Soldeerbouten en soldeerstations

Solderen is het proces waarbij delen worden verbonden door gesmolten materiaal ertussen te brengen - soldeer, waarvan de temperatuur in de regel lager is dan de smelttemperatuur van de te verbinden delen. Het doel van solderen is om een ​​mechanische verbinding of elektrisch contact te verkrijgen. Hieronder zullen we vooral het solderen van elektronische componenten overwegen.

Een beetje geschiedenis

Het solderen van metalen werd in de oudheid gebruikt. Er wordt aangenomen dat deze technologische operatie al minstens 5000 jaar bestaat. Zelfs toen de mensheid geen ijzer en staal kende, werden koper, goud en hun legeringen wijdverbreid. Maar zelfs toen gebruikten master chasers de verbinding van delen van producten met behulp van solderen.

Archeologen hebben gouden vaten gevonden, waarvan de handgrepen waren gesoldeerd met goud, evenals legeringen van goud en zilver. Gouden voorwerpen met sporen van solderen werden gevonden tijdens opgravingen van de graven van de oude staat Babylon. Wetenschappers dateren van vondsten 3200 v.Chr

Gesoldeerde sieraden werden ook gevonden in de Egyptische piramides. Dit feit bewijst dat de kunst van het solderen bekend was in het oude Egypte in het tweede millennium voor Christus. Het meest interessante is dat de Egyptenaren niet met puur goud soldeerden, maar een manier bedachten om het smeltpunt van goudsoldeer te verlagen.

Voor dit doel werd het goudpoeder gegloeid in houtskoolpoeder. Als een resultaat was de oppervlaktelaag van goud verzadigd met koolstof (in de metaaltechnologie wordt dit proces cementering genoemd) en werd een goud-koolstoflegering verkregen. Het smeltpunt van deze legering was iets lager dan dat van puur goud. Dergelijke soldeeraren worden solide genoemd.

Zachte soldaten op basis van tin en lood worden genoemd in de geschriften van de Romeinse schrijver en wetenschapper Plinius - de oudste, die in de 1e eeuw na Christus leefde. Dus in het essay vermeldt "History of Nature" het gebruik van twee soldeer met tin-lood - tetrarium (2/3 lood, 1/3 tin) en argentaria (50% lood en 50% tin). Het meest interessante is dat dergelijke legeringen nog steeds worden gebruikt. De eerste wordt vaak een tertiair genoemd en de tweede helft.

Tijdens de opgravingen van Pompeii, die stierven tijdens de uitbarsting van de vulkaan Vesuvius, ontdekten archeologen loodwaterpijpen, waarvan de verbinding werd gemaakt door soldeer met tin-lood. Dezelfde pijpen werden gevonden bij opgravingen in Libië en Nubië.

Tijdens opgravingen van nederzettingen in de 4e-5e eeuw na Christus werden voorwerpen gevonden op het grondgebied van de regio Boven-Wolga, in het bijzonder messen gesoldeerd met koper. In Kievse Rus soldeerden meesters sloten, sleutels, messen met koper door solderen, wat de hoge technische kennis van de meesters uit die oude jaren aangeeft.

Handsoldeer Soldeerbouten

Aldus kan worden aangenomen dat het solderen van ijzer, koper en zijn legeringen, evenals aluminium, pas verscheen na het solderen van edele metalen. Later verschenen er hulpmiddelen voor handmatig solderen. Dergelijke soldeerbouten werden verwarmers genoemd en in een oven verwarmd.

Later werden voor deze doeleinden benzine blaastoortsen gebruikt. Warmte-soldeerbouten worden tot op heden gebruikt en je kunt zo'n soldeerbout zelfs in online winkels kopen. Het uiterlijk van de warmte-soldeerbout is weergegeven in figuur 1.

Figuur 1. Warmte soldeerbout

Elektrische soldeerbout

En pas in 1921 werd een elektrische soldeerbout gemaakt. Ernst Sachs, later de oprichter van ERSA, ontving een patent op de uitvinding. Dankzij de inventiviteit van de uitvinder kreeg een elektrische soldeerbout snel wereldwijde sympathie, een prototype voor het maken van verschillende ontwerpen van soldeergereedschap. Het blijkt dat de elektrische soldeerbout op dit moment een zeer respectabele leeftijd van 93 jaar heeft. De eerste elektrische soldeerbout is weergegeven in figuur 2.

