Lutowanie, elementy SMD, wykonywanie płytek i soldermaski - Kompendium wiedzy.pdf - Artykuły, poradniki - f_e_a_r_

Podstawy

Wszystko o lutowaniu

część 1

Historia lutowania sięga głębokiej starożyt-

ności. Egipcjanie już ponad 2000 lat przed

naszą erą umieli łączyć złoto i srebro. Ale

prawdziwa epoka lutowania zaczęła się wraz

z odkryciem cyny jako materiału łączącego.

Poszczególne kultury, najpierw śródziemno-

morskie, potem europejskie, stosowały i udo-

skonalały różne techniki lutowania ołowiu

ibrązu. Pozostały po tym liczne świadectwa,

głównie w postaci biżuterii i przedmiotów

domowego użytku.

Przez długie lata lutowanie było niełatwą

sztuką, przekazywaną z pokolenia na pokole-

nie w rodach rzemieślników. Radykalna

zmiana nastąpiła dopiero w XX wieku

w efekcie wynalezienia praktycznej lutowni-

cy elektrycznej, co Niemcy przypisują Er n-

stowi Sa chsowi, założycielowi znanej do

dziś firmy ERSA. Lutowanie przestało być

trudne i męczące, stało się dostępne dla każ-

dego. Rozwój technik lutowania, głównie

tzw. lutowania miękkiego, był też ściśle

związany z rozwojem elektroniki.

szczególną właściwość – rozpuszcza nieco

miedzi i w efekcie na styku miedź-cyna two-

rzy się cieniuteńka warstewka pośrednia

z miedzi rozpuszczonej w cynie. Należy pod-

kreślić, że takie rozpuszczanie miedzi

wpłynnej cynie zachodzi w temperaturze du-

żo niższej niż temperatura topnienia miedzi

(1083 o C) i jest możliwe właśnie dzięki spe-

cyficznym właściwościom cyny. Po osty-

gnięciu uzyskuje się cieniutką warstewkę

stopu cyny i miedzi, dobrze związaną zarów-

no z powierzchnią miedzi, jak i cyny. Two-

rzenie cienkiej warstwy takiego stopu przez

oddziaływanie płynnej cyny na miedź (i inne

materiały) nazywa się bieleniem, inaczej po-

bielaniem.

Dopiero pobielenie, czyli rozpuszczenie

niezmiernie cienkiej, powierzchniowej war-

stewki miedzi umożliwia powstanie trwałe-

go, silnego połączenia przez powstanie struk-

tury miedź-stop-lut-stop-miedź. W praktyce

oznacza to, że temperatura i czas lutowania

muszą być tak dobrane (nie za małe), żeby

zdążył zajść proces tego powierzchniowego

rozpuszczenia miedzi w cynie.

Zazwyczaj proces pobielania zachodzi

podczas właściwego lutowania, ale czasem,

nie tylko w elektronice, celowo pobiela się

powierzchnie łączonych materiałów przed

właściwym lutowaniem. A o prawdziwości

przedstawionego twierdzenia, że cyna rozpu-

szcza miedź, naocznie przekonuje się każdy

posiadacz taniej lutownicy z najprostszym

grotem miedzianym. Chodzi o popularne

„wyżeranie” grota – z czasem na ładnym

miedzianym grocie zawsze pojawiają się

wżery i ubytki.

Rolę topnika (ang. flux, niem. flussmittel)

często spełnia kalafonia, uzyskiwana z natu-

ralnej żywicy sosnowej. Dla zwiększenia

skuteczności do kalafonii dodawane bywają

organiczne albo nieorganiczne aktywatory.

Topnik wchodzi też

wskład drutu (spoiwa) lu-

towniczego, używanego

do lutowania ręcznego.

Budowa drutu (spoiwa)

lutowniczego z pojedyn-

czym rdzeniem topnika

pokazana jest na rysunku 2a .

