Пайка — это процесс соединения двух или более электронных частей вместе путем плавления припоя вокруг соединения. Припой — это металлический сплав, и когда он остывает, он создает прочную электрическую связь между деталями. Несмотря на то, что пайка может создать постоянное соединение, его также можно отменить с помощью приспособления для удаления припоя.
Электромонтажные работы – процесс при котором выполняется монтаж внутрисхемных и внутримодульных электрических соединений, изделий входящих в состав устройств и объединённых одной электрической цепью.
К параметрам пайки относятся такие показатели, как:
• температура пайки;
• время выдержки при температуре пайки;
• скорость нагрева;
• скорость охлаждения.
К условиям пайки относятся:
• применяемые припои и флюсы;
• используемая газовая среда;
• необходимость приложения давления и др.
Для получения спая, то есть связи на границе «основной металл – припой», наряду с нагревом необходимо обеспечить еще два основных условия:
- удалить с поверхности металлов окисную пленку;
- обеспечить условия взаимодействия твердого и жидкого металлов.
Возможность образования спая между паяемым материалом и припоем называется паяемостью, то есть способностью основного материала вступать в физико-химическое взаимодействие с расплавленным припоем и образовывать паяное соединение.
Припой, флюс и температура
Все припои по температуре плавления делятся на припои для низкотемпературной пайки (температура их плавления ниже 450 °С) и припои для высокотемпературной пайки (температура их плавления выше 450 °С).
Припой — это легкоплавкий сплав металлов, предназначенный для соединения проводов, выводов, деталей и узлов пайкой. При пайке меди и сплавов применяют мягкие припои марки ПОС (оловянно-свинцовые), а также твердые припои ПМЦ (медноцинковые) и ПСр (серебряные).
Диаметр проволочного или трубчатого припоя должен быть в два раза меньше диаметра жала паяльника.
Флюс — это вспомогательный материал, который призван во время пайки удалять оксидную пленку с деталей, подвергаемых пайке, и обеспечивать хорошее смачивание поверхности детали жидким припоем.
Инструменты и принадлежности
- Паяльная станция (паяльник);
- USB-паяльник и PowerBank к нему;
- Паяльные жала (наконечники);
- Латунная или обычная губка;
- Припои и флюсы;
- Медная оплетка для снятия припоя;
- Удалитель припоя вакуумный;
- Мультиметр;
- Очки со сменными линзами и подсветкой;
- Мини тестер;
- Держатель с лупой «Третья рука»;
- Паяльный коврик;
- Зубная щетка (для промывки печатных плат);
- Изолента;
- Фен для термоусадки (ОПЦИОНАЛЬНО);
- Термоусадка в ассортименте;
- Малые стяжки;
- Электроотвертка (шуруповерт);
- Универсальный ключ для моторов и рам Головки 5.5мм - м3, 4.0мм - м2;
- Ключ для пропеллеров 1/4 (8 мм);
- Ключ для моторов;
- Луженый провод в силиконовой изоляции;
- Набор метизов;
- Клеевой состав для фиксации антенн и разъемов;
- Теплопроводящий клей Kafuter K-5203;
- Лак для изоляции плат (опционально).
Паяльная станция
Цифровой паяльник — устройство с керамическим нагревательным элементом, в котором есть микроконтроллер для управления мощностью нагрева и температурой.
Контроль нагрева. Контроллер отслеживает нагрев и, если температура растёт выше необходимой, паяльник отключается или переходит в режим поддержки.
Возможность смены жала. Для каждой модели существует солидный набор жал той или иной формы.
Универсальность. Почти все цифровые паяльники питаются от внешнего блока питания, который может быть разным.
Паяльная станция — это более продвинутая версия базовой автономной паяльной ручки. Если вы собираетесь много заниматься пайкой, паяльные станции подходят вам больше, поскольку они обеспечивают большую гибкость и контроль. Основное преимущество паяльной станции – это возможность точно регулировать температуру паяльника, что отлично подходит для множества проектов. Эти станции также могут создать более безопасное рабочее место, поскольку некоторые из них включают усовершенствованные датчики температуры, настройки предупреждений и даже защиту паролем для безопасности.
