Juotosraudat ja juotosasemat

Juottaminen on osien yhdistämisprosessi tuomalla niiden väliin sulaa materiaalia - juote, jonka lämpötila on yleensä alhaisempi kuin liitettävien osien sulamislämpötila. Juottamisen tarkoituksena on saada aikaan mekaaninen yhteys tai sähköinen kosketus. Seuraavassa tarkastellaan pääasiassa elektronisten komponenttien juottamista.

Hieman historiaa

Metallien juottamista käytettiin muinaisina aikoina. Uskotaan, että tämä tekninen toiminta on ollut olemassa vähintään 5000 vuotta. Jopa silloin, kun ihmiskunta ei tiennyt rautaa ja terästä, kupari, kulta ja niiden seokset levisivät. Mutta silloinkin isäntähakkurit käyttivät tuotteiden osien kytkemistä juottamalla.

Arkeologit ovat löytäneet kulta-astioita, joiden kahvat juotettiin kullalla, samoin kuin kullan ja hopean seoksia. Kultaesineitä, joissa oli juotosjälkiä, löydettiin Babylonin muinaisen valtion haudoista. Tutkijat ovat päivättyjä löytöjä 3200 eKr

Juotettuja koruja löytyi myös Egyptin pyramidista. Tämä tosiasia todistaa, että juottamistaide oli tiedossa muinaisessa Egyptissä jo toisella vuosituhannella eKr. Mielenkiintoisinta on, että egyptiläiset eivät juottaneet puhdasta kultaa, vaan keksivat tavan alentaa kultajuotosten sulamispistettä.

Tätä tarkoitusta varten kultajauhe hehkutettiin hiilijauheeseen. Tuloksena kullan pintakerros oli kyllästetty hiilellä (metallien tekniikassa tätä prosessia kutsutaan sementoitumiseksi) ja saatiin kulta-hiili-seos. Tämän seoksen sulamispiste oli hiukan alhaisempi kuin puhtaan kullan sulamispiste. Sellaisia ​​juoteita kutsutaan kiinteiksi.

Tinaan ja lyijyyn perustuvat pehmeät juotteet mainitaan roomalaisen kirjailijan ja tutkijan Plinius - vanhimman, joka asui 1. vuosisadalla jKr., Kirjoituksissa. Joten esseessä "Luonnonhistoria" mainitaan kahden tina-lyijyjuotteen - tetrariumin (2/3 lyijy, 1/3 tina) ja argentarian (50% lyijyä ja 50% tina) käyttö. Mielenkiintoisin on, että sellaisia ​​seoksia käytetään edelleen. Ensimmäistä niistä kutsutaan usein tertiääriseksi ja jälkipuoliskoa.

Vesuviuksen tulivuoren purkauksen aikana kuolleen Pompeiin kaivauksissa arkeologit löysivät lyijyvesiputkia, jotka yhdistettiin juottamalla tina-lyijyjuoteita. Samat putket löydettiin kaivauksissa Libyassa ja Nubiassa.

Yli-Volgan alueen alueelta löydettiin esineitä 4. - 5. vuosisadalla jKr. Tehtyjen siirtokuntien kaivauksissa, erityisesti kuparilla juotetut veitset. Kievan Rusissa mestarit juottivat lukot, avaimet, veitset kuparilla juottamalla, mikä osoittaa näiden muinaisten vuosien mestarien korkean teknisen tietämyksen.

Käsijuotos juotosraudat

Siten voidaan katsoa, ​​että raudan, kuparin ja sen seosten sekä alumiinin juottaminen ilmestyi vasta jalometallien juottamisen jälkeen. Myöhemmin ilmestyivät manuaalisen juottamisen työkalut. Sellaisia ​​juotosraudaita kutsuttiin lämmittimiksi ja kuumennettiin uunissa.

Myöhemmin bensiinin puhalluspolttimia alettiin käyttää näihin tarkoituksiin. Lämpöjuotosraudat ovat tähän mennessä käytettyjä, ja voit ostaa tällaisen juotosraudan jopa verkkokaupoista. Kuumajuotosraudan ulkonäkö on esitetty kuvassa 1.

Kuva 1. Lämpöjuotin

Sähköinen juotin

Ja vasta vuonna 1921 luotiin sähköinen juotosrauta. Ernst Sachs, myöhemmin ERSA: n perustaja, sai patentin keksinnölle. Keksijän kekseliäisyyden ansiosta sähköinen juotosrauta sai nopeasti maailmanlaajuisen myötätuntonsa, koska se oli prototyyppi juotoslaitteiden eri mallien luomiseksi. Kävi ilmi, että tällä hetkellä sähköjuotosraudan ikä on erittäin kunniallinen, 93 vuotta. Ensimmäinen sähköinen juotosrauta on esitetty kuvassa 2.

Kuva 2. Ensimmäinen sähköinen juotosrauta

Juotosraudalla oli luukun muotoinen muoto, se näytti lämmön juotosraudalta ja oli tarkoitettu pääasiassa tinatustöihin. Samanlaisia ​​juotinrautaja on olemassa tänäkin päivänä. Tällaisten juotosraudan teho on alueella 500 ... 800 wattia. Niitä käytetään pääasiassa suurten osien, kuten autojen jäähdyttimien, puutarhavesitölkkien, kauhojen jne. Juottamiseen.

Kuinka on sähköinen juotin

Sähköisen juotosraudan toimintaperiaate on melko yksinkertainen. Juotossauvan ympärillä, jota usein kutsutaan pistoksi, on langan kierre, jolla on korkea ominaisvastus. Kun se kulkee virtaspiraalin läpi, se lämpenee ja vastaanotettu lämpö johdetaan juotossauvaan. Luonnollisesti spiraali eristetään kärjestä ja rungosta kuumuutta kestävällä eristimellä. Eristeenä useimmin käytetään kiillettä. Tämä on juotosraudan klassinen kaavio, joka on säilynyt meidän aikamme.

Neuvostoliiton aikaiset juotosraudat

Neuvostoliiton aikana teollisuus tuotti monia erilaisia ​​juotosraudaita. Amatööriradiokäytännössä EPSN-sarjan juotosraudat, joiden teho oli 25 ... 100W, käytettiin useimmiten, ja niitä käytetään edelleen. Juotosrautaan kiinnitetyssä passissa oli kirjoitettu: "Juotosraudan rakennetta ei voida erottaa." Totta, valmistajien mielestä on sanottava, että nämä juotosraudat toimivat pitkään. Näiden juotosraudan ulkonäkö on esitetty kuvassa 3.

Kuva 3. EPSN-sarjan juotosraudat

Mutta kaikki ei ole niin huonoa ja ankaraa. Joissakin juomaraudassa spiraali asetetaan uraan keraamiseen ytimeen, ydin puolestaan ​​työnnetään keraamiseen kuppiin. Juotos sauva työnnetään ytimen keskireikään - pisto, eikä kiillettä. Koottu lämmitin asetetaan metallikoteloon puisella kahvalla. Tämän suunnittelun etuna on, että se on kokoontaitettava, joten pakkauksessa myytiin vara kierre.

Hieman myöhemmin myyntiin tuli ERA-sarjan pienoisjuotosraudat, joiden teho oli 18 ja 25 W, jotka saivat nopeasti suosiota radioamatöörien ja televastaavien keskuudessa. Juotosraudan ulkonäkö on esitetty kuvassa 4.

Kuva 4. ERA-sarjan juotosrauta

Tällaisten juotosraudan avulla oli melko mukavaa juottaa transistoreita, samoin kuin mikropiirejä tapauksissa, kuten DIP ja vastaavat, sädekorkeudella 2,54 mm. Vaaditun juotoslämpötilan varmistamiseksi on suositeltavaa kytkeä nämä juotosraudat päälle tyristorin tehonsäätimen kautta. Tämän sisällyttämisen kanssa juotettujen liitosten laatu riippuu pääasiassa pätevyydestä, ei edes taiteesta, asentajasta.

DIP-pakettien sirut ovat jo menneisyyttä. Nyt melkein kaikki elektroniset laitteet valmistetaan käyttämällä SMD-komponentteja, joiden mitat ovat hyvin pienet. Siksi on vaikeata varmistaa korkealaatuinen juottaminen edellä kuvatuilla juotosraudailla. Nykyaikaisia ​​juotinrauhoja käytetään pääsääntöisesti osana juotosasemia.

Lue lisää juotosasemista täältä:Kuinka valita juotosasema

Lämmityselementit ovat keraamisia ja niissä on integroitu termoelementti, joka yhdessä digitaalisen näytön kanssa mahdollistaa tietyn lämpötilan ylläpitämisen laajalla alueella, lisäksi erittäin tarkasti. Joissakin juotosraudaissa on termostaatit, jotka on rakennettu suoraan kahvaan. Esimerkki tällaisesta juotosraudasta on CT-96: n valmistama CT-96 juotosrauta. Juotosraudan ulkonäkö on esitetty kuvassa 5.

Kuva 5. Juotosrauta CT-96

Kuva 6. Juotosasema

Juotoslämpötila riippuu ensisijaisesti juotosten sulamispisteestä. Elektronisten laitteiden asennuksen ja korjauksen aikana käytetään yleensä pehmeitä juoteita.

Juotostyypit

Kaikki juotteet voidaan jakaa kahteen tyyppiin: kova ja pehmeä. Juotosseosten sulamispiste on korkea - yli 300 ° C, ja ne tarjoavat liitoksen korkean mekaanisen lujuuden. Yleisimmin käytetään kiinteitä PMC-kuparisinkkiseoksia ja PSR-hopeapohjaisia ​​seoksia, jotka ovat seoksia eri lisäaineilla.

Juotteen sulamispiste ПСр-70 780 ° C, ПСр-10 830 ° C, ПМЦ-36 825 ° C, ПМЦ-51 870 ° C.On selvää, että sellaiset juotteet eivät ole täysin sopivia elektronisten levyjen juottamiseen.

Siksi elektronisten piirien asentamiseen käytetään pehmeitä juoteita, joiden sulamislämpötila ei ylitä 300 ° C. Pääasiassa käytetään POS-61-merkin tina-lyijyjuoteita. POS-63, jonka sulamispiste on 190 ° C. Nämä juotteet ovat eutektisia, ts. Niillä on samat sulamis- ja kiteytymislämpötilat.

Itse nimi puhuu näiden juotteiden kemiallisesta koostumuksesta: POS-61 sisältää 61% tinaa, loput lyijyä, POS-63 vastaavasti, 63% tinaa, loput lyijyä. Näitä juoteita käytetään vain manuaaliseen juottamiseen ja ne tarjoavat laadukkaita juotosliitoksia. Juotosrautojen passeihin kirjoitettiin: ”Juotosten tulisi olla loistavia, ääriviivat”.

POS-juoteilla on korkea sähkönjohtavuus, suuri juoksevuus sulassa tilassa ja riittävä mekaaninen lujuus. Näiden ominaisuuksien yhdistelmä mahdollistaa painettujen piirilevyjen, mittauslaitteiden jousisuspensioiden, Litzendrat-tyyppisten monisäikeisten ohuiden korkeataajuusjohtimien, samoin kuin kuparista, pronssista, messingistä, teräksestä valmistettujen kriittisten osien korkealaatuisen juottamisen. Kun käytetään flusseja alumiinin juottamiseen, alumiiniosat ovat myös hyvin juotettuja, esimerkiksi muuntajan ja kuristimen käämit kodinkoneissa.

Tapauksissa, joissa juotettujen osien ylikuumeneminen on erittäin toivottavaa, käytetään alhaisen lämpötilan juotteita. Yksi niistä on puuseos: tina - 12,5%, lyijy - 25%, vismutti - 50% ja kadmium - 12,5%. Tämän juotteen sulamispiste on vain 70 ° C. Tätä lämpötilaa kutsutaan erityisen matalaksi. Puun lejeerinkiä käytetään myös lisäaineena lyijyttömien juotteiden sulamispisteen pienentämiseen juottamalla osia painetusta piirilevystä. Tällainen lisäaine mahdollistaa elementtien juottamisen vahingoittamatta piirilevyä ja itse osaa.

Lyijyä, kuten tiedät, pidetään metallimyrkkynä, sen höyryt ovat erittäin haitallisia ihmiskeholle. Siksi viime aikoina lyijyttömiä juoteita käytetään yhä enemmän elektronisten laitteiden, erityisesti kotitalouksien, juottamiseen. Lyijyttömät juotteet ovat kunnianosoitus ekologian ja työsuojelun vaatimuksille.

Lyijytön juotos

Ympäristöystävällisintä ja turvallisinta juotetta tulisi pitää ilmeisesti puhtaana tinana. Tinaa käytetään elintarviketeollisuudessa tölkkien purkamiseen - tina. Mutta valitettavasti ärsyttävät puutteet ovat luontaisia ​​sellaiselle juotosaineelle. Ensinnäkin se on "tina rutto".

Alle 13,2 ° C: n lämpötiloissa puhtaan tinan ominaistilavuus kasvaa yli 25%, mikä johtaa aineen toisen faasin, ns. Harmaan tinan, muodostumiseen. Lisäksi mitä matalampi lämpötila, sitä intensiivisempi muutosprosessi on. -33 ° C: n lämpötilassa tina muuttuu harmaaksi jauheeksi, annos yksinkertaisesti murenee. On selvää, että sellainen juote ei ole hyvä.

Mutta ei vain annokset hajota. Joten vuonna 1912 Robert Falcon Scottin tutkimusmatkan etelänavalle kuoli tinakatto. Retkikunta jätettiin ilman polttoainetta, joka vuoti polttoainesäiliöiden juotettujen saumojen läpi.

Tinakaton takia monet kulttuuriarvot, erityisesti tinasotilaiden kokoelmat, kuolivat. Esimerkiksi Pietarin Aleksanteri Suvorov -museon varastotiloissa useita kymmeniä tinasotilaita yksinkertaisesti rypistyi pölyksi läpimurton vuoksi. Näin tapahtui muissa museoissa ympäri maailmaa.

Tinaan perustuvien lyijyttömien juotteiden luomiseen siihen lisätään erilaisia ​​komponentteja: kupari, sinkki, hopea, kulta, indium. Näiden lisäaineiden avulla voit välttää harmaan tinan muodostumisen, suojautua tinarutolta.

Elektronisten komponenttien juottamiseen käytetään useimmiten seuraavien koostumusten juotteita: tina - 52%, indium - 48%; tina - 91%, sinkki - 9%; tina - 97%, hopea - 2,3%, kupari - 0,7%. Haitallisia metalleja ei ole havaittu. Näiden juotteiden sulamispiste on alueella 300 ° C, mikä on huomattavasti korkeampi kuin tina-lyijyjuotteilla.Jokainen, joka on koskaan korjannut nykyaikaista elektroniikkaa, tietää tämän erittäin hyvin.

Vahingoittumattomuuden hinta on, että kaikilla lyijyttömillä juotteilla on vähemmän juoksevuutta sulassa tilassa ja juotettujen pintojen alhaisempi kostutuskyky. Erityiset juokset, joita käytetään juottamiseen lyijyttömillä juoteilla, auttavat suojaamaan tätä haittaa. Siitä huolimatta lyijyttömillä juoteilla tehdyn sauman laatu on huonompi kuin käytettäessä tina-lyijyjuoteita. Mutta tiede ei seiso paikallaan, lyijyttömien juotteiden laadun parantamiseksi tehdään jatkuvasti tutkimusta, jotta korvaaminen olisi vastaavaa.

BGA-tapauksissa on saatavana monia nykyaikaisia ​​mikropiirejä (englanninkielinen palloruudukko - joukko palloja). Tavalliset johtopäätökset - näiden mikropiirien jalat eivät. Heidän roolinsa ovat juotospallot, jotka on sijoitettu kosketuslevyihin rungon alaosaan. Tällaisten mikropiirien juottamiseen ilmestyi uudenlaisia ​​juotostyyppejä - juotospastat, jotka levitettiin seulamenetelmällä.

Juotospastat koostuvat useista komponenteista: juote itsessään hienon jauheen muodossa, kiinteät hiukkaset, joiden juoksut ovat samankokoisia. Nämä komponentit muuttuvat tahnaksi sideaineiden, lähinnä nestemäisten flux-komponenttien ja haihtuvien liuottimien, läsnäolon vuoksi.

On selvää, että sellaisia ​​mikropiirejä ei voida juottaa tavallisella juotosraudalla. Tämä vaatii erityisten juotosmenetelmien käyttöä, joissa lämmitys suoritetaan kuumailmalla tai infrapunasäteilyllä. Näihin tarkoituksiin käytetään kuumailma- tai infrapunajuotosasemaa.

Artikkelin jatko: Sähköjuottimet. Tyypit ja mallit