Druty przeznaczone do

ręcznego lutowania zawie-

rają nie jeden rdzeń topni-

ka, tylko kilka, np. 3, 4 lub 5, jak pokazuje ry-

sunek 2b . Czym więcej rdzeni (żyłek) topni-

ka, tym lepiej. Wagowo topnik stanowi około

2,5% spoiwa, objętościowo znacznie więcej.

Do lutowania elementów elektronicznych

całkowicie wystarczy topnik zawarty we-

wnątrz drucika „cyny”. Przy mniej typowych

pracach, zwłaszcza do pobielania drutów

ikońcówek, powszechnie dodatkowo wyko-

rzystuje się kalafonię, dostępną w sklepach

elektronicznych.

Jednak ani typowy stop lutowniczy z top-

nikiem w środku, ani kalafonia nie pozwolą

polutować wielu metali, np. elementów kad-

mowanych, chromowanych, niklowanych,

a nawet stalowych. Lutowanie tych metali za

pomocą cyny jest wprawdzie możliwe, ale

nie wystarczy kalafonia z dodatkami – ko-

nieczne są bardziej agresywne topniki. Róż-

ne silne topniki dostępne są w postaci płynu

lub pasty. Zawierają sole (często chlorki) lub

kwasy organiczne i nieorganiczne. Wpraw-

dzie pomogą polutować elementy z różnych

metali, ale z ich użyciem w elektronice wiąże

Rys. 2

Lutowanie miękkie

W procesie lutowania temperatura topnienia

materiału łączącego (lutu, lutowia), jest niższa

niż materiałów łączonych. Materiały łączone

nie ulegają nawet częściowemu stopnieniu.

Inaczej jest przy spawaniu, gdzie w procesie

łączenia topiony jest nie tylko materiał łączą-

cy, ale i częściowo elementy łączone.

Jeśli temperatura topnienia lutu jest niższa

niż +450 o C, mówimy o lutowaniu miękkim.

Jeśli lut topi się w temperaturze powyżej

+450 o C, mamy do czynienia z lutem i luto-

waniem twardym. W elektronice mamy do

czynienia wyłącznie z lutowaniem miękkim

– elementy elektroniczne lutuje się za pomo-

cą spoiwa (lutu), zwanego potocznie cyną.

Ponieważ w procesie lutowania topi się tylko

spoiwa, a nie łączone elementy, kluczem do

uzyskania wytrzymałego połączenia są wła-

ściwości tego spoiwa i warunki procesu.

Topnik

Należy bardzo mocno podkreślić, że warun-

kiem dobrego lutowania jest właśnie wytwo-

rzenie wspomnianego stopu miedzi i cyny,

a to jest możliwe tylko wtedy, jeśli płynna

cyna dobrze zwilży i rozpuści powierzchniową

warstewkę miedzi. Tymczasem miedź w po-

wietrzu pokrywa się warstwą tlenku. Na szczę-

ście tlenek ten jest niszczony w wysokiej tem-

peraturze stopionego lutu dzięki obecności tak

zwanego topnika. Topnik pełni podwójną rolę:

po pierwsze, pomaga usunąć szkodliwe tlenki,

po drugie, nie dopuszcza

powietrza atmosferyczne-

go do strefy lutowania

i tym samym zapobiega

tworzeniu się nowego

tlenku. Rysunek 1 poka-

zuje przekrój strefy połą-

czenia podczas lutowania.

Fot.1

Lutowanie

Ważną sprawą praktyczną jest zrozumienie

istoty procesu lutowania. Dwa elementy mie-

dziane: ścieżka na płytce i końcówka ele-

mentu, zostają trwale połączone za pomocą

lutu, którego głównym składnikiem jest cy-

na. W procesie lutowania następuje stopienie

lutu i wypełnienie przestrzeni między łączo-

nymi elementami. Co bardzo ważne, nie jest

to tylko warstwowe połączenie obcych mate-

riałów, miedzi i cyny. A trwałość połączenia

nie wynika z przyklejenia lutu (cyny) do po-

wierzchni miedzi. Otóż roztopiona cyna ma

Rys. 1

Elektronika dla Wszystkich

Podstawy

się poważne ryzyko. Te agresywne substan-

cje mogą z czasem całkowicie zniszczyć po-

łączenie lub lutowane elementy. Dlatego po

lutowaniu z użyciem agresywnych topników

miejsce połączenia należy starannie oczyścić

z resztek topnika. Nie dotyczy to lutowania

zużyciem czystej kalafonii.

