Примечание.
По этой причине паять схемы (особенно предназначенные для работы на морозе) чистым оловом нельзя.
В сплаве со свинцом этого эффекта нет, но есть другая проблема — свинец ядовит. За рубежом сейчас широко применяются бессвинцовые припои (в основном с добавлением небольшого процента серебра). Эти припои, как правило, имеют еще более низкую температуру плавления, а переходное сопротивление паяного контакта у них значительно меньше (серебро, как известно — самый лучший проводник электрического тока). Кроме олова и свинца, в припоях могут присутствовать и другие элементы (обычно от долей до нескольких процентов), придающие им особые механические свойства.
Итак, в общих чертах процесс пайки выглядит следующим образом:
♦ приводим в соприкосновение два (или более) проводника, которые необходимо спаять
♦ наносим на них флюс, чтобы обеспечить химическую очистку поверхности проводников от посторонних химических соединений
♦ наносим на них расплавленный припой
♦ ждем остывания припоя
Ну а теперь — разберем каждую их этих стадий подробно, ибо, как известно, дьявол кроется в деталях.
Приводим в соприкосновение проводники. Специфическая особенность пайки в электронных устройствах заключается в той цели, с которой выполняется пайка, а цель здесь одна — обеспечить электрический контакт.
Если бы нам нужно было просто механическое соединение, проводники можно было бы и склеить!
Совет.
Первый шаг нужно выполнить таким образом, чтобы обеспечить максимально большую площадь соприкосновения проводников — чем больше площадь соприкосновения, тем меньше будет переходное сопротивление контакта. Поэтому, если Вы спаиваете вместе два проводника, их нужно обязательно зачистить и плотно скрутить между собой (если проводники толстые, не поленитесь взять в руки плоскогубцы).
Если в детали предусмотрен контакт с «ушком», обязательно пропустите в «ушко» провод и плотно оберните его вокруг контакта (даже если лень выпаивать весь тот мусор, что уже натыкан в «ушке»).
Внимание.
Напаивать «лесенкой» один провод на другой, затем третий на второй, а затем четвертый на третий совершенно недопустимо. Особенно это правило касается цепей, в которых проходят большие токи — степень нагрева контакта пропорциональна квадрату тока, проходящему через соединение, и отнюдь не случайно, что в сильноточных цепях все электрические соединения затягиваются могучими болтами, хотя никаких механических нагрузок там практически нет.
Крайне нежелательно, чтобы соединение двух проводников происходило через каплю припоя. Особенно это касается, как ни странно, сигнальных цепей — на медной поверхности всегда присутствует тонкий слой закиси меди, который являются полупроводником, и при некачественной пайке такой контакт может давать удивительнейшие эффекты, про которые потом долго рассказывают бывалые электронщики.
Нанесение флюса. Нельзя сказать, что на протяжении всей истории электроники культура пайки оставалась неизменной. «Дедовский способ», когда жало паяльника с каплей припоя тыкается в банку с канифолью, и затем уже несется к месту пайки, сейчас практически вышел из употребления — помимо того, что паяющий кадит, как служитель культа перед алтарем, требуется изрядное умение, чтобы донести хоть часть флюса до цели. Твердый флюс сейчас практически не применяется.
Наиболее популярные флюсы для меди — спиртовой раствор сосновой канифоли и флюс ЛТИ-120. На место пайки их необходимо наносить тонкой кисточкой, оптимальная температура пайки для них около 200 градусов. Стальные детали лучше паяются «паяльной кислотой» (хлорид цинка), температура пайки — около 280 градусов.
В радиолюбительской среде одно время предлагалось разводить канифоль ацетоном — на взгляд автора, такой рецепт хорош разве что для токсикомана, и, вдобавок, весьма пожароопасен (температура вспышки ацетона всего -19 градусов). Кстати, в качестве флюса для меди прекрасно подходит обыкновенная сосновая смола.
Флюс должен обладать еще одним свойством — легко удаляться после пайки, в том числе потому, что многие флюсы обладают неприятным свойством притягивать из воздуха пары воды и различных соединений, что неблагоприятно сказывается на работе конструкции (вплоть до выхода ее из строя).
