Páječky a pájecí stanice

Pájení je proces spojování součástí zavedením roztaveného materiálu mezi ně - pájky, jejíž teplota je zpravidla nižší než teplota tání spojovaných dílů. Účelem pájení je získat mechanické spojení nebo elektrický kontakt. Níže se budeme zabývat hlavně pájením elektronických součástek.

Trocha historie

Pájení kovů bylo používáno ve starověku. Předpokládá se, že tento technologický provoz existuje nejméně 5000 let. I když lidstvo neznalo železo a ocel, měď, zlato a jejich slitiny se rozšířily. Dokonce i tehdy využívali hlavní pronásledovatelé spojení částí výrobků pomocí pájení.

Archeologové našli zlaté nádoby, jejichž kliky byly pájeny se zlatem, jakož i slitiny zlata a stříbra. Během vykopávek hrobek starověkého státu Babylon byly nalezeny zlaté předměty se stopami pájení. Vědci datují nálezy 3 200 př. Nl

Pájené šperky byly také nalezeny v egyptských pyramidách. Tato skutečnost dokazuje, že umění pájení bylo známé ve starověkém Egyptě ve druhém tisíciletí před naším letopočtem. Nejzajímavější je, že Egypťané nepájeli čistým zlatem, ale vymysleli způsob, jak snížit bod tání zlaté pájky.

Za tímto účelem byl zlatý prášek žíhán v dřevěném uhlí. V důsledku toho byla povrchová vrstva zlata nasycena uhlíkem (v technologii kovů se tento proces nazývá cementace) a byla získána slitina zlato-uhlík. Teplota tání této slitiny byla o něco nižší než teplota tání čistého zlata. Takové pájky se nazývají solidní.

Měkké pájky na bázi cínu a olova jsou zmiňovány v spisech římského spisovatele a vědce Plinyho, nejstaršího, který žil v 1. století nl. Takže v eseji „History of Nature“ se zmiňuje použití dvou cín-olověných pájek - tetrária (2/3 olova, 1/3 cínu) a argentária (50% olova a 50% cínu). Nejzajímavější je, že takové slitiny se stále používají. První z nich se často nazývá terciární a druhá polovina.

Během vykopávek Pompejí, které zahynuly při erupci sopky Vesuv, archeologové objevili olověné vodovodní potrubí, jehož spojení bylo provedeno pájením cín-olovo. Stejné trubky byly nalezeny při vykopávkách v Libyi a Nubii.

Při vykopávkách osídlení 4. - 5. století nl byly na území oblasti Horní Volhy nalezeny předměty, zejména nože pájené mědí. V Kyjevské Rusi pájeli pájky zámky, klíče, nože s mědí pájením, což svědčí o vysoké technické znalosti pánů těch starověkých let.

Ruční pájení páječky

Lze tedy uvažovat, že pájení železa, mědi a jejích slitin, jakož i hliníku, se objevilo až po pájení drahých kovů. Později se objevily nástroje pro ruční pájení. Takové páječky se nazývaly topení a zahřívaly se v peci.

Později se pro tyto účely začaly používat benzínové foukací hořáky. Tepelné páječky jsou dosud používány a takové páječky si můžete koupit i v internetových obchodech. Vzhled tepelné páječky je znázorněn na obrázku 1.

Obrázek 1. Páječka teplem

Elektrické páječky

A teprve v roce 1921 byla vytvořena elektrická páječka. Patent Ernst Sachs, pozdější zakladatel ERSA, získal patent na tento vynález. Díky vynalézavosti vynálezce si elektrická páječka rychle získala celosvětovou sympatii a byla prototypem pro vytváření různých návrhů pájecích nástrojů. Ukazuje se, že v současné době má elektrická páječka velmi slušný věk 93 let. První elektrická páječka je znázorněna na obrázku 2.

Obrázek 2. První elektrická páječka

Páječka měla tvar sekerky, byla podobná pájce teplem a byla určena hlavně pro konzervárenské práce. Podobné páječky existují dodnes. Síla takových páječek je v rozmezí 500 ... 800 wattů. Používají se hlavně pro pájení velkých dílů, jako jsou automobilové radiátory, zahradní konve, kbelíky atd.

Jak je elektrická páječka

Princip činnosti elektrické páječky je poměrně jednoduchý. Kolem pájecí tyče, která se často nazývá žihadlo, je spirála drátu s vysokým odporem. Při průchodu proudovou spirálou se zahřeje a přijaté teplo je předáno pájecí tyči. Spirála je přirozeně izolována od špičky a od těla tepelně odolným izolátorem. Jako izolátor se nejčastěji používá slída. Toto je klasické schéma páječky, která přežila dodnes.

