Термическая и антикоррозийная обработка цветных металлов
Термической (тепловой) обработкой называются процессы, при которых металл нагревают или охлажда...
Цветные металлы
В последнее время цветные металлы и сплавы все более распространены в употреблении. Свое назван...
Эмали для металла
Эмаль, то есть суспензия из смол, красящих и стабилизирующих веществ и растворителя, является о...
Секреты пайки
Опубликовано: 06.09.2018
Предлагаю ознакомиться с статьёй "Как паять. Краткое посвящение в технологию пайки для новичков.", взятой с сайта: http://www.licrym.org и распространяемой по лицензии Creative Commons 3.0 BY-NC-SA . В статье дан некоторый теоретический материал, в основном для широты и полноты знаний. Запоминать марки флюсов, температуру ликвидус припоя ПОС-61 и т.п. совершенно необязательно.
Содержание:
Инструмент и материалы
Залог успеха в любом начинании – хороший инструмент. Паяя «на коленке», снимая изоляцию зубами и обстригая лишнее огромными кусачками успеха добиться будет крайне трудно. По этому лучше не поскупиться и приобрести подходящий инструмент – это сбережет нервы.
Секрет пайки - для чайников.
Паяльник.
Какой мощности нужен паяльник?
Мощность выбирается исходя из того, что паять. Маломощный паяльник не разогреет, слишком мощный перегреет. Чем массивнее деталь, тем бОльшая мощность нужна. Для микро монтажа (маленькие микросхемки для поверхностного монтажа например) используют паяльники 4, 6, 12, 18 Вт. Для печатного монтажа используют паяльники мощностью 25, 30, 35, 40, 50, 60 Вт. Для объемного монтажа (пайка корпусов, шасси и т.п) используют паяльники мощностью 50, 60, 75, 90, 100,120 Вт. Для обучения пайке оптимальным будет выбор паяльника 25–40 Вт. Приобретите именно такой паяльник. (Цена обычно около 100 - 150 р. На 2008 г.) 
Сверху китайский паяльник CT-BRAND 30 Вт. Внизу паяльник производства г. Псков 25 Вт. У обоих паяльников жала не родные.
КАК ЛЕГКО ПАЯТЬ МИКРОСХЕМЫ
А паяльная станция это что такое? Чем она отличается от обычного паяльника?
В обычном паяльнике температура жала не задается, просто паяльник сконструирован так, что она находится где то в пределах 250 – 400 градусов Цельсия. В некоторых задачах такой разброс температуры жала недопустим, поэтому у паяльников в паяльных станциях около жала вмонтирован термодатчик. Паяльная станция отслеживает текущую температуру жала и регулирует напряжение на паяльнике, что бы температура соответствовала заданной. Паяльную станцию стоит покупать тогда, когда станет понятно, что нужна именно она. Для обучения пайке достаточно простого паяльника. Также у паяльной станции паяльник питается низким напряжением (12, 24, 36 вольт) через трансформатор. Назначение этому двоякое.
При пайке в заземлённых браслетах безопасны только паяльники, питающиеся низким напряжением. Кроме того, паяльник гальванически развязывается от сети. Гальваническая развязка не даёт проникнуть всяческим наводкам и импульсам из сети через паяльник в паяемый узел. Особенно чувствительны к этому туннельные диоды.На фото - паяльная станция: 
У некоторых паяльников, обычно отечественных, жало медное – красноватого цвета. А у китайских оно белое. Почему так?
Дело в том что на постсоветском пространстве среди любителей всё еще распространена технология пайки медными жалами, в то время как за рубежом давно перешли на необгораемые жала. Покупать для начала желательно паяльник именно с медным жалом. (белые жала тоже медные, только покрыты тонким слоем никеля). В радиотоварах обычно продаются запасные медные жала, поэтому у паяльника можно извлечь белое жало, и вставить медное. 
Слева направо. 1. Медное облуженое жало. Чернота – образовавшаяся из-за нагрева окись меди. 2. Новое медное незаточенное жало. 3.Необгораемое («вечное») жало на конус.
А зачем придумали необгораемые жала?
