Дао паяльника

Я видел то, чего не следует видеть… Я пытаюсь забыть… Но, безумные, инфернальные образы снова и снова вторгаются в мой сон. Оторванные контактные площадки. Слипшиеся ножки микросхем. Платы, измазанные жутким дерьмищем… Хрупкие, ненадежные соединения…

Пайка — довольно простой навык. Но, даже среди инженеров, многие не умеют хорошо паять. Ремонтеры в сервисных центрах занимаются пайкой профессионально, но это не мешает доброй половине из них делать откровенную лажу… Не забыв отправить клиента в кассу.
Чтобы изменить мир к лучшему, нужен ликбез!

Пайка здорового человека от заводской не отличается )

Для начала, разберемся, какие бывают паяльники. А бывают они очень разные. Внезапно.

Еще со времен раннего палеолита нам достались сетевые паяльники с медным жалом. Такими наши далекие предки паяли мамонтов. Обычно, при слове «паяльник» начинающие представляют именно его.

В свое время, они казались вполне годными. Но сейчас устарели настолько, что пользоваться ими невозможно. Казалось бы, что вообще можно хотеть от паяльника, кроме способности нагреваться и плавить припой? Много чего.

Во первых, у него должна быть стабилизация температуры. Во всех годных современных паяльниках есть термодатчик, и электронная схема, которая регулирует его нагрев. Стоит жалу остыть ниже заданной температуры, как блок управления включает нагреватель. Только жало нагревается чуть выше — паяльник отключается. И так по кругу. (Схема там более умная, чем я описал. Так называемое PID регулирование)

Это дает сразу несколько очень важных преимуществ. Во первых, паяльник не перегревается. Мы можем выставить такую температуру, при которой припой хорошо плавится, но жало не обгорает, и компоненты не мрут от перегрева.

А раз паяльник теперь не перегревается, мы можем сделать его гораздо более мощным!

У паяльников без термоконтроля, температура жала определяется лишь соотношением его мощности и теплопотерь. Простаивая без дела, он раскаляется как пукан сотоны. Припой окисляется и превращается в серую кашу. Жало обгорает. Радиодетали, запаянные при такой температуре могут выйти из строя. Но, стоит начать им паять что-то массивное, как жало остывает, припой уже не плавится до конца, и получается хрупкая «холодная» пайка.

В далекой древности говорили, что нужно иметь не менее трех паяльников. Маленький — для пайки разной мелочевки. Средний — универсальный. И огромный для больших деталей.

Эта мудрость устарела на целую геологическую эпоху. Сейчас крутой паяльник может быть размером с фломастер, и по мощности сопоставим с огромным советским лудилом. Достаточно продвинутым инструментом можно паять всё, от сварочных аппаратов, до айфонов.

Важно, чтобы у паяльника был именно контроль температуры, а не мощности. Совсем дешевые могут быть без термодатчика. Они крайне не рекомендуются.

Еще один важный параметр — вылет жала. В современной электронике просто обязательно уметь паять мелкие детальки на поверхности плат, и микросхемы с кучей ножек. Даже любительские самоделки давно уже собираются поверхностным монтажом.

Чтобы паять мелкие детали, важно, чтобы паяльник был небольшим, а главное, коротким. Держать его нужно как карандаш. В то время, как старые инструменты габаритами похожи на черенок от лопаты.

Сейчас можно недорого взять простой паяльник с термоконтролем.

Но, лучше иметь паяльную станцию. У них есть еще одно преимущество — гальваническая развязка. Пока наш паяльник питается от сети, у него на жале неизбежно присутствует какой-то потенциал. Даже если у него хорошая изоляция, высокое напряжение из розетки дает наводки. И это может укокошить некоторые электронные компоненты. В станции же содержится понижающий трансформатор, который питает паяльник уже низким напряжением. Это гораздо безопаснее для схем. Да и для вас тоже.

Чаще всего встречаются вот такие недорогие станции.

Паяльники у них — клоны hakko 900. Это был такой японский паяльник, с которого их и скопировали. Выглядит вот так.

