Proces lutowania
Lutowanie to proces łączenia dwóch metali za pomocą stopu lutowniczego i jest to jedna z najstarszych znanych technik łączenia. Wadliwe połączenia lutowane pozostają jedną z głównych przyczyn awarii sprzętu, a zatem znaczenie wysokich standardów wykonania w lutowaniu jest nie do przecenienia. oniższy materiał obejmuje podstawowe procedury lutowania i został opracowany tak, aby zapewnić fundamentalną wiedzę potrzebną do wykonania większości niezawodnych operacji lutowania ręcznego i usuwania komponentów.
Właściwości lutu
Lut używany w elektronice jest stopem metali, wytworzonym przez połączenie cyny i ołowiu w różnych proporcjach. Zazwyczaj proporcje te można znaleźć na różnych typach dostępnych lutów.
W przypadku większości kombinacji cyny i ołowiu, topnienie nie odbywa się od razu. Lut pięćdziesięciopięcioprocentowy zaczyna się topić w temperaturze 183 C -361 F, ale nie jest w pełni stopiony, dopóki temperatura nie osiągnie 216 C – 420 F. Pomiędzy tymi dwiema temperaturami lut istnieje w stanie plastycznym lub półpłynnym.
Plastyczny zakres lutu różni się w zależności od stosunku cyny do ołowiu. Z 60/40 lutu, zakres jest znacznie mniejszy niż to jest dla 50/50 lutu. Stosunek 63/37, znany jako lutu eutektycznego praktycznie nie ma plastikowy zakres, i topi się prawie natychmiast w 183 C -361 F.
Lutownicy najczęściej używane do lutowania ręcznego w elektronice są 60/40 typu i 63/37 typu. Ze względu na zakres plastyczny typu 60/40 należy uważać, aby nie poruszać żadnymi elementami złącza w okresie stygnięcia. Ruch może spowodować powstanie tzw. zakłóconego połączenia. Zaburzone połączenie ma szorstki, nieregularny wygląd i wygląda matowo zamiast jasno i błyszcząco. Zaburzone złącze lutownicze może być zawodne i może wymagać ponownej pracy.
Akcja zwilżania
Gdy gorący lut wchodzi w kontakt z powierzchnią miedzi, następuje działanie rozpuszczalnika metalu. Lutu rozpuszcza się i penetruje powierzchnię miedzi. Cząsteczki lutu i miedzi mieszają się tworząc nowy stop, taki, który jest częścią miedzi i częścią lutu. To działanie rozpuszczalnika nazywane jest zwilżaniem i tworzy wiązanie międzymetaliczne pomiędzy częściami. (Patrz rysunek 1) Zwilżanie może nastąpić tylko wtedy, gdy powierzchnia miedzi jest wolna od zanieczyszczeń i warstwy tlenku, która tworzy się, gdy metal jest wystawiony na działanie powietrza. Ponadto, lut i powierzchnia robocza muszą osiągnąć odpowiednią temperaturę.
Ale choć powierzchnie do lutowania może wyglądać czyste, zawsze jest cienka warstwa tlenku obejmujące go. Aby uzyskać dobre połączenie lutownicze, tlenki powierzchniowe muszą zostać usunięte w procesie lutowania przy użyciu topnika.
Strumień
Niezawodne połączenia lutownicze można uzyskać tylko przy naprawdę oczyszczonych powierzchniach. Rozpuszczalniki mogą być używane do czyszczenia powierzchni przed lutowaniem, ale są niewystarczające z powodu bardzo szybkiego tempa, w jakim tlenki tworzą się na powierzchni rozgrzanych metali. Aby przezwyciężyć tę warstwę tlenku, w lutowaniu elektronicznym konieczne jest użycie materiałów zwanych topnikami. Topniki składają się z naturalnych lub syntetycznych kalafonii, a czasami z dodatków chemicznych zwanych aktywatorami. adaniem topnika jest usunięcie tlenków i utrzymanie ich usuniętych podczas operacji lutowania. Osiąga się to dzięki działaniu topnika, który jest bardzo korozyjny w temperaturach topnienia lutu i odpowiada za zdolność topnika do szybkiego usuwania tlenków metali. W stanie nienagrzanym topnik kalafoniowy jest jednak niekorozyjny i nieprzewodzący, a zatem nie ma wpływu na obwody. Jest to działanie topnika polegające na usuwaniu tlenków i przenoszeniu ich, jak również zapobieganiu reformacji nowych tlenków, co pozwala lutowi utworzyć pożądane wiązanie międzymetaliczne.