Дело в том, что флюс «кушает» не только окислы на паяемой поверхности, но еще и материал жала. Также медь немного растворяется в припое, поэтому при длительной работе на медном жале образуются каверны, ямки и т.д. в результате чего оно теряет свою геометрическую форму. Из-за этого в процессе работы приходится регулярно затачивать медное жало. При работе с канифолью затачивать жало приходится раз в неделю – месяц, в зависимости от интенсивности пайки. При работе с припоем Radiel – fondam с бесканифольным флюсом пришлось затачивать жало чуть ли не каждый час. Для борьбы с этим явлением придумали «необгораемое» жало, также иногда называемое «вечным». Это медное жало покрытое тонким слоем никеля. Никель перекрывает собой доступ к меди, защищая ее. При пайке таким жалом припой подается проволочкой непосредственно в место пайки, а не таскается на жале. Также категорически запрещено прилагать механические усилия при пайке необгораемым жалом. Попытка "подковырнуть и отогнуть" жалом провод может привести к нарушению целостности покрытия, в результате чего жало быстро приходит в негодность из-за начинающегося процесса растворения меди под покрытием. Рекомендуется приобретать жала от известных фирм (Ersa, hakko), они имеют более толстое покрытие и прослужат гораздо дольше. Также не рекомендуется надолго оставлять необгораемое жало "голым" (не покрытым слоем припоя) и нагретым, это может вызвать окисление поверхности жала и ухудшить смачиваемость. Окисленные жала восстанавливают при помощи специального средства - активатора жал.
Какие еще бывают паяльники?
Газовые паяльники – тепло получается при сгорании газа из встроенной емкости. Используются для пайки в полевых условиях. 
Китайский газовый паяльник. Насадка с жалом съемная. Паяльник типа «момент». На фото самодельный паяльник типа «момент»: 
Промышленный паяльник ЭПСИ 65Вт, производства СССР: 
Нагревательным элементом служит медная проволока, которая является и жалом. Температура регулируется длительностью нажатия на курок включения. Главное достоинство такого паяльника, это то, что он нагревается до рабочей температуры за 1–2 с. Недостатков много – габариты, вес, малый срок службы жала. Такой паяльник используют в основном там, где нужно изредка что либо подпаять, при этом нет желания тратить время на разогрев нормального паяльника.
Паяемость
Какие металлы паяются?
Отлично паяются: Олово (белая жесть), кадмий, палладий, золото, серебро, родий. Хорошо паяются: медь, бронза, латунь, свинец, нейзильбер, беррилиевая бронза. Удовлетворительно паяются: Углеродистые стали, низколегированные стали, цинк, никель. Плохо паяются: Алюминий, алюминиевая бронза, высоколегированная сталь, нержавеющая сталь. Очень плохо паяются (требуется промежуточное покрытие из паяемого металла): чугун, титан, хром, тантал, магний.
Припой и флюс.
Что такое флюс? Зачем он нужен?
Флюс – вспомогательное вещество. Флюс удаляет окислы с паяемых поверхностей (пленка окислов мешает смачиванию поверхности припоем), снижает поверхностное натяжение припоя (припой лучше растекается, затекая во все промежутки). Флюс бывает твердым, жидким, в виде геля или пасты. Флюсы разделяются на группы: 1. Кислотные или активные 2. Антикоррозионные 3. Бескислотные 4. Активированные Иногда делят всего на две группы – нейтральные и активные. Нейтральные флюсы (канифоль например) «кушают» окислы слабее, чем активные, вроде паяльной кислоты. Это палка о двух концах, так как при использовании активных флюсов встает необходимость полностью их смыть с платы, иначе со временем они окислят проводники. Так как полностью отмыть плату очень сложно, для электроники активные флюсы (паяльная кислота) не используют. (Пример - собранное устройство странно себя ведет. Причина - пайка кислотой, остатки флюса при повышении влажности начинают проводит ток в непредсказуемых местах, вызывая сбои.) Нейтральные флюсы допускается не отмывать. 
Канифоль: 
Стоимость канифоли – менее 10р. За баночку в 20 гр. Как на фото (2008 г.) На английском языке канифоль называется «rosin».
Каким припоем паять? Чем ПОС-61 отличается от ПОС-30?