W procesach montażu elementów SMD po-

mocne są topniki klasy „No Clean” – w żelu,

dostępne w strzykawkach. Demontaż elemen-

tów z płyt o lekko utlenionej powierzchni uła-

twiają topniki średnioaktywne, wygodnie do-

zowane z wyposażonych w pędzelek butelek

polipropylenowych widoczne na fotografii 1 .

Ale nawet niektóre topniki na bazie kala-

fonii zawierające agresywne dodatki trzeba

starannie zmyć, żeby usunąć resztki topnika

– jeśli zostanie choć trochę, po kilku latach

potrafią całkowicie zniszczyć połączenie, po-

wodując korozje połączenia, ścieżek mie-

dzianych i końcówek elementów. Często

wcześniej, przed całkowitym zniszczeniem

połączenia pojawią się inne problemy: nie-

które topniki są higroskopijne. Resztki pozo-

stawione w okolicach punktu lutowniczego

powodują ich rozprzestrzenianie się i wytwa-

rzanie tak zwanych dendrytów . Podobnie jak

ich pierwowzory, mogą niejako rosnąć po-

między punktami lutowniczymi, elementami

i ścieżkami. Wilgoć będzie wtedy powodo-

wać niekontrolowaną upływność między

punktami i ścieżkami płytki – prąd popłynie

przez wspomniane dendryty. Oczywiście

może to okresowo zakłócać prawidłowe

działanie urządzenia.

Ryzyko to jest bardzo poważne, dlatego

bardzo ostrożnie należy podchodzić do „cu-

downych” topników, zwłaszcza o nieznanym

składzie, otrzymywanych od znajomych me-

chaników samochodowych, blacharzy, deka-

rzy i innych nieelektroników. Pozostawiając

resztki takich topników na płytce drukowa-

nej, na stykach czy

końcówkach elemen-

tów, można sobie naro-

bić wielkich kłopotów.

Aby ich uniknąć, nale-

ży starannie usunąć re-

sztki topnika za pomo-

cą odpowiedniego roz-

puszczalnika. W prak-

tyce wybór rozpu-

szczalnika może być

niełatwy, bo niektóre

topniki można skutecz-

nie zmyć wodą, inne

alkoholem, a do je-

szcze innych potrzebne

są specyficzne rozpu-

szczalniki.

Typowym, często

stosowanym prepara-

tem jest IsoClean ( fo-

tografia 2 ) znanej fir-

my Micro Care. Jest to

uniwersalny, bardzo efektywny preparat usu-

wający topniki na bazie kalafonii oraz topni-

ki klasy „No Clean”. IsoClean wraz z bardzo

bogatym wyborem podobnych środków oraz

materiałów pomocniczych i przyborów (za-

mrażacze, sprężone powietrze, dozowniki,

pałeczki, ściereczki, igły, itp.) dostępny jest

w firmie RENEX, która oferuje także wiele

rodzajów topników i past lutowniczych.

Należy więc unikać nieznanych topni-

ków, a jeśli ścieżki i końcówki elementów

nie chcą się połączyć, nie należy od razu się-

gać po agresywny topnik, tylko usunąć rze-

czywistą przyczynę: mechanicznie oczyścić

zbyt silnie utlenione końcówki, odtłuścić

ścieżki, itp. Generalnie do ręcznego lutowa-

nia elementów elektronicznych nie jest po-

trzebny żaden inny topnik oprócz zwyczaj-

nej kalafonii.

razu przechodzi ze stanu stałego do ciekłego,

bez pośredniego stanu plastycznego i

w temperaturze +183,3 o C.

Do rozmaitych zastosowań wykorzystuje

się stopy o różnej zwartości cyny i ołowiu.