Flux musi topić się w temperaturze niższej niż lutu, tak aby mógł wykonać swoją pracę przed lutowania działania. Będzie ulatniać się bardzo szybko, dlatego obowiązkowe jest, że topnik topi się do przepływu na powierzchni roboczej, a nie po prostu ulatnia się przez gorącą końcówkę żelaza, aby zapewnić pełną korzyść z działania topnika. Istnieją różne rodzaje topników do wielu celów i zastosowań. Najpopularniejsze rodzaje obejmują: Rosin – No Clean, Rosin – Mildly Activated i rozpuszczalne w wodzie.
Gdy używany, płynny topnik powinien być stosowany w cienkiej, równej warstwy do tych powierzchni, które są połączone i przed zastosowaniem ciepła. Drut rdzeniowy lutowniczy i pasty lutowniczej powinny być umieszczone w takiej pozycji, że topnik może płynąć i obejmować połączenia, jak lut topi. Topnik powinien być nakładany w taki sposób, aby nie doszło do uszkodzenia otaczających części i materiałów. utownice
Lutownice są dostępne w różnych rozmiarach i kształtach. Na powierzchni roboczej grotu lutownicy należy utrzymywać ciągłą cynowaną powierzchnię, aby zapewnić prawidłowe przenoszenie ciepła i uniknąć przenoszenia zanieczyszczeń na połączenie lutowane.
Przed użyciem lutownicy należy wyczyścić grot, przecierając go mokrą gąbką. Kiedy nie jest używana, lutownica powinna być przechowywana w uchwycie, z czystym grotem i pokryta niewielką ilością lutu
Uwaga
Chociaż temperatura grotu nie jest kluczowym elementem lutowania, zawsze powinieneś zaczynać od najniższej możliwej temperatury. Dobrą zasadą jest ustawienie temperatury grotu lutownicy na 260 C – 500 F i zwiększanie temperatury w miarę potrzeby, aby uzyskać pożądany rezultat.
Kontrola ciepła
Kontrola temperatury grotu lutownicy nie jest kluczowym elementem lutowania. Kluczowym elementem jest kontrolowanie cyklu cieplnego pracy. Jak szybko praca staje się gorąca, jak gorąca się staje i jak długo pozostaje gorąca jest elementem, który należy kontrolować, aby uzyskać niezawodne połączenia lutownicze.
Masa termiczna
Pierwszym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę podczas lutowania jest względna masa termiczna połączenia, które ma być lutowane. Masa ta może się różnić w szerokim zakresie.
Każde złącze ma swoją własną masę termiczną, a jak ta połączona masa porównuje się z masą końcówki żelazka, określa czas i wzrost temperatury pracy.
Stan powierzchni
Drugim ważnym czynnikiem podczas lutowania jest stan powierzchni. Jeśli są jakieś tlenki lub inne zanieczyszczenia obejmujące klocki lub prowadzi, nie będzie barierą dla przepływu ciepła. Nawet jeśli końcówka żelazka ma odpowiedni rozmiar i temperaturę, może nie być w stanie dostarczyć wystarczającej ilości ciepła do złącza, aby stopić lut.
Thermal Linkage
Trzeci czynnik do rozważenia jest powiązanie termiczne. Jest to obszar kontaktu pomiędzy końcówką żelazka a elementem roboczym.
Rysunek 2 przedstawia widok końcówki lutownicy lutującej element ołowiu. Ciepło jest przekazywane przez niewielki obszar styku pomiędzy grotem lutownicy a podkładką. Obszar powiązania termicznego jest niewielki.