Греются эти паяльники примерно за минуту. Их уже хватает для большей части задач. Нагреватели у них бывают нихромовые и керамические. И то, и другое выглядит как фарфоровая трубочка, на которую надевается жало, но у керамики есть характерная ступенька. Между собой они не взаимозаменяемы. Станции с керамическим нагревателем заметно мощнее (где-то 70вт против 40-50 у нихрома), но, гнаться за этим не стоит, так как сейчас есть гораздо более продвинутые технологии.

Не рекомендую паяльные станции lukey. У них совершенно наркоманская схемотехника, в которой фен остается постоянно подключенным к сети через тиристор. Стоит ему выйти из строя, или открыться скачком напряжения, как фен благополучно загорается вместе с квартирой. Как ни странно, более дешевые станции типа какой нибудь yihua лучше продуманы. Впрочем, любую станцию, в целях безопасности, надо обесточивать, когда ей не пользуешься.

А еще, именно у люкея нагреватель не доходит до конца жала. Сколько видел их паяльники — у них ВСЕГДА такой брак. Традиция… Из-за этого мощность не передается в жало, вместо этого паяльник греет ручку.

900е паяльники — сравнительно неплохое решение. Но их сильно превосходят станции под жала-картриджи Т12.

Жала Т12 — это, по сути, маленький паяльник в сборе. Нагреватель и термопара запрессованы вовнутрь жала, что обеспечивает идеальную теплопередачу, в то время, как у 900х между нагревателем и жалом остается воздушный зазор.

Хотя, формально, мощность у стандартов hakko 900 и Т12 примерно одинаковая, по ощущениям Т12 мощнее во много раз. Нагревается он уже не минуту, а 6-7 секунд, и с легкостью паяет здоровенные провода и крупные полигоны на платах.

И, что дико важно, под Т12 существуют ручки с маленьким вылетом жала. Расстояние от пальцев до кончика паяльника куда меньше, чем у 900х, что очень заметно, когда паяешь под микроскопом. Стоит пересесть обратно на другой паяльник, как возникает ощущение, что держишь в лапах двухметровый дрын.

Еще из плюшек Т12 (каких нибудь продвинутых моделей) достаточно умные мозги, и датчик движения в ручке, который позволяет им засыпать, пока ими не пользуются.

А вот вам и три паяльника. Раритетный ЭПСН, hakko 900, и Т12. Самый маленький мощнее самого большого раза в три-четыре. 🙂

Немного об экзотике.

Бывают и другие паяльники на жалах-картриджах. Например, паяльник TS-100 на укороченных Т12. Хорошая вещь, но мне в нем не нравится необходимость добывать его родные жала, и достаточно большое расстояние от ручки до их кончика.

Есть паяльные станции на своих, оригинальных жалах-картриджах совсем уж свирепой мощности. До 150вт и выше. Например, quick TS1200. Или паялки, конструктивно похожие на 900е, но с малым вылетом и большей мощностью. Таковы паяльники Ersa. Все это стоит дорого, и, скорее всего, может встретиться где нибудь на производстве.

Отдельно стоит рассказать об индукционных паяльниках. (В основном, фирмы Metcal) Это довольно необычная штука, в которой жало нагревается высокочастотным полем, почти как сковородка на индукционной плите. А температура жала определяется физическими свойствами сплава, из которого сделано жало. Стоит ему достигнуть точки Кюри, как оно перестает магнититься и поглощать энергию. Как только, оно остывает, отдавая тепло припою, поле снова начинает его нагревать.

Штука мощная, с идеальной стабилизацией температуры, но без возможности регулирования (только сменой жал), и дорогая. Встретить такую можно где-нибудь в промышленности.

Есть странные китайские химеры, сочетающие индукционный принцип нагрева с термостабилизацией с помощью термопары. Например, yihua 900H. Большого смысла в них я не вижу. Паяют неплохо, но, по мощности они не круче Т12, а по длине как обычные 900е паялки…

Кроме паяльников существуют и более экзотические инструменты. Например, термопинцеты. Это такой пинцет-паяльник, которым можно сразу брать и отпаивать мелкие детали. Очень удобная штука, но увы, в любительской практике редкая.

Стоит упомянуть всякие странные штуки, например, газовые паяльники. Они автономны, и позволяют паять провода в полевых условиях.