Паяльные жала (наконечники)
В конце большинства паяльников находится сменная деталь, известная как паяльное жало. Есть много разновидностей этого наконечника, и они бывают самых разных форм и размеров. Каждый наконечник используется для определенной цели и имеет явное преимущество перед другим. Наиболее распространенные наконечники, которые вы будете использовать в проектах по электронике, — это жало-конус и жало-клин.
Скошенный наконечник. Выглядит как будто кто-то срезал его под углом. Имеет форму конуса, либо форму колонны. В основном используется при пайке, где нужна плоская поверхность, например, при исправлении дорожек.
Жало-клин — этот наконечник хорошо подходит для пайки проводов или других более крупных компонентов из-за его широкого плоского наконечника.
Жало-конус — используется при пайке точной электроники из-за тонкого наконечника. Благодаря заостренному концу он может доставлять тепло в меньшие области, не влияя на окружающую среду.
Латунная или обычная губка
Использование губки поможет сохранить чистоту жала паяльника, удалив образующееся окисление.
Наконечники с окислением будут иметь тенденцию становиться черными и не принимать припой, ка когда они были новыми. Вы можете использовать обычную влажную губку, но это сокращает срок службы насадки из-за расширения и сжатия. Кроме того, влажная губка временно снизит температуру наконечника при протирании. Лучшая альтернатива — использовать латунную губку.
Влажная целлюлозная губка
Влажная губка — наиболее распространенный метод очистки наконечников. Это стандартный способ.
«+»
- Экономичность
- Высокоэффективна при очистке флюсовых кислот
- При чистке возможно длительное использование
«-»
- Мгновенно снижается температура жала
- Тепловой удар от воды может
- сократить срок службы наконечника
Латунная губка
В этой губке используются мягкие латунные спирали для быстрого припоя с наконечника без снижения температуры.
«+»
- Экономичность
- Отсутствие риска теплового удара для жала
- Некоторые модели идут как вкладыши в подставку
«-»
- Очищает не так хорошо, как вода
- При механическом воздействии сокращает срок службы наконечника
Припои и флюсы
Припой — это металлический сплав, который плавится для создания прочной связи между электрическими частями. Он выпускается как в свинцовом, так и в бессвинцовом вариантах с разными диаметрами. Внутри сердечника припоя находится материал, известный как флюс, который помогает улучшить электрический контакт и его механическую прочность.
Для пайки электроники чаще всего используется припой на основе канифоли, не содержащей свинца. Этот тип припоя обычно состоит из сплава олова и меди. Вы также можете использовать этилированный припой на основе канифоли 60/40 (60% олова, 40% свинца), но он становится все менее популярным из-за проблем со здоровьем. Если вы все же используете свинцовый припой, убедитесь, что у вас есть надлежащая вентиляция, и что вы моете руки после использования.
При покупке припоя НЕ используйте припой с кислотным сердечником, так как это может повредить ваши схемы и компоненты. Припой с кислотным сердечником продается в магазинах товаров для дома и в основном используется для сантехники и металлообработки.
Как упоминалось ранее, припой бывает нескольких диаметров. Припой большего диаметра хорош для более быстрой пайки больших соединений, но может затруднить пайку более мелких соединений. По этой причине всегда полезно иметь под рукой оба размера для разных проектов.
Припой для радиомонтажных работ бывает проволокой или трубчатый — с флюсом внутри.
Флюсы в припоях — как и вне припоев — очень существенно различаются по своим свойствам, простираясь от обычной канифоли до пригодных для лужения кастрюль агрессивных составов. Нас во флюсе интересуют по сути только две характеристики:
- наличие остатков и агрессивность. По крайней мере, если рассматривать только обычные
- оловяно-свинцовые или оловяно-медно-серебряные припои для пайки РЭА.
Наличие остатков определяет вид места пайки после, собственно, её завершения. Идеальный флюс оставляет после себя полностью прозрачный или слегка желтоватый остаток, который — даже без отмывки — минимально портит внешний вид места пайки. Флюс похуже оставляет после себя коричневый, хорошо заметный остаток, который очень хочется так или иначе отчистить.
Агрессивность определяет, насколько хорошо флюс помогает паять не идеально чистые поверхности — то есть покрытые тем или иным слоем окислов — без предварительной механической зачистки. С другой стороны, агрессивный остаток, не очищенный с платы после пайки, может вызвать коррозию дорожек и выводов (особенно при работе устройства в среде с высокой температурой и влажностью), а также уменьшить сопротивление между соседними выводами, вплоть до фатальных сбоев устройства.