W elektronice stosuje się zazwyczaj albo

stop eutektyczny (63% Sn, 37%Pb), albo

stop 60% Sn i 40% Pb. Warto zauważyć, że

przejście w fazę ciekłą następuje wtedy

w temperaturze poniżej 200 o C, co oznacza,

że taki stop ma znacznie niższą temperaturę

topnienia niż użyte składniki (Sn –231 o C, Pb

– 327 o C). Fałszywy byłby jednak wniosek,

że dodatek ołowiu ma jedynie na celu obni-

żenie temperatury topnienia. Obecność oło-

wiu polepsza liczne parametry stopu (spoi-

wa). Właśnie przy zawartości ołowiu około

40% korzystne są też inne właściwości, jak

choćby przewodność elektryczna, wytrzyma-

łość, twardość i plastyczność.

Na krajowym rynku najczęściej spotyka

się spoiwa oznaczone:

LC63 (stop eutektyczny)

LC60 (60% Sn, 40%Pb)

a także spoiwa z niewielkim dodatkiem sre-

bra czy miedzi

LC63S1 (62,5% Sn, 36%Pb, 1,5% Ag)

LC60M2 (60% Sn, 38%Pb, 2% Cu)

Do lutowania ręcznego wykorzystuje się

druty zawierające omówione wcześniej żyły

topnika. Dostępne są wielordzeniowe druty,

nazywane potocznie cyną lub drutem cyno-

wym, o średnicy 0,25mm...3mm. Kiedyś

standardem były druty o średnicy 2mm

i 1,5mm. Obecnie do lutowania płytek druko-

wanych wykorzystuje się zwykle drut o śre-

dnicy 1mm, a do maleńkich elementów SMD

drut o średnicy 0,5...0,7mm.

Stop lutowniczy – „cyna”

Lut zwany też lutowiem znany jest jako „cy-

na”. W określeniu tym jest ziarno prawdy,

ponieważ cyna (symbol chemiczny Sn) sta-

nowi główny składnik stopu: 60...63%. Re-

szta to ołów (Pb). Dla praktyka wykres z ry-

sunku 3 nie ma wielkiego znaczenia, jednak

warto zwrócić uwagę na pewne ważne infor-

macje. Po pierwsze temperatura topnienia

ołowiu wynosi 327 o C, a cyny 231 o C. Jednak

stop cyny i ołowiu ma dziwne właściwości,

zależnie od zawartości obu składników. Przy

zawartości cyny od 19,5 do 98% dla stopu

charakterystyczna jest temperatura 183,3 o C.

Po przekroczeniu tej temperatury stop mięk-

nie. I tu objawia się interesująca zależność.

O ile w tej temperaturze stop mięknie, nie

znaczy to, że staje się ciekły. Tylko stop

o stosunku cyny i ołowiu równym 63%/37%

staje się ciekły w temperaturze powyżej

183,3 o C. Jest to tak zwany stop eutektyczny.

Lutowanie automatyczne

Od kilkudziesięciu lat wykorzystuje się kla-

syczne lutownice elektryczne. Te i inne lu-

townice ręczne zostaną omówione w następ-

nym śródtytule. Pojawienie się płytek druko-

wanych umożliwiło automatyzację procesu

lutowania przez tak zwane lutowanie na fa-

li . Pojawiły się tzw. agregaty lutownicze. Fo-

tografia 3 pokazuje automat do lutowania na

fali. Wbrew prostym wyobrażeniom nie cho-

dzi jedynie o to, by płytki przesuwające się

pomału na taśmie montażowej zostały tylko

Rys. 3

Fot. 2

Fot. 3

Przy innych propor-

cjach cyny i ołowiu wy-

stępuje faza pośrednia:

stop mięknie w tempe-

raturze 183,3 o C, ale nie

staje się cieczą, tylko

ma konsystencję pla-

styczną. Dopiero w ja-

kiejś wyższej tempera-

turze następuje przej-

ście w fazę ciekłą.