Уже запутал?

Ничего страшного. Учить всё это наизусть не нужно. Достаточно примерно представить, какими бывают современные паяльники.

Про паяльники поговорили. Еще, нам понадобится фен.

Фен и паяльник — это как две ноги у огромного боевого человекоподобного робота. Чтобы постигнуть дао, и не хромать, нужно владеть и тем, и другим.

Паяльный фен создает поток горячего воздуха с регулируемой температурой. Это позволяет бесконтактно нагреть сразу целый участок платы.

И это очень много где нужно.

Например, фен понадобится нам, чтобы отпаять деталь со множеством контактов. Сделать это паяльником удручающе трудно. Пока отпаиваешь ножки с одной стороны, с другой они остывают, и припаиваются обратно. Горячим воздухом мы просто нагреваем участок платы, расплавляя припой сразу под всеми ногами.

С помощью фена можно паять очень мелкие детали, которые видно только под микроскопом. Достаточно, хотя бы примерно поставить их на место, а дальше поверхностное натяжение припоя сделает своё дело.

И совсем не обойтись без фена, или инфракрасной станции, когда паяешь BGA чипы. Это одна из самых сложных задач в практической пайке. BGA — это ball grid array — массив шариков. Тип корпуса, у которого под брюхом микросхемы расположены контакты с шариками припоя, часто чрезвычайно мелкие.

Снятый BGA чип. Ага, вот это всё паяется вручную.

Раз уж я упомянул инфракрасные станции, расскажу и о них.

Для того, чтобы запаять какой-то крупный чип, используются специальные платформы с нижним и верхним подогревом. Выглядят они почти как инфракрасная электроплитка.

Сначала, плата равномерно нагревается снизу до температуры, меньшей, чем температура плавления припоя. Это нужно затем, чтобы её не изогнуло тепловым расширением. После чего, инфракрасным излучателем нагревается и запаивается интересующий нас чип.

Я использую нижний подогрев и при ручной пайке под микроскопом. Предварительный нагрев платы позволяет запаивать чипы при меньшей температуре, что снижает риск их угреть.

Перейдем к припою. Он тоже бывает разный.

Нам понадобится припой оловянно-свинцовый. ПОС61 или ПОС63. Цифры — содержание олова в сплаве. Именно при таком соотношении олова и свинца (и, обычно, небольшого количества других добавок) получается так называемая оловянно-свинцовая эвтектика. Припой выходит достаточно прочным и легкоплавким. Начинает плавится он при температуре 183 градуса. (Бывают и припои с другим соотношением олова и свинца. Например, ПОС40. Они несколько отличаются по свойствам, в основном, по прочности и температуре плавления. Иногда можно найти в продаже припои, по составу похожие на ПОС63 но с добавлением 1-3% меди или серебра. Они образуют более прочные интерметаллоиды на границе с медью, и позволяют достичь более надежного соединения.)

Вся современная электроника делается с использованием гораздо более тугоплавкого бессвинцового припоя. Сделано это по требованиям экологов.

//conspirology mode on

Едва ли бессвинцовый припой экологически чище. Вместо свинца он содержит другие вредные присадки. Зато, он обладает очень важным свойством. Он хрупкий, и при ударе в нем легко возникают микротрещины, после чего, устройства постепенно выходят из строя. И вуаля! Можно продавать новые. PROFIT

//conspirology mode off

Бессвинцовка плохо паяется, и я рекомендую при ремонте техники убирать старый припой, и заменять его на оловянно-свинцовый.

Еще одна штука, о которой надо знать — очень легкоплавкие сплавы Вуда и Розе. Розе плавится при +94 градуса (можно расплавить в стакане с кипятком!), а Вуда и того меньше: 68 градусов. Правда, сплав Вуда из-за кадмия более токсичен.

Нужны они, в основном, для демонтажа. Легкоплавким сплавом можно разбавить припой на плате, и отпаять какую нибудь деталь, не перегрев всё вокруг.

Сплавы эти хрупкие, поэтому, прежде чем что-то запаивать обратно, их необходимо убрать. Только в редких исключениях бывает необходимо припаять что-то ну очень боящееся перегрева, и приходится использовать такие легкоплавкие сплавы в качестве припоя.

