Запояване демистифицирано: Разбиране на основите за успех при запояване

Запояването е изненадващо лесно умение за придобиване, при условие че знаете какво правите. Последното е критично, тъй като плавателният съд включва манипулиране на компоненти, оценени да издържат на максимум 250 ° F с инструмент, който работи при 650 ° F.

Пространството за грешка тук е доста малко и грешките често са катастрофални и скъпи, което обезкуражава повечето начинаещи да продължават през първоначалните неуспехи. Това обаче може да се избегне напълно, като се вземат основите веднага в началото.

Прочетете, за да научите основите на запояването и да си спестите ужасите на овъглената електроника и разбитите мечти.

Защо трябва да притеснявате запояването?

На най -основното ниво запояването създава надеждни електрически (и следователно механични) връзки между проводящи метални компоненти. Това включва свързване на чифт проводници или електронен компонент към печатна платка (PCB).

Критичните мислители сред вас може да се чудят защо просто не усукат кабелите заедно или не прикрепят компоненти към печатни платки с помощта на гайки и болтове. При този подход има два основни проблема. Като начало такива връзки не са механично стабилни при движение или вибрации. Второ, макар и механично здрави, крепежните елементи изобщо не са електрически стабилни.

Потърсихме информация от Д -р Лакшми Нараян Рамасубраманян от Катедра по материалознание и инженерство в Индийския технологичен институт Делхи, за яснота по някои от по -техническите аспекти на запояването.

Чувствителната електроника абсолютно се нуждае от електрически връзки с ниско съпротивление, за да поддържа постоянна проводимост през целия живот на продукта. Това е трудно да се постигне чрез просто свързване на компоненти с крепежни елементи. Неизбежната въздушна междина между компонентите в такива съединения води до окисляване (или ръжда за черни метали), което значително намалява електрическата проводимост. Тези препятствия правят запояването незаменимо за прецизна електроника с ниско напрежение.

Свързани: Как да надстроите вашия 3D принтер Ender-3

Когато запоявате два компонента, самият припой се комбинира с метала (обикновено мед), за да образува изцяло нова сплав. Запояването по същество свързва компонентите на молекулно ниво, като не оставя въздушна междина и по този начин елиминира възможността за окисляване. Добавената механична стабилност е добре дошъл бонус.

Свързването на метали чрез тяхното топене заедно е рисковано предложение, като се има предвид как повечето полупроводникови компоненти са оценени да работят при максимална температура от 250 ° F. Използването на топлина за стопяване на проводниците на интегриран чип с подложки на печатна платка не е възможно, тъй като медта се топи при съблазнителните 1984 ° F. Трябва да изпържите компонента много преди да установите надеждна фуга.

Тук влизат в действие уникалният състав и термодинамичните свойства на спойката.

Запояването е евтектична сплав, състояща се от олово и калай. Евтектичният бит е важен, защото позволява на сплавта да се стопи при значително по -ниска температура в сравнение с съставляващите я метали. Докато чистият олово и калай се топят съответно при 620 ° F и 450 ° F, сплав от спойка, състояща се от тези два метала, смесени в съотношение 63:37, започва да тече само при 361 ° F.

Въпреки че запояването може да изглежда така, сякаш включва топене на медни проводници или кабелни компоненти върху печатна платка, в действителност процесът работи чрез използване на металното разтворително действие на спойката. Когато горещото спойка се въведе към медните компоненти, тя действа като разтворител, проникващ и разтварящ откритите медни повърхности. Това разтворително действие ги слива на молекулно ниво, за да образува напълно нова сплав в интерметалния слой.

Това явление се нарича омокрящо действие и е абсолютно критично за процеса на запояване - тоест трансформиране на различни компоненти в непрекъснато и електрически проводимо тяло хибридна сплав.

Свързани: Вълнуващи проекти за електроника „Направи си сам“ за под $ 15

Преодоляване на окисляването с флюс

Металното разтворително действие на спойката е основата на успешните запоени съединения. На практика обаче спойката не може да инициира овлажняващо действие сама. Този процес се катализира чрез подаване на топлина както към спойката, така и към медни компонентни проводници.