Электронику лучше всего паять припоем ПОС-61. (или ближайшими импортными аналогами, например с 63% Sn) ПОС означает Припой Оловянно-Свинцовый. Цифра 61 – 61% олова. Соответственно припой ПОС 30 содержит только 30% олова. Существует множество разных припоев, см. табл: 
Небольшое пояснение. Солидус – температура, ниже которой сплав полностью твердый. Ликвидус – температура, выше которой сплав полностью жидкий. Следовательно при температуре между температурами ликвидус и солидус сплав будет представлять собой «кашу». Эвтектическим для системы Sn – Pb будет сплав с 61,9% олова, поэтому припой ПОС-61 самую низкую температуру ликвидус. Припой ПОС61 также обладает самой высокой прочностью среди припоев ПОС. Предел прочности при растяжении 6,7 – 7,5 кГ/мм2. Существуют еще всяческие экзотические сплавы, вроде сплава Вуда (температура плавления 65,5 градусов Целься), сплава Розе (температура плавления 90 градусов Цельсия) и т.д. Используются они в специфических областях и купить их можно только в специализированных магазинах. Припой ПОС-61 можно купить практически в любом хозмаге. В магазинах радиодеталей можно встретить так называемые «бессвинцовые» припои. Для обучения пайке брать их не стоит, так как их характеристики (смачиваемость) хуже оловянно-свинцовых. Создание бессвинцовых припоев вызвано давлением экологов. Припои, детали, сделанные по бессвинцовой технологии обычно имеют надпись RoHS на упаковке.
В каком виде продается припой?
Припой может продаваться в виде отрезков проволоки разных диаметров, прутков, гранул. Наиболее удобным является форма проволоки. На фото снизу – пруток припоя. Слева – проволока диаметром 3 мм с центральным каналом из канифоли. Справа катушка импортного припоя “radiel–fondam” диаметром 0,8 мм с центральным каналом с безканифольным флюсом. 
Рекомендуемые производители припоев: Radiel-fondam, Felder, AIM. Качественный припой в виде проволоки на катушке должен иметь ровную поверхность и блестеть.
А что такое паяльная паста?
Паяльная паста – это смесь флюса и маленьких гранул припоя. Паяльная паста наносится через маску на плату. Сверху устанавливаются компоненты, и плата отправляется в печь, где паяльная паста расплавляется и припой из ее состава припаивает компонент к контактной площадке.
Вспомогательный инструмент.
В необходимый минимум входят – бокорезы, канцелярский нож, пинцет. 
Маленькие бокорезы и плоскогубцы – производства фирмы «Энкор» (г. Воронеж) серии «точная механика». Стоят порядка 75 р. На сайте производителя указана цена 55 р. (2008 г.) Полная серия инструмента «точная механика»: 
Также было бы неплохо иметь тиски: 
Цена китайских тисков – около 230р. (2010 г.) Существует приспособление «третья рука», которое позволяет освободить одну руку (например в третью руку зажать провод, в то время как левой держать проволочку припоя, а в правой руке паяльник.) 
Стоит тоже порядка 200 р. (2008 г.) Обязательно иметь подставку для паяльника. Подставка может быть как самодельная, так и промышленного производства. Обязательное условие – негорючий материал подставки. (Для дерева можно сделать исключение – паяльником его поджечь крайне трудно, поэтому основу подставки можно сделать из дерева. Но контактирующие с паяльником части – только металлические). Самодельная подставка для паяльника: 
При демонтаже (особенно при работе не обгорающими жалами) бывает необходимо удалить припой. Удаляют припой оловоотсосом или оплеткой. Оловоотсос представляет себя что то вроде шприца с пружиной. Сначала он взводится – поршень толкается внутрь и защелкивается. Затем носик подносят к расплавленному припою, который необходимо удалить, и нажимают на кнопку спуска. Поршень под воздействием пружины поднимается, интенсивно затягивая воздух с припоем внутрь. При следующем взводе шток выдавит через носик собранный припой. На всякий случай передняя часть оловоотсоса съемная. 
Цена оловоотсоса около 150р. Для более чистого сбора припоя используют оплетку. Оплетка представляет из себя множество тонких переплетенных медных проволочек, покрытых флюсом. Оплётку придавливают паяльником к месту, откуда нужно удалить припой. Припой под действием капиллярных сил всасывается в оплетку. Использованную часть оплетки отрезают и выбрасывают. Цена оплетки – порядка 30 р. за упаковку 1,5м как на фото: 
Для изоляции используют изоленту (только не тканевую!), ПВХ трубочки («кембрик») или термоусадку. Термоусадка гораздо удобнее в использовании, чем кембрик, т.к. после осаждения она плотно облегает контакт и никуда не съедет. 