Канифоль и флюс ЛТИ-120 легко отмывается спиртом или ацетоном, «паяльная кислота» — водой (кстати, сейчас промышленностью выпускается модифицированный флюс ЛТИ-120, который также отмывается водой). Большинство флюсов (за исключением, разве что, чистой канифоли) небезвредны для здоровья, поэтому при пайке необходимо пользоваться вытяжкой или хотя бы вентилятором. Кроме «отдельно стоящего» флюса промышленностью выпускается пара «припой-флюс», в которой флюс содержится внутри полой трубочки из припоя.
Иногда случается, что соединяемые поверхности до такой степени покрыты посторонними включениями, что спаять их не получится даже при наличии флюса. В таком случае соединяемые поверхности необходимо предварительно залудить, т. е. покрыть пленкой припоя, надежно механически связанной с поверхностью проводника. Лужение также применяется для защиты поверхности проводника от воздействия окружающей среды. В таких «аварийных» случаях следует пользоваться более радикальными средствами зачистки поверхности.
Очистка меди. Медные проводники и поверхности печатных плат можно зачистить либо механическим путем (мелкая наждачная шкурка), либо протереть крепким нашатырным спиртом. После протирки поверхность следует вымыть с мылом. Не следует применять для очистки меди кислоты — это гарантия, во-первых, получить изъеденную поверхность, и, во-вторых, получить проблемы с устройством в будущем.
Очистка серебра. Многие детали имеют посеребренные выводы, на которых со временем образуется черный налет сульфида серебра. Для его снятия пригоден либо механический (зачистка выводов), либо химический способ — тот же нашатырный спирт (деталь отмочить в нашатырном спирте примерно 1 час).
Не следует применять для этой цели кислоты — большинство их них на сульфид серебра не действуют, а проблемы создают те же, что и с медью. Если возиться с нашатырным спиртом желания нет, можно попытаться снять черный налет карандашом для чистки утюгов либо средством «Оксидал» для чистки жала паяльника. В обоих случаях зачищаемую деталь необходимо прогреть паяльником до температуры примерно 350 градусов.
Нанесение припоя. Это — наиболее сложная и ответственная часть работы. Припой в месте пайки обязательно должен быть жидким, чтобы проникнуть в мельчайшие поры поверхности соединяемых деталей, поэтому место пайки должно быть хорошо прогрето.
«Дедовский способ» подразумевал, что капля припоя набирается на жало паяльника и несется к месту пайки. Более современный способ подразумевает прогрев паяльником места пайки с одновременным касанием припоем жала паяльника.
Совет.
Автор хочет только добавить свой собственный секрет — припоем надо касаться не жала паяльника, а спаиваемой детали. Если припой плавится от контакта со спаиваемой деталью — значит, она прогрета более чем достаточно. Припой в зону пайки нужно подавать до тех пор, пока на месте пайки не начнет образовываться капля — это будет обозначать, что все место соединения насквозь пропиталось припоем, и большего количества припоя уже не нужно. Каплю потом можно аккуратно снять паяльником — лишний припой ничего, кроме перерасхода материала, к пайке не добавит.
Остывание припоя. Это, пожалуй, наиболее ответственная часть пайки — если во время остывания у паяющего дрогнет рука, контакт наверняка получится с высоким переходным сопротивлением. Хорошая, правильно остывшая пайка, всегда имеет блестящую поверхность. Более того — хорошая пайка просто-напросто красива.
Инструменты и материалы для пайки
Долгие годы основным инструментом для пайки был паяльник. Сейчас, с появлением новых технологий и новых деталей, появились и новые инструменты для пайки — паяльные станции и термофены (средств промышленной пайки мы с вами касаться не будем).
Основными требованиями к паяльнику являются мощность нагревателя и температура жала паяльника — мы уже говорили о том, что для припоев и флюсов существует оптимальная температура пайки.
Недогрев паяльника приводит к тому, что припой и флюс плохо справляются со своими обязанностями, перегрев — к окислению припоя (и, как следствие, к ухудшению качества контакта) и отслаиванию дорожек печатной платы. Поэтому любой, даже самый захудалый паяльник, должен быть снабжен хотя бы простейшим терморегулятором. Схем таких терморегуляторов сейчас пруд пруди. В приложении в конце книги приведена собственная схема автора, которой он пользуется уже много лет.