Stop eutektyczny od

Elektronika dla Wszystkich

Podstawy

zanurzone dolną stroną w ciekłej cynie. Nie-

przypadkowo mówi się o lutowaniu „na fali”

(ang. wave soldering , niem. Wellenloeten ).

W kadzi znajduje się roztopiona cyna, pompa

(lub pompy) porusza cynę i na jej powierzch-

ni tworzy się fala. Chodzi o grzbiet fali.

W zależności od rozwiązania, fala może być

pojedyncza lub podwójna. Dolna powierzch-

nia płytki z punktami lutowniczymi nie jest

więc zanurzana w nieruchomej płynnej cy-

nie, tylko wprowadzana w grzbiet fali. Płyt-

ka pomału (ok. 3m/min) przesuwa się na ta-

śmie i czoło fali kolejno lutuje elementy, jak

pokazuje w uproszczeniu rysunek 4 .

Rys. 4

Fot. 4

W przypadku fali podwójnej pierwszy

grzbiet bieli końcówki, drugi dokonuje wła-

ściwego lutowania. A wcześniej płytka (lub

wybrane fragmenty) poddawana jest działaniu

płynnego topnika. W procesie lutowania bywa

też wykorzystywany tzw. nóż powietrzny.

Lutowanie za pomocą agregatów z falą wy-

maga uwzględnienia szeregu dalszych czyn-

ników, które nie występują przy przylutowa-

niu ręcznym, między innymi zdarza się, że

proces odbywa się nie w powietrzu, tylko

w gazie obojętnym. Lutować na fali można

nie tylko elementy przewlekane według ry-

sunku 4, ale też elementy SMD, wstępnie

przyklejone do płytki właśnie od strony luto-

wania. Choć w trakcie lutowania przez chwi-

lę wpełni są całkowicie zanurzone w płynnej

cynie, nie ulegają one uszkodzeniu ze wzglę-

du na stosunkowo niską temperaturę lutu

(rzędu 240...250 o C).

Obecnie elementy przewlekane niemal cał-

kowicie ustąpiły miejsca maleńkim elemen-

tom SMD. Do lutowania płytek zawierających

wyłącznie elementy SMD zamiast lutowania

na fali stosuje się powszechnie tak zwane lu-

towanie rozpływowe (ang. reflow soldering ,

niem. Reflow-Loeten ). Automaty montażowe

najpierw selektywnie nakładają na płytkę pa-

stę lutowniczą. Potem umieszczane są ele-

menty. Pasta lutownicza zawiera klej, topnik

oraz sproszkowany lut. Bardzo szeroki wybór

urządzeń, dzięki którym możliwe jest stwo-

rzenie mniej lub bardziej zaawansowanych li-

nii produkcyjnych, oferuje amerykańska firma

Automated Production Systems (RENEX),

i obejmuje maszyny umożliwiające m.in.:

przycinanie i kształtowania wyprowadzeń ele-

mentów i układów, nanoszenie masek, pasty

lutowniczej i kleju na płytki drukowane,

umieszczanie elementów i układów na płyt-

Fot. 5

kach, lutowanie oraz prace serwisowe i po-

mocnicze. Wśród automatów APS niezwykle

ciekawie prezentuje się seria L, reprezentowa-

na na fotografii 4 przez L60 – wyposażoną

waż 96 podajników, która zapewnia układa-

nie wielu rodzajów elementów (0201, 0402,

0603, 0805, 1206, MELF, SO-28 do SO-8,

SOT, SOIC, (fine pitch) QFP, BGA, large

PLCC, socket i innych) z dokładnością ±

0,001” (±25,4m), przy maksymalnej wydajno-

ści 4800 cph (chip per hour). Bardzo istotnym

elementem systemów APS jest dołączone

wpełni konfigurowalne oprogramowanie.