В литературе часто попадается совет лудить самодельные платы сплавом Вуда или Розе. Делать так, ни в коем случае, не нужно! На границе с медью образуется хрупкий и легкоплавкий слой, который будет уже невозможно убрать. И, даже если после этого, припаять детали на нормальный припой, они могут, в какой-то момент, отвалиться.

Кроме припоя очень важен флюс.

И вот этого многие начинающие вообще не знают.

Флюс — это субстанция, которая растворяет оксидные пленки и защищает припой от окисления. Металлы всегда покрыты окисной пленкой, к которой припой не липнет. И без флюса он, сколько не грей, будет только размазываться по поверхности меди как унылое Г, вместо того, чтобы растекаться красивой серебристой лужицей.

Но, еще важнее то, что флюс — это очень сильный модификатор поверхностного натяжения! Без флюса расплавленный припой ведет себя как пластилин, размазываясь неровными колбасками. В присутствии флюса же, словно ртуть, собирается в шарики, и затягивается капиллярным эффектом в тонкие зазоры между контактами и поверхностью платы.

Очень важно интуитивно прочувствовать, как ведет себя жидкий металл. Пайка — это, в первую очередь, умение работать с магией поверхностного натяжения!

Флюсы можно разделить на отмывочные и безотмывочные.

Безотмывочные — это те, которые не вредят плате, и их не обязательно удалять. (Хотя, это все равно нужно по эстетическим соображениям). Отмывочные флюсы, как правило, активные. Они гораздо злее борятся с окислами, позволяют залудить грязные контакты, но проводят ток, и, со временем, повреждают плату, если их вовремя не удалить. Поэтому, их обязательно нужно тщательно смывать.

Самый известный безотмывочный флюс — это старая дедовская канифоль. Она неплохо справляется со своими задачами, и вполне инертна. Но, не слишком удобна в обращении, и быстро пригорает, оставляя грязные разводы, которые, хоть и не вредят плате, но требуют отмывки, просто чтобы не оскорблять чувство прекрасного.

Канифоль можно растворить в спирте до густоты мёда, и получить спирто-канифольный флюс, который можно наносить кисточкой.

Множество промышленных безотмывочных флюсов делаются на основе канифоли. Они представляют собой вязкую массу, которую удобно выдавливать из шприца прямо к месту пайки. Флюсов этих огромное количество, от непонятных подделок, которые толком не паяют, до дорогих и пафосных флюсов для пайки BGA, стоимостью под 1000р за 10 грамм, типа FluxPlus.

Самым известным, и тоже дедовским активным флюсом, является паяльная кислота, она же хлорид цинка. С его помощью удается залудить грязные, окисленные провода от «москвича» в дедовском гараже, и даже припаять что-то к железу, которое с канифолью не паяется. Еще более злая отрава — ортофосфорная кислота, и свирепый Ф-38Н. Активные флюсы здорово выручают, но их обязательно нужно отмывать после пайки. (А еще, они едкие. Ортофосфорная кислота, и иже с ней, достаточно злая, чтобы при попадании на кожу оставить ожог. Поэтому, нужно следить, чтобы, ни в коем случае, её брызги не попали в глаза!)

Если нужно не просто припаять несколько компонентов, а смонтировать целую плату, очень хороши умеренно активные флюсы, смываемые водой. Например, ФТС — флюс триэтаноламин — салициловый. С виду напоминает глицерин. Платы радостно лудятся под ним, а припой сам собой растекается по полигонам, собираясь в няшные, аккуратные шарики. После сборки, платы отмываются обычной водой.

Флюсов, на самом деле, огромное количество. Знать их сразу все не обязательно, главное, иметь представление о том, что это вообще такое.

Есть и такая штука, как припой со флюсом. Представляет собой полую трубочку, заполненную составом на основе канифоли. Его хорошо использовать при пайке с подачей, когда пруток припоя подается непосредственно к контакту, разогреваемому паяльником. Это удобно.