Снятие лишнего припоя
Лишний припой лучше всего снимать куском медной оплетки от экранированных проводов смоченным в флюсе. Он работает как губка. Заполненный припоем кусок просто откусить и выбросить и можно использовать дальше.
Удалитель припоя вакуумный (Оловоотсос) — инструмент для удаления излишков припоя, который используется в работе с радиоэлектронным оборудованием.
Принцип работы: расплавленный оловянный припой втягивается внутрь оловоотсоса через узкое сопло. Устройство работает по принципу вакуумного насоса.
Дополнительные принадлежности для пайки и монтажа РЭА
UNI-T UT118A Мультиметр-пробник цифровой
Способный сам определять какой параметр измеряется (можно и вручную задать), сам отключается, работает от батарейки ААА, способен определять проводку в стене
Третья рука для пайки с лупой и подсветкой подставка для паяльника
Держатель — это устройство, к которому прикреплены 2 или более зажима, а иногда и увеличительное стекло / светильник. Эти зажимы помогут вам удерживать предметы, которые вы пытаетесь припаять, пока вы используете паяльник и припой.
Мультиметр
IdealChoice Лупа 14-кратная
Паяльные работы
- Следите за тем, чтобы нагретая часть паяльника не прикасалась в ходе пайки к электрическому проводу. Жало обладает очень высокой температурой, поэтому изоляция будет мгновенно повреждена. Дальше последует короткое замыкание.
- Перед началом работы проверьте целостность проводки и штепсельной вилки. Повреждения могут привести к тому, что ток замкнет непосредственно на вас.
- При работе с горячим паяльником необходимо использовать подставку. Так вы сможете безопасно расположить инструмент и не бояться, что он упадет на горючие материалы.
- Как канифоль, так и сам припой при плавлении выделяют большое количество вредных веществ. Работать в респираторе вас никто не принуждает, но проветривать помещение после каждой пайки просто жизненно необходимо. Через каждые 30 минут делайте небольшие перерывы со сквозным проветриванием помещения и не забудьте при этом отключать паяльник.
- Держите паяльник только за ручку.
Припои, флюсы, промывочные жидкости, используемые при ручной пайке и лужении, относятся к общетоксичным и раздражающим веществам.
Для предупреждения их воздействия необходимо содержать рабочее место в чистоте, работать под местной вытяжной вентиляцией на рабочем месте.
Индивидуальными средствами защиты являются: халат, перчатки трикотажные с полимерным покрытием типа «Мультекс», защитные маски, респираторы.
Вредные составляющие в трубчатых и проволочных припоях, флюсах, промывочных жидкостях.
Модифицированная канифоль (содержится в припоях Х39, JM-20, Crystal 502): может стать причиной раздражения при контакте с кожей и вдыхании паров при пайке.
Свинец в припоях.
При температуре пайки свыше 500ºС пары свинца достигают высокой концентрации, что может вызвать тошноту, слабость, судороги.
Промывочная жидкость VIGON EFM, флюс MF 210 (Х33-12i), WF-9942: могут стать причиной раздражения при контакте с кожей.
При изготовлении радиоэлектронной аппаратуры и приборов пайка и лужение соединений, а также обжиг изоляции сопровождаются выделением паров и аэрозоля вредных веществ. Например, при выполнении 100 ручных паек электропаяльниками мощностью 20—60 Вт припоями ПОС-40 и ПОС-61 в воздух помещения выделяется 0,02—0,04 мг свинца.
Кроме того, выделяется аэрозоль олова, а в ряде случаев — аэрозоль металлической сурьмы. При работе низкотемпературными канифольными флюсами выделяются пары этилового спирта, этилацетата и аэрозоль канифоли.
Улучшение воздушной среды достигается при помощи местной вытяжной вентиляции. Это можно сделать с помощью дымоуловителей или портативных фильтровентиляционных станций.
Рекомендации по пайке
Прежде чем приступить к пайке, необходимо подготовить паяльник, залужив жало припоем.
Этот процесс поможет улучшить передачу тепла от жала к паяльному элементу. Лужение также поможет защитить наконечник и уменьшить износ. Для этой цели использовать проволочный или трубчатый припой: обернуть несколько витков припоя вокруг кончика жала и нагреть его до расплавления припоя.