На фото кусочек термоусадки. Правую часть разогрели и она «села». Разогревать термоусадку можно чем угодно. Я осаждаю термоусадку в синей части пламени зажигалки.
Резюме:
Для обучения пайке купить: 1. Паяльник на 25–40 вт. с медным жалом 2. Припой ПОС61 диаметром 2–3мм с сердцевиной из канифоли 3. Баночку твердой канифоли 4. Маленькие бокорезы 5. Пинцет и/или плоскогубцы с длинными тонкими губками.
Рабочее место и техника безопасности.
Рабочий стол должен быть чист, никакого захламления. Все посторонние предметы должны быть убраны (если стол завален всяким мусором, то обязательно в процессе пайки что-нибудь заденешь жалом или уронишь шнуром). Так как пайка ведется высокой температурой то никаких легкоплавких или горючих материалов не должно быть в районе пайки. Шнур паяльника не должен натягиваться или скручиваться. Так как при пайке (особенно активными флюсами) выделяется довольно много вредных веществ, то помещение должно хорошо проветриваться. Никаких продуктов питания в помещении при пайке быть не должно. Также запрещается принимать пищу/пить напитки в помещении, где ведется пайка. Во время пайки нельзя наклоняться над паяльником и вдыхать дым. Дымом от пайки кислотами запросто можно обжечь слизистые. Объект пайки держать лучше каким либо инструментом, т.к. можно обжечься и рефлекторно дернувшись что либо уронить. После пайки обязательно вымыть руки. На хранение паяльник убирать только холодным.
Процесс пайки.
Новый паяльник с медным жалом.
Если жало нового паяльника не заточено – то затачиваем его, придавая необходимую форму. Форма заточки – дело индивидуальное. Лично мне удобна форма как на фото вначале статьи, где три жала. 
После того как заточили жало – нам необходимо его облудить – покрыть слоем припоя, иначе припой к жалу приставать не будет. Для этого окунем жало паяльника в канифоль, затем расплавим небольшое количество припоя, и разотрем его по поверхности жала на деревяшке (можно использовать неокрашенную картонку). В итоге рабочая поверхность жала должна быть покрыта блестящим слоем серебристого металла.
Новый паяльник с необгораемым жалом.
Никаких подготовительных операций не требуется. Единственное – при работе с паяльником грязь с жала счищают проводя по вискозной губке (она чем то напоминает поролон) смоченной в воде. Губка обычно идет в комплекте с подставкой. Если нет губки – можно использовать любой другой мягкий негорючий материал (вплоть до влажной бумажной салфетки). Теперь можно приступать непосредственно к пайке. Провода перед пайкой соединяют механически – скручивают. Встык паять нельзя – прочность соединения крайне низкая. Можно паять внахлест. Выводы радиоэлементов при пайке печатных плат загибают для фиксации элемента на плате. Если предполагается демонтаж элемента – то загибать выводы нельзя, фиксируют другими способами. 
Облуживание проводов. (вариант для медного жала)
Тренировку лучше всего проводить на многожильных медных проводах в полимерной оболочке. Канцелярским ножом аккуратно надрежем и снимем изоляцию. Надрезать изоляцию, ставя нож перпендикулярно к проводу не рекомендуется – можно надрезать сами жилы провода, что при изгибах вызовет поломку жилы. Изоляцию лучше надрезать под углом к проводу – так же как затачивают карандаш. Можно использовать специальные клещи для съемки изоляции. Самый лучший вариант – снятие изоляции горячим предметом (не жалом! Оно покроется остатками сгоревшей изоляции и им будет плохо паять), для чего есть специальные приспособления. Но нужно уметь снимать изоляцию ножом. После того как сняли изоляцию посмотреть на жилы провода. Если жилы тёмного цвета, не блестят – на них толстая пленка окислов (в основном бывает на очень старых проводах, хранившихся в неподобающих условиях) которую нужно снять механически, флюсу она будет не по зубам. Если жилы блестят медным или серебристым блеском – скручиваем их. Набираем на жало немного припоя и окунаем в канифоль. Канифоль при этом расплавится. Быстро, пока не выгорела канифоль на жале, проводим жалом по проводу. Если всё сделано правильно то припой растечется по скрученным жилам. Если припой не смачивает жилы то нужно их зачистить и/или предварительно покрыть жидким флюсом, например ЛТИ-120. Итак, фото: 
На фото: 1.- с провода снята изоляция. Жилы блестят. 2.-с провода снята изоляция – жилы темного цвета без блеска – требуется механически их зачистить от окислов. 3.- Жилы скручены, готовы к облуживанию. 4.- Хорошо облуженный провод. Припой затек во все пространство между жилами. 5.- Хорошая пайка. Провода соеденены внахлест. Поверхность соединения гладкая и блестящая. 6.- Брак – нет смачивания припоем. Причины: недостаточное количество флюса, слишком толстая пленка окислов на проводе. 7.- Плохая пайка – поверхность припоя матовая и в окислах. Причины: недостаток флюса, смещение деталей во время пайки. Вот пример отказ оборудования из-за плохой пайки: 
это фото - разъем китайского зарядника «евросеть». На заводе провода шнура неаккуратно припаяли, использовав мало флюса. Контакт был, поэтому зарядник работал. Но со временем под действием механических нагрузок резистор отвалился от ламели, потеряв контакт.