Figuur 2. De eerste elektrische soldeerbout

De soldeerbout had de vorm van een strijdbijl, was vergelijkbaar met een warmte-soldeerbout en was hoofdzakelijk bedoeld voor het inblikken. Soortgelijke soldeerbouten bestaan ​​tot op de dag van vandaag. Het vermogen van dergelijke soldeerbouten ligt in het bereik van 500 ... 800 watt. Ze worden voornamelijk gebruikt voor het solderen van grote onderdelen, zoals autoradiatoren, tuingieters, emmers, enz.

Hoe is een elektrische soldeerbout

Het werkingsprincipe van een elektrische soldeerbout is vrij eenvoudig. Rond de soldeerstaaf, die vaak een steek wordt genoemd, bevindt zich een spiraal van draad met een hoge weerstand. Wanneer het door een stroomspiraal gaat, wordt het warm en wordt de ontvangen warmte aan de soldeerstaaf gegeven. Vanzelfsprekend wordt de spiraal geïsoleerd van de punt en van het lichaam door een hittebestendige isolator. Als isolator wordt mica het meest gebruikt. Dit is het klassieke schema van een soldeerbout die onze tijd heeft overleefd.

Soldeerbouten uit het Sovjettijdperk

In de Sovjettijd produceerde de industrie veel verschillende soldeerbouten. In de amateurradiopraktijk werden de EPSN-serie soldeerbouten met een vermogen van 25 ... 100W het meest gebruikt, en worden nog steeds gebruikt. In het paspoort dat aan de soldeerbouten was bevestigd, stond: "Het ontwerp van de soldeerbout kan niet worden gescheiden." Toegegeven, tot eer van de fabrikanten moet worden gezegd dat deze soldeerbouten lang hebben gediend. Het uiterlijk van deze soldeerbouten is weergegeven in figuur 3.

Figuur 3. Soldeerbouten van de EPSN-serie

Maar niet alles is zo slecht en hard. In sommige soldeerbouten wordt de spiraal in een keramische kern met een groef geplaatst, de kern wordt op zijn beurt in een keramische kom gestoken. Een soldeerstaaf wordt in het centrale gat van de kern gestoken - een steek en geen mica. De geassembleerde verwarming wordt in een metalen kast met een houten handvat geplaatst. Het voordeel van dit ontwerp is dat het inklapbaar is, dus een reserve spiraal werd in de set verkocht.

Even later verschenen miniatuur soldeerbouten uit de ERA-serie, met een capaciteit van 18 en 25 W, die snel populair werden bij radioamateurs en telemasters. Het uiterlijk van de soldeerbout is weergegeven in figuur 4.

Figuur 4. ERA-serie soldeerbout

Met behulp van dergelijke soldeerbouten was het vrij comfortabel om transistors te solderen, evenals microschakelingen in gevallen zoals DIP en dergelijke met een steek van 2,54 mm. Om de vereiste soldeertemperatuur te garanderen, is het raadzaam om deze soldeerbouten in te schakelen via een thyristor power controller. Met deze opname hangt de kwaliteit van soldeerverbindingen voornamelijk af van kwalificaties, zelfs niet van kunst, de installateur.

Chips in DIP-pakketten zijn al verleden tijd. Nu wordt bijna alle elektronische apparatuur vervaardigd met SMD-componenten, waarvan de afmetingen erg klein zijn. Daarom is het moeilijk om solderen van hoge kwaliteit te garanderen met de hierboven beschreven soldeerbouten. Moderne soldeerbouten worden in de regel gebruikt als onderdeel van soldeerstations.

Lees hier meer over soldeerstations:Hoe een soldeerstation te kiezen

De verwarmingselementen zijn gemaakt van keramiek en hebben geïntegreerd thermokoppel, wat u in combinatie met een digitaal display bovendien een zeer nauwkeurige temperatuur over een breed bereik laat behouden. Sommige soldeerbouten hebben thermostaten ingebouwd in het handvat. Een voorbeeld van een dergelijke soldeerbout is de CT-96 soldeerbout vervaardigd door CT-Tools. Het uiterlijk van de soldeerbout is weergegeven in figuur 5.

Figuur 5. Soldeerbout CT-96

Fig. 6. Soldeerstation

De soldeertemperatuur hangt voornamelijk af van het smeltpunt van de soldeer. Tijdens de installatie en reparatie van elektronische apparatuur worden in de regel soft-soldaten gebruikt.

Soorten soldaten

Alle soldaten kunnen in twee soorten worden verdeeld: hard en zacht. Soldeermiddelen hebben een hoog smeltpunt - meer dan 300 ° C en bieden een hoge mechanische sterkte van de verbinding. De meest gebruikte zijn solide koper-zinklegeringen van het merk PMC en legeringen op basis van zilveren PSR, legeringen met verschillende additieven.

De smelttemperatuur van de soldeerkwaliteit ПСр-70 780 ° C, ПСр-10 830 ° C, ПМЦ-36 825 ° C, ПМЦ-51 870 ° C.Het is duidelijk dat dergelijke soldeers volledig ongeschikt zijn voor het solderen van elektronische borden.

Daarom worden zachte soldeerapparaten gebruikt voor de installatie van elektronische schakelingen waarvan de smelttemperatuur niet hoger is dan 300 ° C. Hoofdzakelijk gebruikt zijn tin-loodverkopers van het merk POS-61. POS-63, waarvan het smeltpunt 190 ° C is Deze soldeer is eutectisch, dat wil zeggen dat ze dezelfde smelt- en kristallisatietemperaturen hebben.

De naam zelf spreekt over de chemische samenstelling van deze soldeer: POS-61 bevat 61% tin, de rest is lood, POS-63 respectievelijk 63% tin, de rest is lood. Deze soldeer wordt alleen gebruikt voor handmatig solderen en biedt soldeerverbindingen van goede kwaliteit. Het is geschreven in de paspoorten van soldeerbouten: "Het solderen moet briljant zijn, contour".

POS-soldeersels hebben een hoge elektrische geleidbaarheid, een hoge vloeibaarheid in gesmolten toestand en voldoende mechanische sterkte. De combinatie van deze eigenschappen maakt hoogwaardig solderen van printplaten, veersuspensies van meetinstrumenten, meerstrengige dunne hoogfrequente draden van het Litzendrat-type, evenals kritische onderdelen van koper, brons, messing, staal mogelijk. Bij het gebruik van vloeimiddelen voor het hardsolderen van aluminium, zijn aluminium onderdelen ook zeer goed gesoldeerd, bijvoorbeeld wikkelingen van transformatoren en smoorspoelen in huishoudelijke apparaten.

In gevallen waarin oververhitting van de gesoldeerde delen uiterst ongewenst is, worden soldeerapparaten met lage temperatuur gebruikt. Een daarvan is de legering van Wood: tin - 12,5%, lood - 25%, bismut - 50% en cadmium - 12,5%. Het smeltpunt van dit soldeer is slechts 70 ° C. Deze temperatuur wordt bijzonder laag genoemd. De legering van hout wordt ook gebruikt als additief om het smeltpunt van loodvrije soldeer te verminderen bij het solderen van onderdelen van printplaten. Met een dergelijk additief kunt u elementen solderen zonder de printplaat en het onderdeel zelf te beschadigen.

Lood, zoals u weet, wordt beschouwd als een giftig metaal, de dampen zijn uiterst schadelijk voor het menselijk lichaam. Daarom worden loodvrije verkopers sinds kort steeds vaker gebruikt voor het solderen van elektronische apparatuur, vooral huishoudelijke apparaten. Loodvrije soldaten zijn een eerbetoon aan de eisen van ecologie en arbeidsbescherming.

