Умение паять в современной жизни, насыщенной электроприборами и электроникой, необходимо так же, как умение пользоваться отверткой и вантузом. Методов пайки металлов существует много, но прежде всего нужно знать, как паять паяльником, хотя в бытовых условиях осуществимы и могут понадобиться также другие ее способы. В помощь желающим освоить технологию ручных спаечных работ и предназначена эта статья.
Флюсы
Паяльные флюсы делятся на нейтральные (неактивные, бескислотные), химически с основным металлом не взаимодействующие или взаимодействующие в ничтожной степени, активированные, химически действующие на основной металл при нагреве, и активные (кислотные), действующие на него и холодными. В отношении флюсов наш век принес больше всего нововведений; большей частью все же хороших, но начнем с неприятных.
Первое – технически чистого ацетона для промывки паек в широкой продаже больше нет вследствие того, что он используется в подпольном производстве наркотиков и сам обладает наркотическим действием. Заменители технического ацетона – растворители 646 и 647.
Второе – хлористый цинк в активированных флюс-пастах часто заменяют тераборнокислым натрием – бурой. Соляная кислота – высокотоксичное химически агрессивное летучее вещество; хлорид цинка также токсичен, а при нагреве сублимирует, т.е. улетучивается не плавясь. Бура безопасна, но при нагреве выделяет большое количество кристаллизационной воды, что немного ухудшает качество пайки.
Примечание: бура сама по себе паяльный флюс для пайки погружением в расплавленный припой, см. далее.
Хорошая новость – теперь в продаже есть широчайший ассортимент флюсов на все случаи паяльной жизни. Для обычных спаечных работ вам понадобятся (см. рис.) недорогие СКФ (спиртоканифольный, бывший КЭ, второй в списке бескислотных флюсов в табл. I.10 на рис. выше) и паяльная (травленая) кислота, это первый в списке кислотный флюс. СКФ пригоден для пайки меди и ее сплавов, а паяльная кислота – для стали.
Пайки от СКФ нужно обязательно промывать: в состав канифоли входит янтарная кислота, при длительном контакте разрушающая металл. Кроме того, случайно пролитый СКФ мгновенно растекается по большой площади и превращается в очень долго сохнущую чрезвычайно липкую гадость, пятна от которой ничем не сводятся ни с одежды, ни с мебели, ни с пола со стенами. В общем СКФ для пайки хороший флюс, но не для ротозеев с растяпами.
Полноценный заменитель СКФ, но не такой противный при небрежном обращении – флюс ТАГС. Стальные детали более массивные, чем допустимо для пайки паяльной кислотой, и более прочно, паяют флюсом Ф38. Универсальным флюсом можно паять практически любые металлы в любых сочетаниях, в т.ч. алюминий, но прочность спая с ним не нормируется. К пайке алюминия мы еще вернемся.
Примечание: радиолюбители, имейте в виду – сейчас есть в продаже флюсы для пайки эмалированных проводов без зачистки!
Другие виды пайки
Любители мастерить также часто паяют сухим паяльником с бронзовым нелуженым жалом, т. наз. паяльным карандашом, поз. 1 на рис. Он хорош там, где недопустимо растекание припоя вне зоны пайки: в ювелирных изделиях, витражах, паяных предметах прикладного искусства. Иногда всухую паяют и микрочипы, монтируемые на поверхность, с шагом расположения выводов 1,25 или 0,625 мм, но это дело рискованное и для опытных специалистов: плохой тепловой контакт требует избыточной мощности паяльника и длительного нагрева, а обеспечить стабильность прогрева при ручной пайке невозможно. Для сухой пайки применяют гарпиус из ПОСК-40, 45 или 50 и флюс-пасты, не требующие удаления остатков.