Това е проблем, тъй като топлината също води до бързо окисляване на откритите медни повърхности в присъствието на въздух. Последващият оксиден граничен слой действа като бариера, която прави намокрянето невъзможно. Проблемът се задълбочава с мръсотия, мръсотия, пръстови масла, мазнини и други замърсители, присъстващи върху повърхностите на компонентите. Те допълнително потискат действието на металния разтворител, необходимо за успешна спойка.

Можете да опитате да почистите повърхностите чисти, но ще срещнете чисто нов оксиден слой в момента, в който отново приложите топлина към медните проводници. Ако само имаше начин да премахнете оксидния слой по време на запояване. Е, точно това прави flux.

Флюсът се състои от колофон, който е твърда форма на смола, получена от растения. За целите на електрониката, колофонът се използва самостоятелно или се комбинира с леки активатори, които позволяват полученият поток да остане некорозивен и непроводим при стайна температура. Същият става достатъчно активен, за да изтрие химически оксидите и другите замърсители, когато се снабди с достатъчно топлина.

Когато покривате повърхности, предназначени за запояване с поток, топлината, приложена по време на процеса на запояване, катализира потока и премахва примесите. Това излага чиста мед и прави възможно намокрянето. Потокът може да се прилага към компоненти преди запояване, но също така се въвежда по време на процеса през самия спояващ проводник.

Повечето съвременни запояващи проводници имат вътрешна сърцевина, пълна с колофон, който автоматично се разпределя по време на запояване.

Кога да запоявате и кога не да запоявате

Сега, когато разбрахме науката зад запояването, също толкова важно е да се знае кога да се запоява и кога е лоша идея да се направи това. Всичко, което включва печатни платки, е почти изключително запоено. Процесът предлага отлична електропроводимост и доста добра степен на механично закрепване, като същевременно намалява значително общия размер на вашите проекти за електроника.

Понякога обаче си струва да знаете точно кога не трябва да прибягвате до запояване.

Докато проводниците могат да бъдат запоени един към друг или върху печатни платки, трябва да преразгледате всеки път, когато желаното приложение включва някаква степен на движение или вибрации. Приложенията за автомобили, роботика и 3D печат са чудесни примери, когато запояването обикновено е ограничено до печатни платки и категорично се избягва за всички кабелни терминали.

Това е така, защото запоените съединения са твърди, но чупливи и следователно уязвими на умора от огъване. Определено не е желателна черта за електрически фуги, подложени на постоянни вибрации и движения. Запоените кабели в такива приложения се подлагат на умора на огъване и следователно се провалят в крехките стави.

Ето защо кабелните терминали, подложени на такива сили, се кримпват, вместо да се запояват в тези приложения.

Въпреки че това може да звучи контраинтуитивно, запояването не е единственият начин да се постигнат газонепроницаеми, устойчиви на окисляване фуги. Огромното налягане, генерирано по време на кримпване, предпазва медни проводници на молекулярно ниво, което ги прави перфектно газонепроницаеми.

В действителност, нагънатите фуги са както механично, така и електрически по -добри от техните запоени колеги, като същевременно са устойчиви на умора от огъване. Д-р Рамасубраманян посочва липсата на интерметали в нагънати връзки като основна причина интерфейсът от чиста мед да показва подобрена проводимост спрямо споените съединения.

Той също така обяснява, че връзката мед-мед с нагънати фуги е по своята същност по-силна, тъй като подобни атоми са склонни да образуват здрави, стабилни връзки. От друга страна, различните атоми на мед, олово и калай, открити в запоени връзки, се образуват относително по -слаби връзки, които са под постоянно напрежение, което от своя страна ускорява напукването при умора при механични стрес.

Свързани: Ръководство за начинаещи за 3D принтери Voron

Ето защо също няма да намерите нито един запоен терминален кабел в двигателния отсек на вашия автомобил. Също така за 3D принтери и всякакви други устройства, подложени на постоянни вибрации и движения.

Колкото повече знаеш

Познаването на основната механика на запояване и кога е подходящо да се приложи към вашите проекти ще направи разликата между успеха и сто и повече долара в повредена електроника.

9 -те най -добри поялници за начинаещи

Ако се интересувате от електроника, ще ви трябва поялник. Ето най -добрите поялници за вас.

Прочетете Напред

За автора