Rysunek 3 również przedstawia widok końcówki lutownicy lutującej przewód komponentu. W tym przypadku powierzchnia styku jest znacznie zwiększona dzięki niewielkiej ilości lutu w miejscu styku. Końcówka styka się zarówno z podkładką, jak i z komponentem, co dodatkowo poprawia połączenie termiczne. Ten mostek lutowniczy zapewnia łączność termiczną i zapewnia szybki transfer ciepła do pracy. gólnie rzecz biorąc, końcówka lutownicy powinna być przyłożona do maksymalnego punktu masy złącza. Pozwoli to na szybkie podniesienie temperatury lutowanych części. Stopiony lut zawsze płynie z chłodniejszego obszaru w kierunku gorętszego.
Przed lutowania jest stosowany, temperatura powierzchni części lutowane muszą być podniesione powyżej temperatury topnienia lutu. Nigdy nie należy topić lutu przy końcówce żelazka i pozwalać, aby spływał na powierzchnię chłodniejszą niż temperatura topnienia lutu. Lut nałożony na oczyszczoną, topliwą i odpowiednio podgrzaną powierzchnię będzie się topił i płynął bez bezpośredniego kontaktu ze źródłem ciepła i zapewni gładką, równą powierzchnię, spiłowując się do cienkiej krawędzi. Nieprawidłowe lutowanie będzie wykazywało zabudowany, nieregularny wygląd i słabe spiłowanie. Aby uzyskać dobrą wytrzymałość złącza lutowniczego, części lutowane muszą być utrzymywane w miejscu do czasu zestalenia się lutu.
Jeśli to możliwe, nałóż lut do górnej części złącza, aby powierzchnie robocze, a nie żelazko, stopiły lut i aby grawitacja pomogła w przepływie lutu. Wybór rdzenia lutowniczego o odpowiedniej średnicy pomoże kontrolować ilość lutu nakładanego na złącze. Użyj małego miernika dla małego złącza, a duży miernik dla dużego złącza. dy wymagane jest czyszczenie, pozostałości topnika należy usunąć jak najszybciej, ale nie później niż godzinę po lutowaniu. Niektóre topniki mogą wymagać bardziej natychmiastowego działania, aby ułatwić odpowiednie usunięcie. Środki mechaniczne, takie jak mieszanie, natryskiwanie, szczotkowanie i inne metody aplikacji mogą być stosowane w połączeniu z roztworem czyszczącym. ozpuszczalniki czyszczące, roztwory i metody stosowane do czyszczenia nie powinny mieć wpływu na czyszczone części, połączenia i materiały. Po czyszczeniu płyty powinny być odpowiednio wysuszone. onowne lutowanie
Należy podjąć starania, aby uniknąć konieczności ponownego lutowania. Jeśli konieczne jest ponowne lutowanie, standardy jakości dla odlutowanego połączenia powinny być takie same jak dla oryginalnego połączenia. imne lub zaburzone połączenie lutowane wymaga zazwyczaj jedynie ponownego podgrzania i zalania lutu z dodatkiem odpowiedniego topnika. Jeśli ponowne podgrzanie nie poprawi stanu, lut powinien zostać usunięty, a połączenie ponownie zlutowane.
Wykonanie
Złącza lutowane powinny mieć gładki wygląd. Dopuszczalny jest satynowy połysk. Połączenia powinny być wolne od zadrapań, ostrych krawędzi, ziarnistości, luźności, pęcherzy lub innych dowodów złego wykonania. Ślady sondy z pinów testowych są dopuszczalne, pod warunkiem, że nie mają wpływu na integralność połączenia lutowanego.
Dopuszczalne połączenie lutowane powinno wykazywać dowody zwilżania i przylegania, gdy lut miesza się z lutowaną powierzchnią. Stop lutowniczy powinien tworzyć mały kąt styku; wskazuje to na obecność metalurgicznego połączenia i metalicznej ciągłości od lutu do powierzchni. (Patrz Rysunek 4)
Gładkie czyste puste przestrzenie lub nierówności na powierzchni lutu lub powłoki są dopuszczalne. Płynne przejście od padu do wyprowadzenia komponentu powinno być widoczne.