Но, нужно помнить, что при большей части действий, такой припой индульгенции на отказ от флюса не дает! Когда набираешь каплю припоя на кончик жала, флюс быстро испаряется, а для множества операций его изначально недостаточно. К тому же, он может конфликтовать со смываемыми водой флюсами, образуя грязь. В общем, вещь годная, но со своей оптимальной областью применения.

И так, у нас есть паяльник, припой, и флюс. Ну что, уже начнем паять?!

Еще не всё. У паяльника есть жала. И они, внезапно, тоже бывают разными.

В бронзовом веке, паяльники изготавливались с медными жалами. Они представляли собой просто стержень, который можно было заточить по своему желанию. Жала хорошо проводили тепло, но быстро обгорали, покрываясь чешуйками черного налета. Вдобавок, медь постепенно растворялась в припое из-за амальгамирования, образуя на конце жала углубление. Их приходилось постоянно перетачивать.

Прогресс не стоял на месте, и к железному веку появились необгораемые жала. Медь в них получила никелированный доспех. Такие жала сохраняют форму, и не выгорают. Паяльники типа hakko 900 и все более поздние используют именно необгораемые жала.

Когда начинающий электронщик покупает паяльную станцию, она идет со стандартным жалом-конусом, заточенным, как иголка. Ага, думает он. Всё понятно. Ножки у современных деталей тонкие, значит и жало должно быть тонкое. И радостно начинает запаивать контакты по одному.

Тонкое жало плохо передает тепло. (Хорошо, если оно качественное, с медным сердечником внутри. Похабные подделки делают целиком из железа. Теплопроводность у них ниже плинтуса). Стоит ткнуть кончиком иголки в полигон на плате, как оно остывает, и перестает плавить припой.

Что делает мастер? Свирепо крутит по часовой стрелке регулятор температуры! Жало раскаляется, обгорает, и припой перестает к нему липнуть. Чувак не отчаивается, и докручивает ручку до характерного щелчка.

Работа превращается в демонический ритуал. Раскаленный до 500 градусов паяльник, клубы дыма, много обсценной лексики, и холодная, хрупкая пайка. Doing it wrong!

На самом деле, в большинстве случаев, даже для пайки всякой мелочи, следует использовать сравнительно толстое жало.

Помните, я говорил, что пайка — это, в первую очередь, понимание магии поверхностного натяжения? Так вот. Мелкие детали с кучей ножек не запаиваются по одному контакту. Они паяются микроволной. Жало, которое намного больше расстояния между контактами, движется сразу по всему их массиву. Зазор между полигонами на плате, и контактами детали намного меньше, чем расстояние между ногами, и припой затягивается туда капиллярным эффектом. В то время, как из промежутков между ногами он вытягивается вслед за жалом. Остаются микроскопические галтели вокруг контактов.

На мой взгляд, удобнее всего в работе жало-микроволна. Это такое скошенное копыто с небольшой лункой, которая позволяет эффективнее удерживать припой. Я использую его для 80% всей работы. Но бывают и другие жала. Копыта разного диаметра, топорики, плоские как отвертка, прямые и загнутые под 45 градусов иголки… Не существует обязательной догмы, где какое жало нужно использовать, так же, как и нет строгого требования рисовать определенной кистью, или использовать для резьбы по дереву только один резец. В процессе практики, постепенно, наберется коллекция любимых жал. Но микроволну, или просто скошенное копыто (а лучше парочку, потолще и потоньше) приобрести стоит с самого начала. Стандартное жало-иголка неудобно практически ни для чего.

Жала hakko 900

Жала Т12

Жало должно быть чистым и хорошо залуженным. Часто приходится видеть необгораемые жала, которые все таки благополучно обгорели, и покрылись черным налетом, к которому припой не липнет. Многие думают, что так и должно быть, и пытаются этим паять. Так делать не нужно!

Если к жалу не липнет припой, нужно макнуть его в активный флюс, или специальный восстановитель жала, и сразу залудить. Если это не помогло, можно попробовать аккуратно зачистить его механически (Ключевое слово — аккуратно! Жало легко испортить. Если взять напильник, и ободрать с него специальное покрытие, оно вообще перестанет лудиться.) и повторить процедуру. Нормально залуженное жало должно быть с блестящей каплей припоя на конце.

