Spájkovanie je prekvapivo ľahké, ak viete, čo robíte. Ten je kritický, pretože remeslo zahŕňa manipuláciu s komponentmi, ktoré vydržia maximálne 250 ° F, s nástrojom, ktorý pracuje pri 650 ° F.
Okraj pre chyby je tu dosť malý a chyby sú často katastrofické a drahé, čo väčšinu začiatočníkov odrádza od vytrvalosti prostredníctvom počiatočných zlyhaní. Tomu sa však dá úplne vyhnúť tým, že získate základy hneď na začiatku.
Pokračujte v čítaní, aby ste sa naučili základy spájkovania a ušetrili ste sa hrôzy zuhoľnatenej elektroniky a zlomených snov.
Prečo by ste sa mali obťažovať spájkovaním?
Na najzákladnejšej úrovni spájkovanie vytvára spoľahlivé elektrické (a následne mechanické) spojenia medzi vodivými kovovými súčasťami. To zahŕňa lepenie páru vodičov alebo elektronického komponentu na dosku s plošnými spojmi (PCB).
Kritickí myslitelia medzi vami by sa mohli čudovať, prečo nie len skrútiť drôty k sebe alebo pripevniť súčiastky na dosky plošných spojov pomocou matíc a skrutiek. Tento prístup má dva hlavné problémy. Na začiatku nie sú tieto spojenia mechanicky stabilné pri pohybe alebo vibráciách. Za druhé, aj keď sú mechanicky zdravé, spojovacie prvky nie sú vôbec elektricky stabilné.
Hľadali sme vstupy od Doktor Lakshmi Narayan Ramasubramanian z Katedra materiálovej vedy a inžinierstva na Indickom technologickom inštitúte v Dillí, kvôli objasneniu niektorých technickejších aspektov spájkovania.
Citlivá elektronika absolútne potrebuje elektrické spoje s nízkym odporom, aby si zachovala konzistentnú vodivosť počas celej životnosti výrobku. To je ťažké dosiahnuť jednoduchým spojením komponentov so spojovacími prvkami. Nevyhnutná vzduchová medzera medzi komponentmi v takýchto spojoch vedie k oxidácii (alebo hrdzaveniu železných kovov), čo výrazne znižuje elektrickú vodivosť. Tieto prekážky robia spájkovanie nepostrádateľným pre presné elektronické aplikácie nízkeho napätia.
Súvisiace: Ako aktualizovať 3D tlačiareň Ender-3
Keď spájkujete dve zložky, samotná spájka sa spojí s kovom (zvyčajne meďou) za vzniku úplne novej zliatiny. Spájkovanie v zásade spája zložky na molekulárnej úrovni, pričom nezanecháva vzduchovú medzeru, a tým eliminuje možnosť oxidácie. Pridaná mechanická stabilita je vítaným bonusom.
Spojenie kovov ich tavením je riskantný návrh vzhľadom na to, ako je väčšina polovodičových súčiastok dimenzovaná na prevádzku pri maximálnej teplote 250 ° F. Použitie tepla na tavenie vodičov integrovaného čipu s doštičkami na doske plošných spojov nie je možné, pretože meď sa topí pri očiach lahodiacich 1984 ° F. Smažíte komponent dlho predtým, ako vytvoríte spoľahlivý spoj.
Tu vstupuje do hry jedinečné zloženie a termodynamické vlastnosti spájky.
Spájka je eutektická zliatina pozostávajúca z olova a cínu. Eutektický bit je dôležitý, pretože umožňuje roztavenie zliatiny pri výrazne nižšej teplote v porovnaní s jej kovmi. Kým sa čisté olovo a cín topí pri 620 ° F respektíve 450 ° F, spájkovacia zliatina pozostávajúca z týchto dvoch kovov zmiešaných v pomere 63:37 začne prúdiť už pri 361 ° F.
Aj keď sa spájkovanie môže zdať ako tavenie medených drôtov alebo komponentných vodičov na dosku plošných spojov, v skutočnosti tento proces funguje tak, že sa využíva pôsobenie spájky na kovové rozpúšťadlo. Keď sa do vedení medenej zložky zavedie horúca spájka, funguje to ako rozpúšťadlo prenikajúce a rozpúšťajúce odhalené medené povrchy. Toto pôsobenie rozpúšťadla ich spája na molekulárnej úrovni za vzniku úplne novej zliatiny v intermetalickej vrstve.
Tento jav sa nazýva zvlhčovací účinok a je pre tento proces absolútne kritický spájkovanie - to znamená transformácia nesúrodých komponentov na spojité a elektricky vodivé teleso hybridná zliatina.
Súvisiace: Vzrušujúce projekty elektroniky pre domácich majstrov, ktoré zvládnu menej ako 15 dolárov
Porážka oxidácie tavivom
Účinok spájky na kovové rozpúšťadlo je samotným základom úspešných spájkovaných spojov. Z praktického hľadiska však spájka nemôže sama začať zvlhčovanie. Tento proces je katalyzovaný dodávaním tepla do vodičov spájky aj medi.
To je problém, pretože teplo tiež spôsobuje, že exponované medené povrchy rýchlo oxidujú v prítomnosti vzduchu. Nasledujúca hraničná vrstva oxidu funguje ako bariéra, ktorá znemožňuje zvlhčenie. Problém sa zhoršuje s nečistotami, špinou, olejmi z prstov, tukom a inými nečistotami prítomnými na povrchoch komponentov. Tieto ďalej inhibujú pôsobenie kovového rozpúšťadla potrebné na úspešný spájkovaný spoj.
