Поялници и запояващи станции

Запояването е процесът на съединяване на части чрез въвеждане на разтопен материал между тях - спойка, температурата на която по правило е по-ниска от температурата на топене на частите, които трябва да бъдат съединени. Целта на запояването е да се получи механична връзка или електрически контакт. По-долу ще разгледаме основно запояване на електронни компоненти.

Малко история

Запояването на металите се е използвало в древни времена. Смята се, че тази технологична операция съществува поне 5000 години. Дори когато човечеството не е познавало желязо и стомана, медта, златото и техните сплави станаха широко разпространени. Но дори и тогава, главните хазари използваха свързването на части от продуктите с помощта на запояване.

Археолозите са открили златни съдове, дръжките на които са споени със злато, както и сплави от злато и сребро. Златни предмети със следи от запояване са открити при разкопки на гробниците на древната държава Вавилон. Учените датират находки 3200 г. пр.н.е.

Изпечени бижута бяха открити и в египетските пирамиди. Този факт доказва, че изкуството на запояване е било известно в древен Египет още през второто хилядолетие преди Христа. Най-интересното е, че египтяните не са споявали с чисто злато, а са измислили начин да намалят температурата на топене на златната спойка.

За тази цел златният прах беше отпален в дървен въглен на прах. В резултат на това повърхностният слой злато се насища с въглерод (в технологията на металите този процес се нарича циментация) и се получава златно-въглеродна сплав. Точката на топене на тази сплав беше малко по-ниска от тази на чистото злато. Такива припои се наричат ​​твърди.

Меките припои на базата на калай и олово са споменати в съчиненията на римския писател и учен Плиний, най-възрастният, живял през I век сл. Така в есето „История на природата“ се споменава използването на два припоя за оловно олово - тетрарий (2/3 олово, 1/3 калай) и аргентария (50% олово и 50% калай). Най-интересното е, че все още се използват такива сплави. Първата от тях често се нарича третична, а втората половина.

По време на разкопките на Помпей, загинали по време на изригването на вулкана Везувий, археолозите откриват оловни водопроводи, свързването на които е направено от спояващи припоя с калаено олово. Същите тръби са открити при разкопки в Либия и Нубия.

При разкопки на селища от ІV-V в. Сл. Хр. На територията на горната област на Волга са открити предмети, по-специално ножове, споени с мед. В Киевска Рус майсторите запояваха брави, ключове, ножове с мед чрез спояване, което показва високите технически познания на майсторите от онези древни години.

Ръчно запояване на ютии за запояване

По този начин може да се счита, че запояването на желязо, мед и неговите сплави, както и алуминий, се появи само след запояване на благородни метали. По-късно се появяват инструменти за ръчно запояване. Такива ютии за запояване се наричаха нагреватели и се нагряват във фурна.

По-късно за тези цели започват да се използват бензинови факели. Към днешна дата се използват ютии за топлинно запояване и можете да закупите такъв поялник дори в онлайн магазините. Появата на термопоялото е показана на фигура 1.

Фигура 1. Топло поялник

Електрически поялник

И едва през 1921 г. е създадено електрическо поялник. Ернст Сакс, по-късно основател на ERSA, получи патент за изобретението. Благодарение на изобретателното предприятие, електрическият поялник бързо спечели световната симпатия, като първообраз за създаването на различни дизайни на спояващи инструменти. Оказва се, че в момента електрическият поялник има много уважавана възраст от 93 години. Първият електрически поялник е показан на фигура 2.

Фигура 2. Първият електрически поялник

Поялото има форма на люка, приличаше на термопояло и е предназначено главно за калайдисване. Подобни ютии за запояване съществуват и до днес. Мощността на такива запояващи ютии е в диапазона от 500 ... 800 вата. Използват се предимно за запояване на големи части, като автомобилни радиатори, градински поливни кутии, кофи и др.

Как е електрическо поялник

Принципът на работа на електрически поялник е доста прост. Около спояващия прът, който често се нарича жило, е спирала от тел с високо съпротивление. При преминаване през токова спирала се загрява и получената топлина се отдава на спояващия прът. Естествено, спиралата е изолирана от върха и от тялото чрез топлоустойчив изолатор. Като изолатор най-често се използва слюда. Това е класическата схема на поялник, оцелял до наше време.

Поялнически ютии от съветско време

В съветско време индустрията произвеждаше много различни пояси за запояване. В любителската радио практика най-често се използват запояващи ютии от серията EPSN с мощност 25 ... 100W и все още се използват. В паспорта, прикрепен към поялника, е написано: „Дизайнът на поялника е неразделим.“ Вярно е, че за заслуга на производителите трябва да се каже, че тези запояващи ютии служат дълго време. Появата на тези поялници е показана на фигура 3.

Фигура 3. Поялници от серията EPSN

Но не всичко е толкова лошо и грубо. При някои поялници спиралата се поставя в керамична сърцевина с жлеб, сърцевината от своя страна се вкарва в керамична чаша. В централния отвор на сърцевината се вкарва запояващ прът - жило и без слюда. Сглобеният нагревател се вкарва в метален калъф с дървена дръжка. Предимството на този дизайн е, че е сгъваем, така че в комплекта беше продадена резервна спирала.

Малко по-късно се появиха миниатюрни поялници от серия ERA с мощност 18 и 25 W, които бързо спечелиха популярност сред радиолюбителите и телемастерите. Появата на поялника е показана на фигура 4.

Фигура 4. поялник от серия ERA

С помощта на такива спояващи ютии беше доста удобно да се запояват транзистори, както и микросхеми в случаи като DIP и подобни с стъпка от 2,54 мм. За да осигурите необходимата температура за запояване, препоръчително е да включите тези поялници чрез тиристорен регулатор на мощността. С това включване качеството на запоените фуги зависи главно от квалификацията, дори и от изкуството, от инсталатора.

Чиповете в DIP пакетите са вече минало. Сега почти цялото електронно оборудване се произвежда с SMD компоненти, размерите на които са много малки. Следователно е трудно да се осигури висококачествено запояване с споените ютии, описани по-горе. Модерните запояващи ютии се използват като правило като част от запояващи станции.

Прочетете повече за станциите за запояване тук:Как да изберем станция за запояване

Нагревателните елементи са изработени от керамика и имат интегрирана термодвойка, което в комбинация с цифров дисплей ви позволява да поддържате дадена температура в широк диапазон, освен това, много точно. Някои ютии имат термостати, вградени точно в дръжката. Пример за такъв поялник е поялникът CT-96, произведен от CT-Tools. Появата на поялника е показана на фигура 5.

Фигура 5. Поялно желязо CT-96

Фиг. 6. Поялна станция

Температурата на запояване зависи преди всичко от точката на топене на припоите. По време на инсталирането и ремонта на електронно оборудване, като правило, се използват меки припои.

Видове припои

Всички продавачи могат да бъдат разделени на два вида: твърди и меки. Спояващите сплави имат висока точка на топене - над 300 ° C и осигуряват висока механична якост на връзката. Най-широко използвани са твърдите ПМС медно-цинкови сплави и сплави на база сребро PSR, които са сплави с различни добавки.

Точката на топене на клас на спойка ПСр-70 780 ° С, ПСр-10 830 ° С, ПМЦ-36 825 ° С, ПМЦ-51 870 ° С.Очевидно е, че такива припои са напълно неподходящи за запояване на електронни платки.

Следователно, меки припои се използват за инсталиране на електронни вериги, чиято температура на топене не надвишава 300 ° C. Основно използвани са оловно-оловни продавачи на марката POS-61. POS-63, чиято точка на топене е 190 ° C. Тези припои са евтектични, тоест имат еднакви температури на топене и кристализация.

Самото име говори за химичния състав на тези припои: POS-61 съдържа 61% калай, останалото е олово, POS-63, съответно, 63% калай, останалото е олово. Тези припои се използват само за ръчно запояване и осигуряват добро качество на спойка. В паспортите на поялките беше написано: „Появането трябва да е блестящо, контурно“.

POS продавачите имат висока електрическа проводимост, висока течливост в разтопено състояние и достатъчна механична якост. Комбинацията от тези свойства позволява висококачествено запояване на печатни платки, пружинни окачвания на измервателни уреди, многожилни тънки високочестотни проводници от типа Litzendrat, както и критични части, изработени от мед, бронз, месинг, стомана. Когато използвате флюси за спояване на алуминий, алуминиевите части са много добре споени, например намотки на трансформатори и дросели в домакински уреди.