W przedstawiony sposób elementy są

wstępnie przyklejane na swoich właściwych

miejscach, ale nie mają jeszcze połączenia

elektrycznego. Po podgrzaniu do temperatury

topnienia lutu, pasta lutownicza topi się iwią-

że trwale końcówki elementów z punktami

lutowniczymi, a klej i topnik wypływają na

boki. Do właściwego lutowania służy więc

piec, mający możliwość precyzyjnej regulacji

temperatury. Fotografia 5 pokazuje piec fir-

my APS. Taki piec do lutowania rozpływo-

wego nie zawiera cyny. Do podgrzewania

wykorzystuje się podczerwień, coraz częściej

jednak stosowane jest podgrzewanie gorącym

powietrzem (bądź lepiej gazem obojętnym).

Lutowanie rozpływowe ma wiele zalet w po-

równaniu z lutowaniem na fali. Wymaga jed-

nak znacznie bardziej precyzyjnej kontroli

temperatury, ponieważ wszystkie elementy

przez stosunkowo długi czas wystawione są

na działanie wysokiej temperatury rzędu

250 o C. Aby uniknąć stresów cieplnych, żeby

nie rozhermetyzować obudowy i nie uszko-

dzić struktury i połączeń, trzeba ściśle wypeł-

nić zalecenia podawane w katalogach przez

producentów elementów (szybkość grzania,

czas lutowania, czas i szybkość chłodzenia).

Przy lutowaniu ręcznym sytuacja jest ko-

rzystniejsza: przez sekundę czy dwie grzeje-

my tylko końcówkę i temperatura struktury

icałej obudowy jest znacznie niższa od

250 o C i nie zdąży się przegrzać. Przykłado-

wo w układach scalonych w klasycznych

obudowach (np. DIL) struktura jest połączo-

na z końcówką za pomocą cieniutkiego zło-

tego drucika.

Ciąg dalszy w następnym numerze EdW.

Zbigniew Orłowski

Elektronika dla Wszystkich

Podstawy

Wszystko o lutowaniu część 2

Lutownice ręczne

Budowę klasycznej lutownicy elektrycznej

pokazuje rysunek 5 . O właściwościach de-

cyduje zarówno moc grzałki, jak i skutecz-

ność przekazywania ciepła z grzałki do koń-

cówki grota i dalej do lutu i elementów. Nig-

dy ten przepływ nie jest idealny. W efekcie

tylko część mocy grzałki jest dostarczana do

końcówki grota. Inaczej jest w przypadku

najnowszych urządzeń lutowniczych. Na

przykład w stacjach TW 100 i HW 100 firmy

PACE element grzejny i grot połączono w je-

den zespół, zapewniający nieosiągalną dla

innych urządzeń szybkość reakcji na zapo-

trzebowanie cieplne punktu lutowniczego.

ipółprofesjonalne lutownice z układem regu-

lacji mają moc dobraną ze znacznym zapa-

sem (40...60W). Podczas normalnej pracy nie

jest wykorzystywana cała dostępna moc. Za-

pas mocy jest korzystny, ponieważ pozwala

szybko osiągnąć zadaną temperaturę, a także

utrzymać ją nawet w niesprzyjających wa-

runkach, na przykład przy obniżeniu napięcia

sieci czy przy dodatkowych chłodzeniu (np.

na wolnym powietrzu podczas wiatru). Ważne

informacje zawiera rysunek 6 . Pokazuje on

zakresy optymalnych i niedopuszczalnych

temperatur. Zaznaczone są też przykładowe

charakterystyki trzech lutownic: A – zwykłej

miniaturowej o mocy 14W, B – zwykłej

o mocy 30WiC– zautomatyką (ze stabili-

zacją temperatury) o mocy 55W. Mała 14-

watowa lutownica po pewnym czasie też roz-

grzeje się do temperatury gwarantującej pra-

widłowe lutowanie. Ale przy ciągłym lutowa-

niu większej liczby połączeń jej temperatura

nadmiernie się obniży. W lutownicy o charak-

terystyce C, mającej zapas mocy i system re-

gulacji spadek temperatury nawet podczas

ciągłego lutowania praktycznie nie występuje.

Opracowano różne systemy regulacji tem-

peratury. Od lat znane i cenione są lutownice

ze stabilizacją magnetyczną firmy Weller.

