Lodēšana ir demistificēta: izpratne par lodēšanas panākumiem

Lodēšana ir pārsteidzoši viegli apgūstama prasme, ja zināt, ko darāt. Pēdējais ir kritisks, jo kuģis ietver manipulācijas ar komponentiem, kuru maksimālā izturība ir 250 ° F, ar instrumentu, kas darbojas 650 ° F temperatūrā.

Kļūdu iespēja šeit ir diezgan niecīga, un kļūdas bieži ir katastrofālas un dārgas, kas vairumam iesācēju attur no neatlaidības sākotnējo kļūmju dēļ. Tomēr no tā var izvairīties pavisam, sākumā sakārtojot pamatus.

Lasiet tālāk, lai uzzinātu lodēšanas pamatus un pasargātu sevi no sadedzinātas elektronikas un šausmu sapņu šausmām.

Kāpēc jums vajadzētu apgrūtināt lodēšanu?

Visvienkāršākajā līmenī lodēšana rada uzticamus elektriskos (un attiecīgi mehāniskos) savienojumus starp vadošām metāla detaļām. Tas ietver vadu pāra vai elektroniska komponenta savienošanu ar iespiedshēmas plati (PCB).

Kritiski domājošie no jums varētu brīnīties, kāpēc ne tikai savīt vadus kopā vai piestiprināt komponentus pie PCB, izmantojot uzgriežņus un skrūves. Šai pieejai ir divas galvenās problēmas. Iesācējiem šādi savienojumi nav mehāniski stabili kustības vai vibrācijas ietekmē. Otrkārt, lai gan mehāniski stabili, stiprinājumi vispār nav elektriski stabili.

Mēs meklējām informāciju no Dr Lakshmi Narayan Ramasubramanian no Materiālzinātnes un inženierzinātņu katedra Indijas Tehnoloģiju institūtā Deli, skaidrības labad par dažiem tehniskākiem lodēšanas aspektiem.

Jutīgai elektronikai noteikti nepieciešami zemas pretestības elektriskie savienojumi, lai saglabātu nemainīgu vadītspēju visā izstrādājuma kalpošanas laikā. To ir grūti panākt, vienkārši savienojot komponentus ar stiprinājumiem. Neizbēgama gaisa sprauga starp sastāvdaļām šādos savienojumos noved pie oksidēšanās (vai melno metālu rūsas), kas ievērojami samazina elektrovadītspēju. Šie šķēršļi padara lodēšanu neaizstājamu zemsprieguma precizitātes elektronikas lietojumos.

Saistīts: Kā uzlabot 3D printeri Ender-3

Lodējot divas sastāvdaļas, pats lodētava apvienojas ar metālu (parasti varu), veidojot pilnīgi jaunu sakausējumu. Lodēšana būtībā savieno komponentus molekulārā līmenī, neatstājot gaisa spraugu un tādējādi novēršot oksidēšanās iespēju. Papildu mehāniskā stabilitāte ir apsveicams bonuss.

Metālu savienošana, tos izkausējot kopā, ir riskants piedāvājums, ņemot vērā to, kā lielākā daļa pusvadītāju komponentu ir paredzēti darbam maksimālajā temperatūrā 250 ° F. Siltuma izmantošana, lai savienotu integrētās mikroshēmas vadus ar PCB spilventiņiem, nav iespējama, jo varš kūst pie acīm laistošas ​​1984 ° F. Jūs noteikti apcepiet komponentu ilgi pirms uzticama savienojuma izveidošanas.

Tieši šeit parādās unikālais lodēšanas sastāvs un termodinamiskās īpašības.

Lodēt ir eitektisks sakausējums, kas sastāv no svina un alvas. Eitektiskais uzgalis ir svarīgs, jo tas ļauj sakausējumam izkausēt ievērojami zemākā temperatūrā, salīdzinot ar tā metāliem. Kaut arī tīrs svins un alva kūst attiecīgi 620 ° F un 450 ° F temperatūrā, lodēšanas sakausējums, kas sastāv no šiem diviem metāliem, sajaucot attiecību 63:37, sāk plūst tikai pie 361 ° F.

Lai gan lodēšana varētu šķist saistīta ar vara vadu vai komponentu vadu kausēšanu uz PCB, patiesībā process darbojas, izmantojot lodmetāla metāla šķīdinātāja darbību. Kad vara komponentu vados tiek ievadīts karsts lodmetāls, tas darbojas kā šķīdinātājs, kas iekļūst un izšķīdina atklātās vara virsmas. Šī šķīdinātāja darbība tos sakausē molekulārā līmenī, veidojot pilnīgi jaunu sakausējumu starpmetālu slānī.

Šo parādību sauc par mitrināšanas darbību, un tā ir absolūti kritiska lodēšana - tas ir, atšķirīgu sastāvdaļu pārveidošana par nepārtrauktu un elektriski vadošu korpusu hibrīda sakausējums.

Saistīts: Aizraujoši DIY elektronikas projekti, lai risinātu zem 15 USD

Oksidācijas uzvarēšana ar plūsmu

Lodēšanas metāla šķīdinātāja darbība ir veiksmīgu lodēto savienojumu pamats. Tomēr praktiski lodēt nevar patstāvīgi uzsākt mitrināšanas darbību. Šo procesu katalizē, piegādājot siltumu gan lodēšanas, gan vara komponentu vadiem.