Páječky železa sovětské éry

V sovětských dobách průmysl vyráběl mnoho různých páječek. V amatérské rozhlasové praxi byly nejčastěji používány páječky řady EPSN s výkonem 25 ... 100 W a stále se používají. V pase připojeném k páječkám bylo napsáno: „Konstrukce páječky je neoddělitelná.“ Je pravda, že díky úvěru výrobců je třeba říci, že tyto páječky sloužily po dlouhou dobu. Vzhled těchto páječek je znázorněn na obrázku 3.

Obrázek 3. Páječky řady EPSN

Ale ne všechno je tak špatné a kruté. V některých páječkách je spirála umístěna v keramickém jádru s drážkou, jádro je zasunuto do keramického kelímku. Do středového otvoru jádra se vloží pájecí tyč - bodnutí a žádná slída. Smontovaný ohřívač se vloží do kovové skříně s dřevěnou rukojetí. Výhodou tohoto designu je, že je skládací, takže v sadě byla prodána náhradní spirála.

O něco později se objevily miniaturní páječky řady ERA s výkonem 18 a 25 W, které si rychle získaly na popularitě mezi radioamatéry a telemastery. Vzhled páječky je znázorněn na obrázku 4.

Obrázek 4. Páječka železa řady ERA

S pomocí takových páječek bylo docela pohodlné pájet tranzistory a mikroobvody v případech jako DIP a podobně s roztečí 2,54 mm. Aby se zajistila požadovaná teplota pájení, je vhodné tyto páječky zapnout pomocí tyristorového výkonového regulátoru. S tímto zahrnutím závisí kvalita pájených spojů hlavně na kvalifikaci, ani na umění, na instalačním techniku.

Čipy v balíčcích DIP jsou již minulostí. Nyní je téměř všechna elektronická zařízení vyráběna pomocí součástek SMD, jejichž rozměry jsou velmi malé. Proto je obtížné zajistit vysoce kvalitní pájení pomocí výše popsaných pájecích žehliček. Moderní páječky se používají zpravidla jako součást pájecí stanice.

Přečtěte si více o pájecí stanici zde:Jak si vybrat pájecí stanici

Topné články jsou vyrobeny z keramiky a mají integrovaný termočlánek, což v kombinaci s digitálním displejem umožňuje udržovat danou teplotu v širokém rozmezí, navíc velmi přesně. Některé páječky mají termostaty zabudované přímo do rukojeti. Příkladem takové páječky je páječka CT-96 vyráběná společností CT-Tools. Vzhled páječky je znázorněn na obrázku 5.

Obrázek 5. Páječka CT-96

Obr. 6. Pájecí stanice

Teplota pájení závisí primárně na teplotě tání pájek. Během instalace a opravy elektronických zařízení se zpravidla používají měkké pájky.

Druhy pájek

Všechny pájky lze rozdělit do dvou typů: tvrdé a měkké. Pájené slitiny mají vysokou teplotu tání - nad 300 ° C a zajišťují vysokou mechanickou pevnost spoje. Nejpoužívanější jsou pevné slitiny měď-zinek značky PMC a slitiny na bázi stříbra PSR, což jsou slitiny s různými přísadami.

Teplota tání pájecího stupně ПСр-70 780 ° C, ПСр-10 830 ° C, ПМЦ-36 825 ° C, ПМЦ-51 870 ° C.Je zřejmé, že takové pájky jsou zcela nevhodné pro pájení elektronických desek.

Proto se měkké pájky používají k instalaci elektronických obvodů, jejichž teplota tání nepřesahuje 300 ° C. Používají se hlavně cínové pájky značky POS-61. POS-63, jehož teplota tání je 190 ° C. Tyto pájky jsou eutektické, to znamená, že mají stejné teploty tání a krystalizace.

Samotný název hovoří o chemickém složení těchto pájek: POS-61 obsahuje 61% cínu, zbytek je olovo, POS-63, respektive 63% cínu, zbytek je olovo. Tyto pájky se používají pouze pro ruční pájení a poskytují kvalitní pájené spoje. V pasech páječky bylo napsáno: „Pájení by mělo být brilantní, obrysové“.

Pájky POS mají vysokou elektrickou vodivost, vysokou tekutost v roztaveném stavu a dostatečnou mechanickou pevnost. Kombinace těchto vlastností umožňuje vysoce kvalitní pájení desek s plošnými spoji, pružinové odpružení měřicích přístrojů, vícevláknové tenké vysokofrekvenční dráty typu Litzendrat, jakož i kritické části vyrobené z mědi, bronzu, mosazi, oceli. Při použití tavidel pro pájení hliníku jsou hliníkové díly velmi dobře pájeny, například vinutí transformátorů a tlumivek v domácích spotřebičích.