Budowę takiej lutownicy pokazuje rysunek

7 , pochodzący z materiałów reklamowych

firmy Weller, a fotografia 6 przedstawia naj-

popularniejszego przedstawiciela tej rodziny,

lutownicę TCP-24, zasilaną napięciem 24V.

Regulacja opiera się na utracie właściwości

magnetycznych ferromagnetyka po osiągnię-

ciu tzw. punktu Curie, czyli temperatury cha-

rakterystycznej dla danego materiału magne-

tycznego. Kawałek takiego materiału magne-

tycznego jest częścią grota – patrz fotografia

7 . W stanie zimnym magnes czujnika jest

przyciągnięty do tego kawałka ferromagne-

tyka i styki są zwarte – przez grzałkę płynie

prąd. Gdy temperatura grota wzrośnie powy-

żej punktu Curie, magnes przestaje przycią-

gać ferromagnetyk, styki zostają rozwarte

i grzałka przestaje grzać. Temperatura waha

się w niewielkich granicach, zapewniając

optymalne warunki lutowania. O wartości

temperatury decyduje wspomniany kawałek

ferromagnetyka będący częścią grota. Aby

zmienić temperaturę, trzeba więc wymienić

grot na inny. Najczęściej wykorzystuje się

groty oznaczone liczbą 7 o temperaturze no-

minalnej 370 o C, rzadziej z

Rys. 5

numerem 6

(310 o C) czy 8 (400 o C).

Obecnie coraz częściej spotyka się stacje

lutownicze z płynną regulacją temperatury.

Regulacja polegająca tylko na zmianie mocy

grzania to rozwiązanie bardzo słabe, wręcz

Wbrew pozorom, temperatura grota nie

zawsze jest wprost proporcjonalna do mocy

grzałki. Mała grzałka może zapewnić taką

samą temperaturę grota, jak duża w większej

lutownicy – po prostu inny będzie rozkład

strat ciepła. Ważna różnica ujawni się jednak

podczas lutowania. Należy też mieć świado-

mość, że na drodze od grzałki do końcówki

grota występuje pewien opór cieplny

i w efekcie podczas lutowania, gdy lut i ele-

menty odbierają ciepło z grota, jego tempera-

tura obniża się. Przedstawione powyżej naj-

nowsze stacje lutownicze PACE zapewniają

w tym zakresie wyjątkowo krótki czas osią-

gnięcia ustawionej temperatury na grocie.

Wmałej lutownicy z grzałką omałej mocy

spadek temperatury podczas lutowania kolej-

nych punktów będzie znaczny. W lutownicy

z grzałką owiększej mocy spadek temperatu-

ry będzie mniejszy. I to jest istotny argument

na rzecz lutownic o mocy ok. 30W (25...35W).

Należy pamiętać, że zbyt duża temperatu-

ra grota podczas lutowania jest groźna dla

elementów. Lokalne naprężenia podczas

podgrzewania mogą doprowadzić do pęk-

nięć, rozhermetyzowania obudowy, uszko-

dzenia połączeń, a nawet półprzewodnikowej

struktury.

Z kolei zbyt niska temperatura uniemożli-

wi powstanie prawidłowych połączeń – efek-

tem będą tak zwane zimne luty.

Ponadto do uzyskania optymalnego rezul-

tatu przy lutowaniu różnych elementów nale-

żałoby stosować różne temperatury grota.

Nie zapewnią tego proste lutownice. Aby

osiągnąć i utrzymywać zadaną temperaturę,

wymyślono różne rozwiązania. Profesjonalne

Fot. 6

Fot. 7

Rys. 6

Rys. 7

Elektronika dla Wszystkich

Podstawy

nie do przyjęcia. Większość stacji lutowni-

czych tego typu wykorzystuje czujnik (ter-

moparę) umieszczony wewnątrz lutownicy,

mierzący rzeczywistą temperaturę grota.

Dopiero wykorzystanie czujnika temperatury

i obwodu sprzężenia zwrotnego pozwala

osiągnąć bardzo małe wahania temperatury

i umożliwia ustawienie dowolnej temperatury.