В случаите, когато прегряването на запоените части е крайно нежелателно, се използват припои с ниска температура. Една от тях е Дървесната сплав: калай - 12,5%, олово - 25%, бисмут - 50% и кадмий - 12,5%. Точката на топене на тази спойка е само 70 ° C. Тази температура се нарича особено ниска. Дървесната сплав се използва и като добавка за намаляване на температурата на топене на припои без олово при запояване на части от печатни платки. Такава добавка ви позволява да спойкате елементи, без да повредите платката и самата част.

Както знаете, оловото се счита за метал отровен, неговите изпарения са изключително вредни за човешкия организъм. Ето защо напоследък все по-често оловите припои се използват за запояване на електронно оборудване, особено за битови. Продавачите без олово са почит към изискванията за екология и защита на труда.

Оловни безплатни продавачи

Най-екологичната и безопасна спойка трябва да се счита, очевидно, чист калай. Именно калай се използва в хранителната промишленост за консерви за консерви - калай. Но, за съжаление, досадни недостатъци са присъщи на такава спойка. На първо място, това е "чумата от чурулика".

При температури под 13,2 ° C, специфичният обем на чистият калай се увеличава с повече от 25%, което води до образуването на друга фаза на веществото, така наречената сива калай. Освен това, колкото по-ниска е температурата, толкова по-интензивен е процесът на конверсия. При температура от -33 ° C, калайът се превръща в сив прах, дажбите просто се рушат. Ясно е, че такава спойка не е добра.

Но не само дажбите се разпадат. Така през 1912 г. именно калаената чума е причинила смъртта на експедицията на Робърт Фалкон Скот до Южния полюс. Експедицията остана без гориво, което изтече през запоени шевове в резервоарите за гориво.

Поради калаената чума загиват много културни ценности, по-специално колекциите от калаени войници. Например в складовете на музея на Александър Суворов в Санкт Петербург няколко десетки калаени войници просто се разпаднаха в прах поради пробив в отоплението. Това се случи и в други музеи по света.

За да създадете припои на базата на олово без калай, към него се добавят различни компоненти: мед, цинк, сребро, злато, индий. Тези добавки ви позволяват да избегнете образуването на сив калай, да се предпазите от калаена чума.

Припои на следните състави най-често се използват за запояване на електронни компоненти: калай - 52%, индий - 48%; калай - 91%, цинк - 9%; калай - 97%, сребро - 2,3%, мед - 0,7%. Не се наблюдават вредни метали. Точката на топене на тези припои е в областта на 300 ° С, което е значително по-високо от това на припоя с оловно олово.Всеки, който някога е ремонтирал съвременна електроника, знае това много добре.

Цената за безвредност е, че всички продавачи без олово имат по-малка течливост в разтопено състояние и по-ниска омокряемост на споените повърхности. Специални флюси, използвани за запояване с безоловни припои, помагат да се предпазят от този недостатък. Независимо от това, качеството на шева, направен с припои без олово, е по-лошо, отколкото при използване на припои за оловно олово. Но науката не стои неподвижно, непрекъснато се провеждат изследвания за подобряване на качеството на продавачите без олово, така че замяната да е еквивалентна.

Много съвременни микросхеми са налични в случаи на BGA (английски Ball grid array - масив от топки). Обичайните изводи - краката на тези микросхеми не го правят. Тяхната роля се играе от топчета от спойка, отложени върху контактните подложки в долната част на тялото. За запояване на такива микросхеми се появиха нови видове спойка - пасти за запояване, приложени по екранен метод.

Пастите за запояване се състоят от няколко компонента: самата спойка под формата на фин прах, твърди частици от флюс със същия размер. Тези компоненти стават паста поради присъствието на свързващи вещества, предимно компоненти на течен флюс и летливи разтворители.

Ясно е, че такива микросхеми не могат да бъдат запоени с обикновен поялник. Това изисква използването на специални методи за запояване, при които нагряването се извършва чрез горещ въздух или инфрачервено лъчение. За тези цели се използват станции за горещ въздух или инфрачервено заваряване.

Продължение на статията: Електрически ютии за запояване Видове и дизайн