Часто возникает необходимость очистить жало от лишнего припоя, и всякой грязи. Для этого, обычно, используют две вещи. Комок латунной стружки, похожий на проволочную мочалку для мытья посуды, и целлюлозную губку Боба пропитанную водой. (Кстати, не все знают, что её нужно смачивать. Сухая она похожа на мумию, и совершенно не функциональна.) Я держу на столе и то и другое. Что более уместно в конкретный момент — понимаешь интуитивно.

Мы уже почти готовы что-нибудь припаять. Но, нам не постигнуть дзен, не научившись убирать лишний припой.

Для этого существует демонтажная оплетка. Это такая лента, сплетенная из тонких медных проволочек. Она впитывает припой, совершенно как губка воду! Механизм тот же самый. Между волокон микроскопические зазоры, и очень сильный капиллярный эффект.

Чтобы убрать лишний припой, нам нужно поднести оплетку к точке, откуда мы его убираем, (желательно, капнув туда флюса), и прижать её паяльником. Припой впитается на глазах.

Важно учитывать, что у оплетки большая теплопроводность, и можно недогреть плату. Тогда она припаяется к полигону, и если он мелкий, довольно легко нечаянно дернуть за неё, и вырвать дорожку с платы. Чтобы этого не случилось, нужно увеличить температуру паяльника, и не прилагать излишних усилий.

Благодаря оплетке, мы готовы к стратегическому отступлению, если где-то перелили припоя. Она же придет на помощь, если нужно убрать старый припой, прежде чем запаивать новый компонент, или демонтировать что-то с платы.

Для демонтажа выводных компонентов, также может пригодится оловоотсос. Это такой шприц с пружиной. Механизм взводится. Отсос подносится к отверстию на плате, и припой в нем расплавляется паяльником. Нажимается кнопка. Поршень резко отскакивает назад, и разрежение засасывает избыток припоя, прочищая дыру, словно вантуз.

(По тому же принципу работают профессиональные демонтажные станции, только у них пистолет с нагревателем и вакуумным насосом.)

Еще одна вещь, которую стоит иметь под рукой перед началом пайки — смывка для флюса. Флюс пригорает, загрязняя плату, а главное, мешая закончить какую-то тонкую работу. Поэтому, после пайки, а часто и в процессе, его необходимо удалять. Проще всего использовать спирт (этиловый или изопропиловый) и зубную щетку. Существуют более ядреные специальные смывки, например FluxOff. Они гораздо эффективнее, хотя и более токсичные.

Вот теперь у нас есть необходимый минимум для пайки, и можно переходить к практике.

Понятно, что я рассказал только самые основы. Дальше — огромное множество практических приемов и технологий, которые нужно освоить.

Но, слона жрут бутербродами.

Дао паяльника: 5 комментариев

  1. объясни как правильно должна выглядеть схема управления нагревом фена.

    какой из вариантов будет правильным:
    1. дополнительный выключатель типа реле или выключателя ?
    2. принципиально иной силовой ключ (например мосфет или igbt транзистор)?
    3. понижающий преобразователь (любого вида) дающий допустим 100 -150 вольт чтобы уменьшить вероятность сжечь тиристор/симистор?

    • Физическое отключение нагревателя, пока фен не работает. У паялки есть кнопка, выключающая фен. Так вот, у многих паялок (но не у люкея) одна контактная группа говорит контроллеру, что фен нужно продуть и заглушить. А другая физически разрывает его питание. Не очень хорошо кидать на одну кнопку ногу контроллера и сетевое питание. Но это работает, и намного увеличивает безопасность.

      Либо реле, которое так же разрывает питание фена.

      В общем, нам нужно, чтобы фен физически был отключен, если мы не уверены, что фен в работе.

      Еще советую запаять на вход варистор с предохранителем перед ним, чтобы он гасил скачки напряжения.

    • Ну ссылку я не стал кидать, так как мой паяльник пришел с браком блока питания (был потенциал на жале) и пришлось кастомно вкорячивать левый импульсник. (( Хотя, Т12 однозначно жЫрная тема, с покупкой, видимо, лотерея. Соберусь еще брать, если удачно будет, ссылку поставлю.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *