опыта, навыков и специального оборудования. Однако заменить неисправный элемент на печатной плате сможет и дилетант даже при наличии одного лишь сетевого паяльника.
Выводные элементы (которые с ножками) паять проще всего. Они предварительно неподвижно фиксируются (пластилином, воском) выводами в отверстиях платы. Затем с обратной стороны паяльник плотно прижимается к хвосту для его прогрева, после чего в место спайки вводится проволочка припоя, содержащего флюс. Слишком много олова не нужно, достаточно чтобы оно затекло в лунку со всех сторон и образовало некое подобие вытянутого колпака.
Если выводной элемент болтается и его нужно придерживать руками, то место спайки сперва смачивается флюсом. Его нужно очень небольшое количество, здесь оптимально использовать флаконы от лака для ногтей, предварительно промытые ацетоном. Олово при такой технике пайки набирается на паяльник в небольшом количестве и его капелька аккуратно подносится к выводу элемента в 1–2 мм от поверхности платы. По ножке припой стекает, равномерно заполняя лунку, после чего паяльник можно убирать.
Очень важно, чтобы соединяемые детали оставались неподвижными до полного остывания припоя. Даже малейшее нарушение формы олова при кристаллизации приводит к так называемой холодной спайке — дроблению всей массы припоя на множество мелких кристаллов. Характерный признак такого явления — резкое помутнение припоя. Его нужно разогреть заново и дождаться равномерного остывания в полной неподвижности.
Некачественная, холодная пайка
Для поддержания олова в жидком состоянии, достаточно чтобы паяльник контактировал залуженной поверхностью жала с любой точкой увлажнённого участка. Если паяльник буквально прилипает к спаиваемым деталям, это свидетельствует о недостатке мощности для нагрева. Для пайки чувствительных к нагреву полупроводниковых элементов и микросхем обычный припой можно смешивать с легкоплавким.
Пайка массивных деталей
Наконец, кратко расскажем о пайке деталей с высокой теплоёмкостью, таких как кабельные муфты, баки или посуда. Требование к неподвижности соединения здесь наиболее важно, крупные детали предварительно соединяют струбцинами, мелкие — комками пластилина, перед пропайкой соединения его прихватывают точечно в нескольких местах и снимают скрепы.
Паяют массивные детали как обычно — сперва полуда на месте соединения, затем заполнение шва жидким припоем. Однако припой в этих целях используют специальный, обычно тугоплавкий и способный сохранять высокую герметичность, а также хорошо выдерживающий частичный нагрев.
При такой пайке крайне важно поддерживать детали хорошо прогретыми. Для этих целей паяльный шов непосредственно перед местом спаивания подогревают газовой горелкой, а вместо обычного электрического паяльника используют массивный медный топорик. Его также постоянно подогревают в пламени горелки, попутно смачивая припоем, а затем заполняют соединение, частично расплавляя предыдущий шов на несколько миллиметров.
Подобная техника пайки с подогревом может использоваться и при работе обычным паяльником, например, при спайке толстых жил кабеля. Жало в этом случае выступает лишь оперативным инструментом для тщательного распределения олова, а основным источником нагрева служит газовая горелка.
рмнт.ру
27.01.17