V případech, kdy je přehřátí pájených dílů extrémně nežádoucí, se používají nízkoteplotní pájky. Jedním z nich je dřevo slitina: cín - 12,5%, olovo - 25%, bizmut - 50% a kadmium - 12,5%. Teplota tání této pájky je pouze 70 ° C. Tato teplota se nazývá zvláště nízká. Slitina dřeva se také používá jako přísada ke snížení teploty tání bezolovnatých pájek při pájení dílů z desek plošných spojů. Taková přísada vám umožňuje pájet prvky bez poškození desky plošných spojů a samotné součásti.

Olovo, jak víte, je považováno za jedovatý kov, jeho páry jsou pro lidské tělo velmi škodlivé. Proto se v současné době pro pájení elektronických zařízení, zejména domácích spotřebičů, stále více používají bezolovnaté pájky. Bezolovnaté pájky jsou poctou požadavkům ekologie a ochrany práce.

Bezolovnaté pájky

Nejčistější pájka, která je nejšetrnější k životnímu prostředí, by měla být zřejmě čistá cín. Je to cín, který se v potravinářském průmyslu používá pro konzervování plechovek - cín. Bohužel, takové nepříjemné vady jsou takové pájce spojeny. Zaprvé je to „cínový mor“.

Při teplotách pod 13,2 ° C se měrný objem čistého cínu zvyšuje o více než 25%, což vede k tvorbě další fáze látky, tzv. Šedého cínu. Navíc čím nižší je teplota, tím intenzivnější je proces přeměny. Při teplotě -33 ° C se cín mění na šedý prášek, dávky se jednoduše rozpadají. Je jasné, že taková pájka není dobrá.

Ale nejen dávky se rozpadají. V roce 1912 tedy smrt expedice Roberta Falcona Scotta na jižní pól způsobila cínový mor. Expedice byla ponechána bez paliva, které prosakovalo pájenými švy v palivových nádržích.

Kvůli cínovému moru zemřelo mnoho kulturních hodnot, zejména sbírky cínových vojáků. Například ve skladech muzea Alexandra Suvorova v Petrohradě se několik desítek cínových vojáků jednoduše rozpadlo na prach kvůli průlomu ve vytápění. To se stalo v jiných muzeích po celém světě.

Pro vytvoření bezolovnatých cínových pájek jsou do něj přidány různé komponenty: měď, zinek, stříbro, zlato, indium. Tyto přísady vám umožní zabránit tvorbě šedého cínu, chránit se před morem cínu.

Pro pájení elektronických součástek se nejčastěji používají pájky následujících kompozic: cín - 52%, indium - 48%; cín - 91%, zinek - 9%; cín - 97%, stříbro - 2,3%, měď - 0,7%. Nebyly pozorovány žádné škodlivé kovy. Teplota tání těchto pájek je v oblasti 300 ° C, což je výrazně vyšší než teplota tání pájek na bázi cínu.Každý, kdo někdy opravil moderní elektroniku, to dobře ví.

Cena za neškodnost je taková, že všechny bezolovnaté pájky mají v roztaveném stavu menší tekutost a nižší smáčivost pájených povrchů. Speciální tavidla používaná pro pájení s bezolovnatými pájkami pomáhají chránit před tímto nedostatkem. Kvalita švu vyrobeného z bezolovnatých pájek je nicméně horší než při použití cínových olovených pájek. Ale věda nezůstává v klidu, neustále se provádí výzkum s cílem zlepšit kvalitu bezolovnatých pájek tak, aby nahrazení bylo rovnocenné.

Mnoho moderních mikroobvodů je k dispozici v případech BGA (anglické Ball grid grid array - array of balls). Neexistují žádné obvyklé závěry - nohy pro tyto mikroobvody. Jejich roli hrají koule z pájky uložené na kontaktních polštářcích ve spodní části těla. Pro pájení takových mikroobvodů se objevily nové typy pájky - pájecí pasty aplikované metodou síta.

Pájecí pasty se skládají z několika složek: samotná pájka ve formě jemného prášku, pevné částice tavidla stejné velikosti. Tyto složky se stávají pastou v důsledku přítomnosti pojiv, především složek tekutého toku a těkavých rozpouštědel.

Je zřejmé, že takové mikroobvody nelze pájet běžnou páječkou. To vyžaduje použití speciálních metod pájení, při kterých se zahřívání provádí horkým vzduchem nebo infračerveným zářením. Pro tyto účely se používají horké vzduchové nebo infračervené pájecí stanice.

Pokračování článku: Elektrické páječky. Druhy a vzory