Тупиковые скрутки толстых проводов (см. выше) паяют погружением в футорку – ванночку с расплавленным припоем. Когда-то футорку грели паяльной лампой (поз. 2а), но ныне это дикость первобытная: электрофуторка, или паяльная ванна (поз. 2) дешевле, безопаснее и дает лучшее качество пайки. Скрутку в футорку вводят сквозь слой кипящего флюса, подаваемого на припой после его расплавления и прогрева до рабочей температуры. Простейший флюс в данном случае – порошок канифоли, но она скоро выкипает и еще быстрее пригорает. Лучше флюсовать футорку бурой, а если паяльная ванна используется для оцинковки мелких деталей, то это единственно возможный вариант. В таком случае максимальная температура футорки должна быть не ниже 500 градусов Цельсия, т.к. цинк плавится при 440.
Наконец, массивную медь в изделиях, напр. трубы, паяют высокотемпературной пайкой в пламени. В нем всегда есть несгоревшие частицы, жадно поглощающие кислород, поэтому пламя обладает, как говорят химики, восстановительными свойствами: снимает остаточный окисел и не дает образоваться новому. На поз. 3 видно, как пламя специальной паяльной горелки буквально выдувает все ненужное из зоны пайки.
Высокотемпературную пайку ведут, см. рис. справа, равномерно потирая с нажимом зону пайки 1 палочкой твердого припоя 2. Пламя горелки 3 должно следовать за припоем, чтобы горячее пятно не оказалось на воздухе. Предварительно зону пайки греют, пока не пойдут цвета побежалости. К луженой твердым припоем поверхности можно припаять что-то еще припоем мягким как обычно. Подробнее о пайке в пламени см. далее, когда дело дойдет до труб.
Курьезно, но в некоторых источниках паяльную горелку обзывают паяльной станцией. Ну, рерайт есть рерайт, что с него возьмешь. На самом деле настольная паяльная станция (см. след. рис.) – оборудование для тонких паяльных работ: с микрочипами и др., где недопустим перегрев, растекание припоя куда не надо и пр. огрехи. Паяльная станция точно поддерживает заданную температуру в зоне пайки, и, если станция газовая, то контролирует подачу туда газа. В таком случае горелка входит в ее комплект, но сама по себе паяльная горелка паяльная станция не более, чем каменоломня – собор Василия Блаженного.
Как паять алюминий
Благодаря современным флюсам паять алюминий стало в общем не сложнее, чем медь. Для низкотемпературной его пайки предназначен флюс Ф-61А, см. рис. Припой – любой аналог припоев Авиа; в продаже есть разные. Единственно что – стержень в паяльник лучше вставить бронзовый луженый с насечками на жале примерно как у напильника. Он под слоем флюса легко соскоблит прочную пленку окисла, которая и не дает алюминию паяться просто так.
Для высокотемпературной пайки алюминия припоем 34А предназначен флюс Ф-34А. Однако греть зону пайки пламенем нужно очень осторожно: температура плавления самого алюминия всего 660 Цельсия. Поэтому высокотемпературную пайку алюминия лучше применять беспламенную камерную (пайка с печным подогревом), но оборудование для нее стоит дорого.
Есть еще «пионерский» способ пайки алюминия с предварительным омеднением. Он пригоден, когда требуется только электрический контакт, а механические напряжения в зоне пайки исключены, напр., если нужно соединить алюминиевый кожух с общей шиной печатной платы. «По-пионерски» пайка алюминия осуществляется на установке, показанной на рис. слева. Порошок медного купороса насыпают горкой в зону пайки. Зубную щетку пожестче, обмотанную голым медным проводом, окунают в дистиллированную воду и растирают ею с нажимом купорос. Когда на алюминии появится медное пятно, его лудят и паяют как обычно.
Мелкая пайка
В пайке печатных плат есть свои особенности. Как паять детали на печатные платы, в целом см. небольшой мастер-класс в рисунках. Лужение проводов отпадает, т.к. выводы радиокомпонент и чипов уже луженые.
В любительских условиях, во-первых, нет особого смысла лудить все токоведущие дорожки, если устройство работает на частотах до 40-50 МГц. В промышленном производстве платы лудят низкотемпературными способами, напр. напылением или гальваническим. Прогрев дорожек паяльником по всей длине ухудшит их сцепление с основой и увеличит вероятность отслоения. После монтажа компонент плату лучше покрыть лаком. Медь от этого сразу потемнеет, но на работоспособность устройства это никак не повлияет, если только речь не идет об СВЧ.