Loodvrije soldaten

Het meest milieuvriendelijke en veilige soldeer moet blijkbaar als puur tin worden beschouwd. Het is tin dat in de voedingsindustrie wordt gebruikt voor het conserven van blikjes - tin. Maar helaas zijn vervelende fouten inherent aan zo'n soldeer. Allereerst is het de 'tinnen plaag'.

Bij temperaturen onder 13,2 ° C neemt het specifieke volume zuiver tin met meer dan 25% toe, wat leidt tot de vorming van een andere fase van de stof, het zogenaamde grijze tin. Bovendien, hoe lager de temperatuur, hoe intenser het conversieproces. Bij een temperatuur van -33 ° C verandert tin in een grijs poeder, rantsoenen verkruimelen eenvoudig. Het is duidelijk dat zo'n soldeer niet goed is.

Maar niet alleen rantsoenen vallen uiteen. Dus in 1912 was het de tinplaag die de dood van de expeditie van Robert Falcon Scott naar de Zuidpool veroorzaakte. De expeditie bleef achter zonder brandstof, die door gesoldeerde naden in de brandstoftanks lekte.

Door de tinplaag stierven veel culturele waarden, met name de collecties tinnen soldaatjes. In de bergingen van het Alexander Suvorov-museum in St. Petersburg bijvoorbeeld, verkruimelden enkele tientallen tinnen soldaten eenvoudig in stof vanwege een doorbraak in verwarming. Dit gebeurde in andere musea over de hele wereld.

Om loodvrije soldeer op basis van tin te maken, zijn er verschillende componenten aan toegevoegd: koper, zink, zilver, goud, indium. Met deze additieven kunt u de vorming van grijs tin vermijden, uzelf beschermen tegen tinplaag.

Verkopers van de volgende composities worden meestal gebruikt voor het solderen van elektronische componenten: tin - 52%, indium - 48%; tin - 91%, zink - 9%; tin - 97%, zilver - 2,3%, koper - 0,7%. Er worden geen schadelijke metalen waargenomen. Het smeltpunt van deze soldeeraren ligt rond de 300 ° C, wat aanzienlijk hoger is dan dat van soldeer met tinlood.Iedereen die ooit moderne elektronica heeft gerepareerd, weet dit heel goed.

De prijs voor onschadelijkheid is dat alle loodvrije soldeers minder vloeibaar zijn in de gesmolten toestand en een lagere bevochtigbaarheid van de gesoldeerde oppervlakken. Speciale vloeimiddelen die worden gebruikt voor solderen met loodvrije soldeer helpen beschermen tegen dit nadeel. Desalniettemin is de kwaliteit van een naad gemaakt met loodvrije verkopers slechter dan bij gebruik van tin-loodverkopers. Maar de wetenschap staat niet stil, er wordt voortdurend onderzoek verricht om de kwaliteit van loodvrije verkopers te verbeteren, zodat de vervanging gelijkwaardig is.

Veel moderne microschakelingen zijn beschikbaar in BGA-behuizingen (Engelse Ball grid array - een reeks ballen). De gebruikelijke conclusies - de benen van deze microschakelingen niet. Hun rol wordt gespeeld door ballen van soldeer afgezet op de contactpads in het onderste deel van het lichaam. Voor het solderen van dergelijke microschakelingen verschenen nieuwe soorten soldeer - soldeerpasta's toegepast door de schermmethode.

Soldeerpasta's bestaan ​​uit verschillende componenten: het soldeer zelf in de vorm van een fijn poeder, vaste deeltjes met een flux van dezelfde grootte. Deze componenten worden pasta door de aanwezigheid van bindmiddelen, voornamelijk vloeibare fluxcomponenten en vluchtige oplosmiddelen.

Het is duidelijk dat dergelijke microschakelingen niet met een gewone soldeerbout kunnen worden gesoldeerd. Dit vereist het gebruik van speciale soldeermethoden waarbij verwarming wordt uitgevoerd door hete lucht of infraroodstraling. Voor deze doeleinden worden hete lucht of infrarood soldeerstations gebruikt.

Vervolg van het artikel: Elektrische soldeerbouten. Typen en ontwerpen