При работе с оригинальными паяльниками некоторых паяльных станций с использованием оригинальных наконечников импортного производства:
Категорически запрещается зачищать оригинальные наконечники к паяльникам напильником или грубыми абразивами, чтобы не повредить покрытие. Поврежденный наконечник следует заменить.
Оригинальные наконечники к импортным паяльникам изготовлены из меди, покрытой защитным слоем из чистого (99,9%) железа для устранения выгорания медной основы, и сверху покрыты защитным слоем хрома. Специальное тонкое покрытие создает повышенную долговечность наконечников и обладает хорошей теплопроводностью, что обеспечивает быстрое восстановление температуры.
Существует два способа очистки наконечника паяльника: чистка влажной губкой или погружение в латунную губку. И у того, и у другого есть свои плюсы и минусы, но мы рекомендуем использовать гибридный подход для достижения наилучших результатов и удобства. Полуабразивная латунь удаляет основную часть остатков припоя без снижения температуры наконечника, в то время как губка более эффективно удаляет кислотные остатки из флюса. Если нет ничего то пойдет металлическая мочалка для мойки посуды или любая тряпка, главное снять с жала все лишнее.
Порядок паяльных работ
Включите паяльник и дайте ему нагреться.
Температура пайки выставляется на паяльнике (если есть регулировка) 250 - 270 градусов, при пайке больших элементов возможно придётся поднять температуру до 320 градусов, после сразу вернуть температуру на начальные значения 250 - 270 градусов, это сбережет жало от выгорания.
Для контроля времени пайки или лужения следует просчитывать про себя секунды: если произнести словосочетание «двадцать два», это займет одну секунду.
Температуру жала паяльника контролировать перед началом пайки, после любого перерыва в работе, при смене режимов пайки, при образовании паяных соединений, несоответствующих требованиям технологического процесса.
Изоляцию с проводов снимать на длину площадки к которой будет производится пайка минус 1 миллиметр. Плотно скрутить проводники между собой, актуально как для одного провода так и для скрутки из нескольких проводов Если проводник мягкий, а жилки тонкие, то это можно сделать руками.
В противном случае воспользуйтесь пассатижами. Следите чтобы какой-нибудь отдельный гадский волосок не торчал в сторону, может коротнуть на соседнюю площадку!
Паяльные работы с проводами
1. Снять изоляцию с провода ~ 1 см.
2. Скрутите оба конца многожильного провода.
3. Если припой без флюса, то нанести его и прогреть.
4. НЕ наносите слишком много припоя на соединение, так как это увеличит сопротивление.
Паяльные работы с электронными компонентами
Почти так же важно, как и сама пайка, то, как вы устанавливаете паяемые компоненты. Все должно быть установлено аккуратно, надежно и в правильной ориентации. Некоторые детали имеют полярность. При неправильном подключении они могут быть повреждены или, что еще хуже, взорвать вашу цепь.
Положите луженый проводник на место пайки, прижмите жалом паяльника проводник к месту пайки, прогрейте 2 секунды место пайки, ткните припой в место касания жала паяльника к проводнику и сделайте как на рисунке, не должно быть слишком мало припоя или слишком много. Не допускайте перегрев! Лучше дать остыть и повторить! Если спаялись соседние площадки (КЗ) то снимите лишний припой, нанесите флюс и снова нагрейте, припой должен стечь на площадки и замыкание устранится.
Не допускайте перегрев!
Примеры пайки
Практика паяния деталей на плате на примере светодиода
1. Установите компонент - начните с того, что вставьте выводы светодиода в отверстия на печатной плате. Переверните доску и загните выводы наружу под углом 45 футов. Это поможет компоненту лучше соединиться с медной площадкой и предотвратит ее выпадение во время пайки.
2. Нагрейте стык - включите паяльник и, если он имеет регулируемый контроль нагрева, установите его на 400 ° C. На этом этапе одновременно коснитесь кончиком паяльника медной площадки и вывода резистора. Паяльник нужно подержать на месте 3-4 секунды, чтобы нагреть площадку и вывод.
3. Нанесите припой на стык - продолжайте удерживать паяльник на медной площадке и выводе и коснитесь припоем стыка. ВАЖНО - Не прикасайтесь припоем непосредственно к кончику паяльника. Вы хотите, чтобы соединение было достаточно горячим, чтобы расплавить припой при прикосновении. Если стык будет слишком холодным, соединение будет плохим.