Затем, взгляните на нечто безобразное слева на след. рис. За такой брак и в недоброй памяти советском МЭПе (министерстве электронной промышленности) монтажников разжаловали в грузчики или подсобники. Дело даже не во внешнем виде или перерасходе дорогого припоя, а, во-первых, в том, что за время остывания этих блямб перегрелись и монтажные площадки, и детали. А большие тяжелые наплывы припоя – довольно инертные для уже ослабленных дорожек грузики. Радиолюбителям хорошо знаком эффект: спихнул нечаянно плату-«каракатицу» на пол – 1-2 или более дорожек отслоились. Не дожидаясь и первой перепайки.
Паечные наплывы на печатных платах должны быть округлыми гладкими высотой не более 0,7 диаметра монтажной площадки, см. справа на рис. Кончики выводов должны немного выступать из наплывов. Кстати, плата полностью самодельная. Есть способ в домашних условиях сделать печатный монтаж таким же точным и четким, как фабричный, да еще и вывести там надписи, какие хочется. Белые пятнышки – блики от лака при фотосъемке.
Наплывы вогнутые и тем более сморщенные – тоже брак. Просто вогнутый наплыв значит, что припоя недостаточно, а морщинистый, кроме того, что в пайку проник воздух. Если собранное устройство не работает и есть подозрение на непропай, смотрите в первую очередь такие места.
ИМС и чипы
По сути интегральная микросхема (ИМС) и чип одно и тоже, но для ясности, как в общем и принято в технике, микросхемами-«микрухами» оставим ИМС в DIP-корпусах, до больших по степени интеграции включительно, с выводами через 2,5 мм, устанавливаемые в монтажные отверстия или паечные пистоны, если плата многослойная. Чипами пусть будут сверхбольшие ИМС-«миллионники», монтируемые на поверхность, с шагом выводов 1,25 мм и меньшим, а микрочипами – миниатюрные ИМС в таких же корпусах для телефонов, планшетов, ноутбуков. Процессоры и прочих «камни» с жесткими многорядными штыревыми выводами не трогаем: они не паяются, а устанавливаются в специальные панельки, которые запаиваются в плату однократно при ее сборке на предприятии.
Заземление паяльника
Современные КМОП (CMOS) ИМС по чувствительности к статическому электричеству такие же, как ТТЛ и ТТЛШ, держат без повреждения потенциал в 150 В в течение 100 мс. Амплитудное значение действующего напряжения сети 220 В – 310 В (220х1,414). Отсюда вывод: паяльник нужен низковольтный, на напряжение 12-42В, включенный через понижающий трансформатор на железе, не через импульсник или емкостный балласт! Тогда даже прямой пробой на жало не испортит дорогущие чипы.
Остаются еще случайные, и тем более опасные, выбросы сетевого напряжения: сварку рядом включили, бросок сети был, проводка заискрила и т.п. Самый надежный способ уберечься от них – не отводить «бродячие» потенциалы с жала паяльника, а не пускать из туда. Для этого еще на спецпредприятиях СССР применялась схема включения паяльников, показанная на рис.:
Точка соединения C1 C2 и сердечник трансформатора подключаются непосредственно к контуру защитного заземления, а к средней точке вторичной обмотки – экранная обмотка (незамкнутый виток медной фольги) и заземлители рабочих мест. К контуру эта точка подключается отдельным проводом. При достаточной мощности трансформатора к нему можно подключать сколько угодно паяльников, не заботясь о заземлении каждого в отдельности. В домашних условиях точки a и b соединяют с общей клеммой заземления отдельными проводами.
Микросхемы, пайка
Микросхемы в DIP-корпусах паяются как прочие радиоэлектронные компоненты. Паяльник – до 25 Вт. Припой – ПОС-61; флюс – ТАГС или спиртоканифоль. Смывать его остатки нужно ацетоном или его заменителями: спирт берет канифоль туго, и между ножками отмыть им полностью не удается ни кисточкой, ни ветошью.