Môžete skúsiť povrchy vyčistiť, ale v okamihu, keď na medené vodiče znova použijete teplo, stretnete sa s úplne novou vrstvou oxidu. Keby len existoval spôsob, ako odstrániť vrstvu oxidu pri spájkovaní. Presne to tok robí.
Flux sa skladá z kolofónie, čo je pevná forma živice získavanej z rastlín. Na účely elektroniky sa kolofónia používa buď samotná, alebo v kombinácii s miernymi aktivátormi, ktoré umožňujú, aby výsledný tok zostal pri izbovej teplote nekorozívny a nevodivý. Ten sa stane dostatočne aktívnym na chemické čistenie oxidov a iných kontaminantov, ak je dodávaný s dostatkom tepla.
Keď potiahnete povrchy určené na spájkovanie tavivom, teplo aplikované počas procesu spájkovania tok katalyzuje a odstráni nečistoty. To odhalí čistú meď a umožní zmáčanie. Tavivo je možné nanášať na súčiastky pred spájkovaním, ale taktiež sa zavádza počas procesu samotným spájkovacím drôtom.
Väčšina moderných spájkovacích drôtov má vnútorné jadro vyplnené taveninou kolofónie, ktorá sa automaticky vydáva pri spájkovaní.
Kedy spájkovať a kedy nie spájkovať
Teraz, keď sme zistili vedu o spájkovaní, je rovnako dôležité vedieť, kedy spájkovať a kedy je zlý nápad to urobiť. Všetko, čo zahŕňa PCB, je takmer výlučne spájkované. Tento proces ponúka vynikajúcu elektrickú vodivosť a slušný stupeň mechanického upevnenia, pričom výrazne znižuje celkovú veľkosť vašich projektov v oblasti elektroniky.
Niekedy sa však vyplatí vedieť, kedy presne by ste sa nemali uchýliť k spájkovaniu.
Zatiaľ čo drôty je možné spájkovať buď navzájom, alebo na dosky plošných spojov, musíte to znova zvážiť, kedykoľvek požadovaná aplikácia zahŕňa akýkoľvek stupeň pohybu alebo vibrácií. Automobilový priemysel, robotika a aplikácie 3D tlače sú skvelými príkladmi tam, kde je spájkovanie obvykle obmedzené na dosky plošných spojov a kategoricky sa ním vyhýbajú všetky káblové koncovky.
Je to preto, že spájkované spoje sú tvrdé, ale krehké, a preto citlivé na únavu z ohybu. Rozhodne nie je žiaducou vlastnosťou elektrických spojov vystavených neustálym vibráciám a pohybu. Spájkované káble v takýchto aplikáciách podliehajú ohybovej únave a v dôsledku toho zlyhávajú v krehkých spojoch.
To je dôvod, prečo sú v týchto aplikáciách káblové zakončenia vystavené takýmto silám zvinuté namiesto spájkované.
Aj keď to môže znieť neintuitívne, spájkovanie nie je jediný spôsob, ako dosiahnuť plynotesné spoje odolné voči oxidácii. Obrovský tlak vytváraný počas lisovania taví medené vodiče na molekulárnej úrovni, vďaka čomu sú dokonale plynotesné.
Krimpované spoje sú v skutočnosti mechanicky aj elektricky lepšie ako spájkované náprotivky a zároveň sú odolné voči únave z ohybu. Dr. Ramasubramanian uvádza absenciu intermetalických kovov v krimpovaných spojoch ako primárny dôvod pre rozhranie z čistej medi, ktoré vykazuje zlepšenú vodivosť voči spájkovaným spojom.
Tiež vysvetľuje, že spojenie zvlnených spojov meď-meď je vo svojej podstate silnejšie, pretože podobné atómy majú tendenciu vytvárať silné, stabilné väzby. Na druhej strane sa relatívne odlišné atómy medi, olova a cínu nachádzajúce sa v spájkovaných spojoch relatívne tvoria slabšie väzby, ktoré sú pod neustálym namáhaním, čo zase urýchľuje únavové praskanie pri mechanickom namáhaní stres.
Súvisiace: Príručka pre začiatočníkov k 3D tlačiarňam Voron pre domácich majstrov
Aj preto v motorovom priestore vášho vozidla nenájdete jediné spájkované zakončenie kábla. To isté platí pre 3D tlačiarne a akékoľvek iné zariadenie, ktoré je vystavené neustálym vibráciám a pohybu.
Čím viac vieš
Vedieť základnú mechaniku spájkovania a kedy je vhodné ju aplikovať na vaše projekty bude znamenať rozdiel medzi úspechom a stovkou dolárov v poškodenej elektronike.
Ak máte záujem o elektroniku, budete potrebovať spájkovačku. Tu sú pre vás najlepšie spájkovačky.
Čítajte ďalej
- DIY
- Elektronika
Spoločnosť Nachiket počas svojej 15 -ročnej kariéry pokryla rôzne technologické beaty, od videohier a hardvéru pre počítače po smartfóny a kutily. Niektorí hovoria, že jeho články pre domácich majstrov slúžia ako ospravedlnenie pre to, aby jeho 3D tlačiareň, vlastná klávesnica a závislosť na RC boli manželke vydávané za „obchodné výdavky“.
prihlásiť sa ku odberu noviniek
Pripojte sa k nášmu bulletinu a získajte technické tipy, recenzie, bezplatné elektronické knihy a exkluzívne ponuky!
Kliknutím sem sa prihlásite na odber