4. Отрежьте выводы - Уберите паяльник и дайте припою остыть естественным образом. Не дуйте на припой, так как это приведет к плохому соединению. Правильный паяный шов должен быть гладким, блестящим и иметь форму вулкана или конуса. Вам нужно ровно столько припоя, чтобы покрыть все соединение, но не слишком много, чтобы он превратился в шарик или пролился на соседний вывод.
Ремонт дорожек и контактов
Печатные платы (PCB) изготавливаются из слоев стекловолокна или бумаги и меди, склеенных между собой. Несмотря на то, что используемые клеи очень термостойки, печатную плату можно перегреть и повредить ее. Если дорожки или контакты были повреждены, вы можете попробовать устранить проблему самостоятельно. Перед тем, как приступить к работе необходимо оценить свои силы и очистить место нарушения контакта.
Распайка
Преимущество использования припоя заключается в том, что его можно легко удалить с помощью техники, известной как распайка. Это пригодится, если вам нужно удалить какой-либо компонент или внести исправления в электронную схему. Существует множество способов удаления компонентов с печатной платы — от использования паяльников до разборки компонентов платы на столе при помощи специальных станций. Распайка — важный навык, которому нужно научиться, как только вы освоитесь с пайкой, потому что испортить работу по пайке не так уж и невероятно.
Демонтаж установленных на плате деталей можно осуществлять различными способами и инструментами. Без разницы каким способом вы это будете делать, сначала вам в любом случае нужно нагреть и удалить припой, который удерживает деталь.
Основные способы для демонтажа:
1. Демонтаж с помощью металлической оплетки
2. С помощью вакуумного удалителя припоя.
3. С помощью специальных насадок (жал) для паяльника
4. С помощью специального инструмента для демонтажа.
Есть и вовсе экстравагантные способы, например с помощью фена или сжатого воздуха.
Распайка при помощи медной оплётки
Поместите кусок оплетки поверх стыка / припоя, который вы хотите удалить. Нагрейте паяльник и коснитесь кончиком оплетки. Это нагреет припой ниже, который затем впитается в распаянную оплетку. Теперь вы можете удалить оплетку, чтобы увидеть, что припой был удален.
При нагревании важно избегать какого-либо давления на оплётку сверху вниз или сбоку, так как одновременно нагревается клейкая смола под контактом монтажного отверстия. Адгезия между печатной платой и контактом становится слабой при нагревании.
Будьте осторожны, прикасаясь к оплетке во время ее нагрева, потому что она сильно нагревается.
Распайка при помощи вакуумного удалителя припоя
Если у вас есть много припоя, которое вы хотите удалить, вы можете использовать устройство — вакуумный удалитель припоя. Это ручной механический насос, который всасывает горячий припой одним нажатием кнопки. Чтобы использовать, нажмите на поршень на конце присоски для припоя.
Нагрейте соединение паяльником и поместите кончик присоски для припоя на горячий припой. Нажмите кнопку фиксатора, чтобы всосать жидкий припой.
Показатели качественной пайки
- Контактные площадки, включая силовые с нижней стороны ESC, полностью покрыты припоем.
- Неизолированная часть провода полностью погружена в каплю припоя на контактной площадке и не торчит за ее пределами.
- Припой образует блестящую округлую каплю.
- Пайка выглядит аккуратной и является прочной.
- Все провода припаяны в соответствии с распиновками.
Показатели НЕ качественной пайки
Всегда, после окончания процесса пайки, проводите контрольную оценку проделанной работы, дабы убедиться, что всё паяльные соединения выполнены качественно и полностью соответствуют схеме.
1. Контактные площадки залужены не полностью.
2. Снято слишком много изоляции/часть оголенного провода находится за пределами капли припоя.
3. Провода плохо залужены.
4. Холодная пайка.
5. Недостаточная площадь контакта / оголенный провод погружен в каплю припоя не полностью.
6. Сталагмиты.
7. Слишком много припоя.
8. Недостаточно припоя.
9. Капли припоя на плате / спаяны соседние контактные площадки.
10. Пайка не соответствует распиновке согласно
схемы производителя.
Дополнительные инструменты и принадлежности