Облуживание проводов. (вариант для необгораемого жала)
Зачищаем провод также как и в варианте для медного жала. Так как к необгораемому жалу припой не пристает то его необходимо подавать в момент пайки виде проволочки. Держа паяльник в правой руке, проводим жалом вдоль провода (тепло должно передаваться жилам, иначе припой их не смочит) одновременно подавая левой рукой проволочку припоя. Если необходимо – можно предварительно покрыть жилы жидким флюсом.
Демонтаж. Вариант для медного жала.
Если провод или вывод не загнуты то достаточно разогреть припой и вытянуть провод. Если припоя слишком много и крепление не видно, то стряхнем с жала лишний припой (паяльниками с керамическими нагревателями стучать нельзя). И приложим к месту пайки. Часть припоя перетечет на жало. Далее аккуратно расшатываем соединение пока провод не отпаяется. Если расшатывание невозможно то придется использовать оловоотсос и оплетку. Разогреваем жалом припой, быстро накрываем место пайки носиком оловоотсоса и нажимаем на спуск (учитывайте отдачу оловоотсоса при работе с хрупкими вещами!) Так мы удалим большую часть припоя. Если необходимо еще удалить припой – то прикладываем к месту пайки оплетку и прижимаем жалом. Припой перетечет в оплетку. Важно учитывать, что печатные платы долго греть нельзя – начнет отслаиваться фольга дорожек, не говоря о перегреве отпаиваемого элемента.
Демонтаж. Вариант для необгораемого жала.
Точно так же как и для медного, кроме возможности собрать лишний припой на жало.
Замечания
После пайки флюс необходимо отмывать, что бы не допустить коррозии. Вот пример отказа аппаратуры из-за не отмытого флюса: 
Динамик в радиоле работал более 20 лет прежде чем коррозия нарушила контакт. Активные (кислотные) флюсы отмывать всегда, канифоль - желательно.
Дело в том, что флюс «кушает» не только окислы на паяемой поверхности, но еще и материал жала. Также медь немного растворяется в припое, поэтому при длительной работе на медном жале образуются каверны, ямки и т.д. в результате чего оно теряет свою геометрическую форму. Из-за этого в процессе работы приходится регулярно затачивать медное жало. При работе с канифолью затачивать жало приходится раз в неделю – месяц, в зависимости от интенсивности пайки. При работе с припоем Radiel – fondam с бесканифольным флюсом пришлось затачивать жало чуть ли не каждый час. Для борьбы с этим явлением придумали «необгораемое» жало, также иногда называемое «вечным». Это медное жало покрытое тонким слоем никеля. Никель перекрывает собой доступ к меди, защищая ее. При пайке таким жалом припой подается проволочкой непосредственно в место пайки, а не таскается на жале. Также категорически запрещено прилагать механические усилия при пайке необгораемым жалом. Попытка "подковырнуть и отогнуть" жалом провод может привести к нарушению целостности покрытия, в результате чего жало быстро приходит в негодность из-за начинающегося процесса растворения меди под покрытием. Рекомендуется приобретать жала от известных фирм (Ersa, hakko), они имеют более толстое покрытие и прослужат гораздо дольше. Также не рекомендуется надолго оставлять необгораемое жало "голым" (не покрытым слоем припоя) и нагретым, это может вызвать окисление поверхности жала и ухудшить смачиваемость. Окисленные жала восстанавливают при помощи специального средства - активатора жал.
Всего Вам доброго и успеха в делах!