Что до чипов и тем более микрочипов, то паять их вручную настоятельно не рекомендуется специалистам любого уровня: это лотерея в весьма проблематичным выигрышем и весьма вероятным проигрышем. Если уж у вас дело дойдет до таких тонкостей как ремонт телефонов и планшетов, то придется раскошелиться на паяльную станцию. Пользоваться ею не намного сложнее, чем ручным паяльником, см. видео ниже, а цены вполне приличных паяльных станций ныне доступны.
Видео: уроки пайки микросхем
Микросхемы, выпайка
«По-правильному», ИМС для проверки при ремонте не выпаиваются. Их диагностика производится на месте специальными тестерами и методами и негодная удаляется раз и навсегда. Но любители не всегда могут себе это позволить, поэтому на всякий случай ниже даем ролик о методах выпайки ИМС в DIP-корпусах. Чипы с микрочипами умельцы тоже исхитряются выпаивать, напр., подсовывая под ряд выводов нихромовую проволочку и грея сухим паяльников, но это лотерея еще менее выигрышная, чем ручной монтаж больших и сверхбольших ИМС.
Видео: выпайка микросхем – 3 способа
Как паять трубы
Медные трубы паяют высокотемпературным способом любым твердым припоем для меди с активированной флюс-пастой, не требующей удаления остатков. Далее возможны 3 варианта:
- В медных (латунных, бронзовых) соединительных муфтах – паяльных фитингах.
- С полной раздачей.
- С неполными раздачей и сжатием.
Пайка медных труб в фитингах надежнее прочих, но требует значительных дополнительных расходов на муфты. Единственный случай, когда она незаменима – устройство отвода; тогда используется фитинг-тройник. Обе паяемые поверхности заранее не лудят, но покрывают флюсом. Затем трубу вводят в фитинг, надежно фиксируют и пропаивают стык. Пайка считается законченной, когда припой перестанет уходить в зазор между трубой и муфтой (нужен 0,5-1 мм) и выступит снаружи небольшим валиком. Фиксатор снимают не ранее чем через 3-5 мин по затвердевании припоя, когда стык уже можно держать рукой, иначе припой не наберет прочность и стык когда-то да потечет.
Как паяют трубы с полной раздачей, показано слева на рис. Давление «раздатая» пайка держит такое же, как и фитинговая, но требует доп. специнструмента для разворачивания раструба и повышенного расхода припоя. Фиксация впаиваемой трубы не обязательна, ее можно вдвинуть в раструб с проворотом, пока не заклинит намертво, поэтому пайку с полной раздачей часто делают в неудобных для установки фиксатора местах.
В домашней разводке из тонкостенных труб малого диаметра, где давление уже небольшое, а его потери несущественны, целесообразной может оказаться пайка с неполной раздачей одной трубы и сужением другой, поз. I справа на рис. Для подготовки труб достаточно круглой палки из твердого дерева с коническим острием в 10-12 градусов с одной стороны и усеченно-конической лункой в 15-20 градусов с другой, поз II. Концы труб обрабатывают, пока они без заклинивания не войдут друг в друга прим. на 10-12 мм. Лудят поверхности заранее, наносят на луженые еще флюса и соединяют до заклинивания. Затем греют до плавления припоя и подпирают зауженную трубу, пока ее не заклинит. Расход припоя выходит минимальным.
Важнейшее условие надежности такого стыка – сужение должно быть ориентировано по току воды, поз. III. Школьный закон Бернулли – обобщение для идеальной жидкости в широкой трубе, а у реальной жидкости в узкой трубе за счет ее (жидкости) вязкости максимум скачка давления смещается противоположно току, поз. IV. Возникает составляющая силы давления, прижимающая зауженную трубу к раздатой, и пайка получается очень надежной.
Что еще?
Ах да, подставки для паяльников. Классическая, слева на рис., пригодна для любых стержневых. Где на ней быть ванночкам для припоя и канифоли – дело ваше, какой-либо регламентации нет. Для маломощных паяльников с фартуком пригодны упрощенные подставки-скобы, в центре.