Fotografia 8 pokazuje popularną i tanią

stację lutowniczą tego typu - ST 25E firmy

PACE, z analogową regulacją i stabilizacją

temperatury. Jeszcze większą precyzję za-

pewniają stacje z cyfrowym układem zarzą-

dzającym temperaturą np.: PACE ST 45,

która umożliwia stabilizację temperatury

z maksymalną dokładnością ±1 o C.

Od lat znaczną popularnością cieszą się

lutownice transformatorowe, zwane też pi-

stoletowymi. Fotografia 9 pokazuje taką lu-

townicę . Zasada działania jest prosta. Uzwo-

jenie wtórne transformatora o małym napię-

ciu wyjściowym pracuje praktycznie w wa-

runkach zwarcia. Zwarcie to zapewnia dość

gruby drut miedziany o średnicy 1...1,5mm,

pełniący rolę grota. Duży prąd zwarciowy

przepływający przez drut grota silnie go roz-

grzewa. Moc wydzielana w grocie zależy nie

tylko od grubości drutu, ale też od jakości

styku szyn z drutem grota. Zależnie od jako-

ści styku, temperatura drucianego grota mo-

że zmieniać się wdużych granicach – łatwo

może wzrosnąć ponad 450 o C albo spaść po-

niżej 300 o C. Skutkiem nadmiernego wzrostu

jest przepalenie cyny, czyli błyskawiczne pa-

rowanie zawartego w niej topnika; także grot

zbyt zimny nie zagwarantuje pra-

widłowego lutowania.

Choć lutownice transformato-

rowe były i nadal są dość popular-

ne, na pewno nie są optymalne do

precyzyjnych prac z uwagi na cię-

żar i wahania temperatury grota.

Dobrze nadają się natomiast do

sporadycznych prac serwisowych,

zwłaszcza w przypadku więk-

szych elementów.

Spotyka się też lutownice bez-

przewodowe. Bardzo mało są

u nas popularne lutownice z wbu-

dowanymi akumulatorkami. Ich

wadą oprócz ceny są znaczny ciężar i nie-

wielka pojemność akumulatorków. Innym

godnym uwagi rodzajem lutownic bezprze-

wodowych są lutownice gazowe. Paliwem

jest popularny gaz do zapalniczek. Są lekkie,

wygodne, dobrze sprawdzają się także na

wolnym powietrzu, nawet przy wietrze. War-

to mieć taką lutownicę gazową w swoim ar-

senale do prac w terenie oraz jako dodatkową

przy lutowaniu wyjątkowo grubych drutów

czy styków (często wykorzystywane są wte-

dy dwie lutownice jednocześnie).

Ale uwaga, lutownice gazowe są różnej

jakości. Bardzo tanie wersje często okazują

się niezbyt dobre i optymalna okazuje się lu-

townica gazowa dobrej firmy, droższa, za-

pewniająca dobre właściwości i trwałość.

Fotografia 10 pokazuje lutownicę gazową

firmy Potrasol w wersji Professional z oferty

Renexu.

Fot. 11

Fot. 12

przedstawia stacje H7 NEC, zaś fotografia

12 Thermoflo 200 firmy PACE.

Ostatnio w związku z upo-

wszechnieniem się coraz mniej-

szych elementów SMD spotyka

się coraz więcej lutownic i roz-

lutownic na gorące powietrze,

ściślej na gorący gaz (azot). Są

to narzędzia kosztowne. Mało

używane przez hobbystów stają

się coraz popularniejsze wśród

profesjonalistów. Renex oferuje

bardzo szeroki wybór tego typu

narzędzi od prostych w obsłu-

dze i wyjątkowo atrakcyjnych

cenowo stacji na gorące powie-

trze NEC do bardzo złożonych

systemów PACE, fotografia 11

Ciąg dalszy w następnym numerze EdW.

Zbigniew Orłowski

Fot. 8

Fot. 10

Fot. 9

Elektronika dla Wszystkich

Lutowanie, elementy SMD, wykonywanie płytek i soldermaski - Kompendium wiedzy.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: