Forrasztópáka és forrasztóállomás

A forrasztás az alkatrészek összekapcsolásának folyamata olvadt anyag bevezetése között - forrasztás, amelynek hőmérséklete általában alacsonyabb, mint az összekapcsolandó alkatrészek olvadási hőmérséklete. A forrasztás célja mechanikai csatlakozás vagy elektromos érintkezés létrehozása. Az alábbiakban elsősorban az elektronikus alkatrészek forrasztását vesszük figyelembe.

Egy kis történelem

A fémek forrasztását az ókorban használták. Úgy gondolják, hogy ez a technológiai művelet legalább 5000 éve fennáll. Még akkor is, amikor az emberiség nem ismerte a vasat és az acélt, a réz, az arany és ötvözeteik széles körben elterjedtek. De akkor is a mesterlövészek forrasztással használták a termékek alkatrészeinek összekapcsolását.

A régészek arany edényeket találtak, amelyek fogantyúival aranyoztak, valamint arany- és ezüstötvözetekkel. A forrasztás nyomait tartalmazó aranytárgyakat Babilon ókori állam sírjainak ásatásain találták meg. A tudósok Kr. E. 3200-ban találtak rá

Forrasztott ékszereket találtak az egyiptomi piramisokban is. Ez a tény bizonyítja, hogy a forrasztás művészete az ókori Egyiptomban ismert volt a Kr. E. Évezred második felében. A legérdekesebb dolog az, hogy az egyiptomiak nem forrasztottak tiszta arannyal, hanem találtak módot az aranyforrasztás olvadáspontjának csökkentésére.

Ebből a célból az aranyport szénporban lágyítottuk. Ennek eredményeként az arany felületi rétegét telítették szénnel (a fémek technológiájában ezt a folyamatot cementálásnak nevezik), és így arany-szén ötvözetet kaptunk. Ennek az ötvözetnek az olvadáspontja kissé alacsonyabb volt, mint a tiszta aranyé. Az ilyen forrasztásokat szilárd anyagnak nevezzük.

Az ón és az ólom alapú lágyforratokat Plinius római író és tudós írásaiban említik - a legidősebb, aki az AD 1. században élt. Tehát a „Természet története” című esszében két ón-ólom-forrasztó anyagot említi - tetrarium (2/3 ólom, 1/3 ón) és argentaria (50% ólom és 50% ón). A legérdekesebb dolog az, hogy ezeket az ötvözeteket továbbra is használják. Az elsőt gyakran terciernek hívják, a második felét.

A Vezúv vulkán kitörésekor elpusztult Pompeii ásatásai során a régészek ólomvízcsöveket fedeztek fel, amelyek összekapcsolására ón-ólom forrasztók forrasztásával került sor. Ugyanezeket a csöveket találták Líbia és Núbia ásatásain.

Az AD IV-V. Század településeinek ásatása során tárgyakat találtak a Felső-Volga régió területén, különösen a rézgel forrasztott késeket. Kievan Rus-ban a mesterek keményforrasztással forrasztották a reteszeket, kulcsokat és késeket rézsal, ami jelzi az ősi évek mestereinek magas műszaki ismereteit.

Kézi forrasztás forrasztók

Tehát úgy tekinthető, hogy a vas, a réz és ötvözetei, valamint az alumínium forrasztása csak a nemesfémek forrasztása után jelent meg. Később megjelentek a kézi forrasztáshoz használt eszközök. Az ilyen forrasztópákakat melegítőknek hívták és kemencében hevítették.

Később ezeket a célokat benzinfúvókákkal kezdték használni. A hőforrasztó vasalókat eddig használják, és ilyen forrasztópáka is megvásárolható az online boltokban. A hőforrasztópálya megjelenését az 1. ábra szemlélteti.

1. ábra. Forrasztópáka

Elektromos forrasztópáka

És csak 1921-ben alakítottak ki elektromos forrasztópárat. Ernst Sachs, később az ERSA alapítója, szabadalmat kapott a találmányhoz. A feltaláló kitalálhatóságának köszönhetően az elektromos forrasztópáka gyorsan világszerte megszerezte együttérzését, prototípusként szolgálva a forrasztószerszámok különböző mintáinak elkészítéséhez. Kiderült, hogy jelenleg az elektromos forrasztópáka nagyon tiszteletreméltó 93 éves kora. Az első elektromos forrasztópárat a 2. ábra mutatja.

2. ábra. Az első elektromos forrasztópáka

A forrasztópálca fejtető alakja volt, hasonló volt a hőforrasztópálcához, és főleg konzervmunkához készült. Hasonló forrasztópáka létezik a mai napig. Az ilyen forrasztópályák teljesítménye 500 ... 800 watt tartományban van. Elsősorban nagy alkatrészek, például gépjármű radiátorok, kerti öntözőkannák, vödrök stb. Forrasztására használják.

Hogy van egy elektromos forrasztópáka?

Az elektromos forrasztópáka működési elve meglehetősen egyszerű. A forrasztórúd körül, amelyet gyakran szúrónak hívnak, egy nagy ellenállású huzal spirál van. Ha egy áram spirálon halad át, az felmelegszik, és a kapott hő átadódik a forrasztó rudaknak. Természetesen a spirált a hegyét és a testet hőálló szigetelő szigeteli. Szigetelőként a csillámot használják leggyakrabban. Ez a forrasztópáka klasszikus vázlata, amely a korunkban is fennmaradt.

Szovjet korszak forrasztók

A szovjet időkben az ipar számos különféle forrasztóvasat gyártott. Az amatőr rádiógyakorlatban a leggyakrabban használták az EPSN sorozatú forrasztópákakat 25 ... 100W teljesítménygel. A forrasztópálcákhoz csatolt útlevélben a következőt írták: „A forrasztópáka kialakítása nem választható szét.” Igaz, hogy a gyártók hitében el kell mondani, hogy ezek a forrasztópárok hosszú ideig szolgáltak. Ezen forrasztópárok megjelenését a 3. ábra mutatja.

3. ábra. Az EPSN sorozat forrasztópáka

De nem minden olyan rossz és durva. Néhány forrasztópáka esetében a spirált kerámia magba helyezzük egy horonyval, a magot viszont behelyezzük egy kerámia csészébe. A forrasztórudat behelyezik a mag középső lyukába - csípéssel és csillám nélkül. Az összeszerelt melegítőt egy fém fogantyúval behelyezik egy fémtokba. Ennek a kialakításnak az az előnye, hogy összecsukható, így egy tartalék spirált adtak el a készletben.

Kicsit később megjelent az ERA sorozat miniatűr forrasztópáka, 18 és 25 W teljesítményű, amely gyorsan népszerűvé vált a rádióamatőrök és a telemesterek körében. A forrasztópáka megjelenése a 4. ábrán látható.

4. ábra. ERA sorozatú forrasztópáka

Az ilyen forrasztópáka segítségével eléggé kényelmes volt forrasztani a tranzisztorokat, valamint a mikroáramköröket olyan esetekben, mint a DIP és hasonlók, 2,54 mm hangmagassággal. A szükséges forrasztási hőmérséklet biztosítása érdekében tanácsos ezeket a forrasztópákakat bekapcsolni tirisztor teljesítményszabályozóval. Ezzel a bevonással a forrasztott kötések minősége elsősorban a képesítéstől, még a művészettől, a szerelőtől is függ.

A DIP csomagokban lévő chipek már a múlté. Most szinte az összes elektronikus berendezést SMD alkatrészekkel gyártják, amelyek mérete nagyon kicsi. Ezért nehéz biztosítani a fentiekben ismertetett forrasztópákakkal kiváló minőségű forrasztást. A modern forrasztópákakat általában a forrasztóállomások részeként használják.

A forrasztóállomásokról itt olvashat bővebben:Hogyan válasszuk ki a forrasztóállomást?

A fűtőelemek kerámiaból készültek, és beépített hőelem, amely a digitális kijelzővel kombinálva lehetővé teszi egy adott hőmérséklet széles tartományban történő fenntartását, ráadásul nagyon pontosan. Néhány forrasztópáka termosztátjai közvetlenül a fogantyúba vannak beépítve. Ilyen forrasztópáka például a CT-96 által gyártott CT-96 forrasztópáka. A forrasztópáka megjelenése az 5. ábrán látható.

5. ábra CT-96 forrasztópáka

Ábra. 6. Forrasztóállomás

A forrasztási hőmérséklet elsősorban a forrasztók olvadáspontjától függ. Az elektronikus berendezések telepítése és javítása során általában lágyforrasztókat használnak.

Forrasztóanyagok típusai

Az összes forrasztható anyagot két típusra lehet osztani: kemény és puha. A keményforrasztó ötvözetek olvadáspontja magas - több mint 300 ° C, és a csatlakozás nagy mechanikai szilárdságát biztosítja. A legszélesebb körben alkalmazott szilárd PMC-réz-cink ötvözetek és PSR ezüst alapú ötvözetek, amelyek különböző adalékanyagok ötvözetei.

A forrasztáspont olvadáspontja: ПСр-70 780 ° C, ПСр-10 830 ° C, ПМЦ-36 825 ° C, ПМЦ-51 870 ° C.Nyilvánvaló, hogy az ilyen forrasztók teljesen alkalmatlanok az elektronikus táblák forrasztására.

Ezért lágy forrasztóanyagokat használnak olyan elektronikus áramkörök beépítéséhez, amelyek olvadási hőmérséklete nem haladja meg a 300 ° C-ot. Főként a POS-61 márkájú ón-ólom forrasztásokat használják. POS-63, amelynek olvadáspontja 190 ° C. Ezek a forrasztók eutektikusak, vagyis ugyanazok az olvadási és kristályosodási hőmérsékletek.

Maga a név e forrasztók kémiai összetételéről beszél: a POS-61 61% ónot tartalmaz, a többi ólom, a POS-63 ill. 63% ón, a többi ólom. Ezeket a forrasztásokat csak kézi forrasztáshoz használják, és jó minõségû forrasztási illesztéseket biztosítanak. A forrasztópáka útlevélébe írták: „A forrasztásnak briliánsnak, kontúrosnak kell lennie.

A POS-forrasztók magas elektromos vezetőképességgel, nagy folyékonysággal rendelkeznek az olvadt állapotban és elegendő mechanikai szilárdsággal rendelkeznek. Ezeknek a tulajdonságoknak a kombinációja lehetővé teszi a nyomtatott áramköri lapok, a mérőműszerek rugós felfüggesztéseinek, a többszálú vékony Litzendrat típusú nagyfrekvenciás huzalok, valamint a réz, bronz, sárgaréz, acél kritikus alkatrészeinek forrasztását. Ha fluxusokat használnak az alumínium keményforrasztására, akkor az alumínium alkatrészek is nagyon jól forrasztottak, például a transzformátorok tekercsei és a háztartási készülékek fojtói.

Azokban az esetekben, amikor a forrasztott részek túlmelegedése rendkívül nem kívánatos, alacsony hőmérsékletű forrasztóanyagokat kell használni. Az egyik Wood ötvözete: ón - 12,5%, ólom - 25%, bizmut - 50% és kadmium - 12,5%. Ennek a forrasztóanyagnak az olvadáspontja csak 70 ° C. Ezt a hőmérsékletet különösen alacsonynak nevezik. A fa ötvözetét adalékanyagként is használják az ólommentes forrasztók olvadáspontjának csökkentésére, amikor az alkatrészeket nyomtatott áramköri táblákból forrasztják. Egy ilyen adalékanyag lehetővé teszi az elemek forrasztását anélkül, hogy az áramköri lapot és magát az alkatrészt károsítaná.

Az ólom, amint tudod, fémet mérgezőnek tekintik, gőzei rendkívül károsak az emberi testre. Ezért a közelmúltban az ólommentes forrasztóanyagokat egyre inkább használják az elektronikus berendezések, különösen a háztartási készülékek forrasztására. Az ólommentes forrasztók tisztelegnek az ökológia és a munkavédelem követelményeinek.

Ólommentes forrasztók

A leginkább környezetbarát és biztonságos forrasztást látszólag tiszta ónnak kell tekinteni. Az ónt használják az élelmiszeriparban a konzervdobozok konzerválására - ón. De sajnos a bosszantó hibák rejlenek egy ilyen forrasztásban. Mindenekelőtt a "ón pestis".

13,2 ° C alatti hőmérsékleten a tiszta ón fajlagos térfogata több mint 25% -kal növekszik, ami az anyag egy másik fázisának, az úgynevezett szürke ón kialakulásához vezet. Sőt, minél alacsonyabb a hőmérséklet, annál intenzívebb az átalakítási folyamat. -33 ° C hőmérsékleten az ón szürke porré válik, és az adag egyszerűen morzsolódik. Nyilvánvaló, hogy egy ilyen forrasztás nem jó.

De nem csak az adagok szétesnek. Tehát 1912-ben Robert Falcon Scott dél-sark expedíciójának halálát okozta az ónjárvány. Az expedíció üzemanyag nélkül maradt, amely az üzemanyag-tartályokban lévő forrasztott varratokon keresztül kiszivárgott.

Az ónjárvány miatt számos kulturális érték, különösen az ónkatonák gyűjteményei haltak meg. Például a szentpétervári Alekszandr Suvorov Múzeum raktáraiban több tucat ónkatona egyszerűen porra morzsolt a fűtés áttörése miatt. Ez történt a világ többi múzeumában.

Ólom nélküli ólommentes forrasztók létrehozásához különféle alkotóelemeket adnak hozzá: réz, cink, ezüst, arany, indium. Ezek az adalékanyagok lehetővé teszik a szürke ón képződésének elkerülését, megvédik magukat az ónjárványtól.

Az elektronikai alkatrészek forrasztására a következõ összetételû forrasztásokat használják leggyakrabban: ón - 52%, indium - 48%; ón - 91%, cink - 9%; ón - 97%, ezüst - 2,3%, réz - 0,7%. Nincsenek veszélyes fémek. Ezen forrasztók olvadáspontja 300 ° C körüli, ez szignifikánsan magasabb, mint az ón-ólom forrasztók olvadáspontja.Bárki, aki valaha is javította a modern elektronikát, ezt nagyon jól tudja.

A ártalmatlanság ára az, hogy az ólommentes forrasztók kevésbé folyékonyak az olvadt állapotban, és a forrasztott felületek alacsonyabb nedvességtartalmúak. Az ólommentes forrasztókkal történő forrasztáshoz használt speciális folyadékok segítenek megvédeni ezt a hátrányt. Mindazonáltal az ólommentes forrasztókkal készített varratok minõsége rosszabb, mint az ón-ólom forrasztók használatakor. A tudomány azonban nem áll meg, folyamatosan kutatásokat végeznek az ólommentes forrasztók minőségének javítása érdekében, hogy a pótlás egyenértékű legyen.

Számos modern mikroáramkör kapható BGA esetekben (angol gömbháló tömb - gömbök tömbje). A szokásos következtetések - ezen mikroáramkörök lábai nem. Szerepet játszanak a forrasztott golyók, amelyek a test alsó részén helyezkednek el az érintkezőbetéteken. Az ilyen mikroáramkörök forrasztásához új típusú forrasztók jelentkeztek - forrasztópaszták, szitálási módszerrel.

A forrasztópaszták több komponensből állnak: maga a forrasztóanyag finom por formájában, azonos méretű fluxusú szilárd részecskék. Ezek az alkotóelemek kötőanyagok, elsősorban folyékony fluxus komponensek és illékony oldószerek jelenléte következtében pasztavá válnak.

Nyilvánvaló, hogy az ilyen mikroáramköröket nem lehet megforrasztani egy szokásos forrasztópáka segítségével. Ehhez speciális forrasztási módszereket kell alkalmazni, amelyekben a melegítést forró levegővel vagy infravörös sugárzással hajtják végre. E célokra forró levegő vagy infravörös forrasztóállomásokat használnak.

A cikk folytatása: Elektromos forrasztópáka. Típusok és minták