Tā ir problēma, jo karstuma ietekmē arī atklātās vara virsmas ātri oksidējas gaisa klātbūtnē. No tā izrietošais oksīda robežslānis darbojas kā barjera, kas padara mitrināšanu neiespējamu. Problēma pasliktinās, ja uz detaļu virsmām ir netīrumi, netīrumi, pirkstu eļļas, tauki un citi piesārņotāji. Tie vēl vairāk kavē metāla šķīdinātāja darbību, kas nepieciešama veiksmīgam lodēšanas savienojumam.

Jūs varat mēģināt notīrīt virsmas tīrā veidā, taču brīdī, kad atkārtoti uzkarsējat vara vadus, jūs saskarsities ar pavisam jaunu oksīda slāni. Ja tikai būtu veids, kā lodēšanas laikā noņemt oksīda slāni. Flux tieši to arī dara.

Flux sastāv no kolofonija, kas ir cieta sveķu forma, kas iegūta no augiem. Elektronikas vajadzībām kolofoniju izmanto vai nu atsevišķi, vai arī kopā ar maigiem aktivatoriem, kas ļauj plūsmai istabas temperatūrā palikt nerūsējošai un nevadošai. Tas pats kļūst pietiekami aktīvs, lai ķīmiski attīrītu oksīdus un citus piesārņotājus, ja tie tiek piegādāti ar pietiekami daudz siltuma.

Pārklājot virsmas, kas paredzētas lodēšanai, plūsma, lodēšanas procesā pielietotais siltums katalizē plūsmu un noņem piemaisījumus. Tas atklāj tīru varu un padara iespējamu mitrināšanu. Plūsmu var pielietot sastāvdaļām pirms lodēšanas, bet to ievada arī procesa laikā caur pašu lodēšanas stiepli.

Lielākajai daļai mūsdienu lodēšanas vadu ir iekšējais kodols, kas piepildīts ar kolofonija plūsmu, kas lodēšanas laikā automātiski tiek izvadīts.

Kad lodēt un kad ne lodēt

Tagad, kad esam noskaidrojuši lodēšanas zinātni, ir vienlīdz svarīgi zināt, kad lodēt un kad to darīt ir slikta ideja. Viss, kas saistīts ar PCB, ir gandrīz tikai pielodēts. Šis process piedāvā lielisku elektrovadītspēju un taisnīgu mehānisko stiprinājumu, vienlaikus ievērojami samazinot jūsu elektronikas projektu kopējo izmēru.

Tomēr dažreiz ir vērts precīzi zināt, kad nevajadzētu ķerties pie lodēšanas.

Lai gan vadus var pielodēt viens pie otra vai uz PCB, jums ir jāpārdomā, kad vēlamais pielietojums ir saistīts ar jebkādu kustību vai vibrāciju. Automobiļu, robotikas un 3D drukāšanas lietojumprogrammas ir lieliski piemēri, kur lodēšana parasti ir ierobežota ar PCB un tiek kategoriski izvairīta no visiem kabeļu savienojumiem.

Tas ir tāpēc, ka pielodētie savienojumi ir cieti, bet trausli un tāpēc ir pakļauti lieces nogurumam. Noteikti nav vēlama iezīme elektriskajiem savienojumiem, kas pakļauti pastāvīgai vibrācijai un kustībai. Lodēti kabeļi šādos pielietojumos izliek lieces nogurumu un līdz ar to sabojājas trauslās vietās.

Tieši tāpēc kabeļu galus, kas pakļauti šādiem spēkiem, šajās lietojumprogrammās gofrē, nevis lodē.

Lai gan tas var likties pretintuitīvi, lodēšana nav vienīgais veids, kā panākt gāzizturīgus, oksidācijas izturīgus savienojumus. Milzīgais spiediens, kas rodas gofrēšanas laikā, kausē vara vadus molekulārā līmenī, kas padara tos ideāli gāzu necaurlaidīgus.

Faktiski gofrētie savienojumi ir gan mehāniski, gan elektriski pārāki par lodētajiem savienojumiem, vienlaikus izturīgi pret lieces nogurumu. Dr Ramasubramanian minēja intermetālisko savienojumu neesamību gofrētajos savienojumos kā galveno iemeslu tīra vara saskarnei, kurai ir uzlabota vadītspēja attiecībā pret lodētiem savienojumiem.

Viņš arī paskaidro, ka gofrēto savienojumu savienojums ar varu ir spēcīgāks, jo līdzīgi atomi mēdz veidot spēcīgas, stabilas saites. No otras puses, atšķirīgie vara, svina un alvas atomi, kas atrodami pielodētajos savienojumos, veido relatīvi vājākas saites, kas ir pakļautas pastāvīgai slodzei, kas savukārt paātrina noguruma plaisāšanu mehāniskās ietekmē stress.

Saistīts: Iesācēja rokasgrāmata 3D printeru izgatavošanai pašiem

Tāpēc arī transportlīdzekļa motora nodalījumā neatradīsit nevienu pielodētu kabeļa galu. Tas pats attiecas uz 3D printeriem un citām ierīcēm, kas pakļautas pastāvīgai vibrācijai un kustībai.

Jo vairāk jūs zināt

Zinot lodēšanas pamatā esošo mehāniku un to, kad ir lietderīgi to pielietot jūsu projektos, būs atšķirība starp panākumiem un simt nepāra dolāriem bojātā elektronikā.

9 labākie lodāmuri iesācējiem

Ja jūs interesē elektronika, jums būs nepieciešams lodāmurs. Šeit ir labākie lodāmuri jums.

Lasīt Tālāk

Par autoru