Лекция 8 Паяльники. Паяльные станции

Основным требованием, предъявляемым к электромонтажным паяным соединениям, является обеспечение низкого переходного сопротивления и высокой надежности.

Пайка почти всех электромонтажных соединений РЭА осуществляется тремя способами: вручную электропаяльником; погружением в расплавленный припой с использованием специального оборудования; волной расплавленного припоя.

Применение фольгированных диэлектриков с улучшенными прочностными характеристиками позволило резко сократить зазоры между печатными проводниками (до 0,25 мм) и уменьшить контактные площадки (до 0,3 мм по ширине). В связи с ограниченной термостойкостью элементов печатного монтажа приходится снижать температуру пайки, поддерживая ее в узком интервале, а также сокращать время пайки.

Большая плотность монтажа обусловливает ограничение размеров соединений и ужесточение требований к точности их выполнения и обеспечению стабильности свойств.

Пайка монтажных соединений электрическим паяльником должна обеспечивать высокое качество и надежность электрического контакта, а также необходимую прочность паяного соединения.

Марка припоя и флюса для пайки монтажных соединений выбирается в зависимости от металлов, подвергаемых пайке, допустимого нагрева паяемых деталей, конструктивных требований и условий эксплуатации деталей и узлов.

Основными критериями при выборе электропаяльника являются: максимальная рабочая температура; теплоемкость наконечника и время его повторного разогрева; масса и теплоемкость паяемых (соединяемых пайкой) деталей.

Следует иметь в виду, что рабочая температура и теплоемкость тесно связаны с мощностью и конструкцией паяльника.

Максимальная рабочая температура выбирается с учетом установившегося теплового режима, когда количество теплоты, выделяемой нагревательной обмоткой, равно количеству теплоты, теряемой в окружающую среду. Рекомендуемая максимальная температура наконечника должна быть на 50...70°С выше температуры плавления припоя.

Теплоемкость наконечника является показателем количества теплоты, запасенной в нем для выполнения пайки. Это количество теплоты должно быть передано от наконечника паяльника к месту соединения деталей за определенное время, которое обычно не превышает 3...5 с. Теплоемкость зависит от геометрических размеров наконечника, его материала и мощности паяльника (чаще она либо ком мала, либо завышена, что приводит к непропаю или перенагреву участка пайки).

Время повторного разогрева наконечника представляет период, в течение которого он нагревается до максимальной рабочей температуры после каждого цикла пайки (с момента отведения электропаяльника от запаянного узла до момента прикосновения электропаяльника к вновь запаиваемому узлу). Это время является косвенной функцией мощности паяльника, его теплоемкости и габарита паяного узла и должно быть минимальным (до 10 с). Масса рабочего наконечника и электрическая мощность электропаяльника должны приблизительно соответствовать массе соединяемых деталей. Данные для выбора диаметра медного наконечника в зависимости от мощности электропаяльника приведены в табл. 17.

Таблица 17. Размер диаметра медного наконечника в зависимости от мощности электропаяльника

При электромонтаже и пайке деталей в качестве основного инструмента применяют электрические паяльники (рис. 33) с напряжением питания не более 36 В. Корпус электропаяльника и наконечник должны быть заземлены.

Рис. 33 Конструкция электропаяльника с заземлением: 1 - наконечник; 2, 6 - гайки; 3 - трубка; 4 - термопара; 5 - керамическая трубка; 7 - основание; 8 - винт; 9 - втулка; 10 - термостойкие изоляционные трубки; 11 - ручка; 12 - держатель (пластина); 13 - жгут из проводов питания, термопары и заземления; 14 - нагревательный элемент; 15 - провод для заземления

Во время работы электропаяльник должен находиться на рабочем месте с правой стороны от электромонтажника. Токопроводящий шнур электропаяльника должен быть гибким, так как от его эластичности зависят удобство работы с электропаяльником и скорость выполнения операций пайки.

Конструкция электропаяльника зависит от его назначения и способа выполнения нагревательного элемента. Электропаяльники подразделяются на следующие группы: с нагревательным элементом в виде нихромовой спирали (с внутренним и наружным обогревом наконечника); с импульсным нагревательным элементом в виде нихромовой петли, которая одновременно является наконечником; с электроконтактным нагревом (паяльные клещи).

Для пайки электрорадиоэлементов, печатного монтажа, микропроводов и интегральных микросхем применяются малогабаритные электропаяльники различной мощности (от 12 до 50 Вт) с внутренним нагревательным элементом. Температура нагрева торца паяльного наконечника должна составлять 260 °С.

Пайка монтажных проводов с соединителями производится паяльником мощностью 60...90 Вт со сменным нагревательным элементом (рис. 34).

Для пайки печатных узлов с полупроводниковыми элементами используются электропаяльники с автоматической регулировкой температуры. В этом случае датчиком температуры служит термопара, спай которой находится в паяльном жале на расстоянии 30...40 мм от рабочего конца паяльника. Показания термопары по номограммам пересчитываются с учетом рабочей температуры. Точность регулировки нагрева должна составлять ±2 °С на спае термопары, причем на рабочем торце наконечника температура может понижаться до 20...30 °С за счет инерционности теплового поля.

Рис. 34 Электропаяльник со сменным нагревательным элементом: 1 - наконечник; 2 - корпус; 3 - сменный нагревательный элемент; 4 - ручка; 5 - провода питания

Для пайки кабельных наконечников различных типов и сечений с монтажными проводами, а также крупных электрорадиоэлементов с массивными выводами применяются электропаяльники с наружными нагревательными элементами (рис. 35) мощностью 90... 120 Вт. Температура разогрева торца паяльного наконечника таких паяльников может достигать 400 °С.

Рис. 35 Молотковый электропаяльник с наружным нагревательным элементом: 1 - наконечник; 2 - нагревательный элемент; 3 - корпус; 4 - ручка; 5 - провод питания

Для пайки электромонтажных соединений твердыми припоями (ПСр) с температурой плавления от 400 °С и выше применяется специальный электропаяльник с наконечником из нихромовой проволоки в виде петли, выполняющей функцию нагревательного элемента (рис. 36). Перед пайкой петлю из нихромовой проволоки облуживают припоем, которым производят пайку. Для пайки крупногабаритных электромонтажных соединений твердыми припоями в некоторых случаях используются контактные клещи с угольными электродами.

Рис. 36 Электропаяльник с нагревательным элементом, выполненным в виде петли: 1 - петля (наконечник); 2 - втулка; 3 - гайка; 4 - изоляционное основание с токопроводами; 5 - корпус; 6 - провода питания

Паяльные наконечники различают по геометрическим параметрам (длине, диаметру, форме загиба наконечника, форме заточки его рабочего конца); конструктивно-компоновочным особенностям (способу размещения нагревательного элемента); способу крепления к корпусу паяльника; основным технологическим показателям (теплоемкости, теплопроводности, теплоотдаче в атмосферу, материалу наконечника и его покрытию). Длина наконечника в зависимости от расположения паяных соединений в схеме может составлять от 2... 10 до 30...50 мм. Для изготовления наконечников обычно применяются медь марки M1 (реже М2, М3), никель, вольфрам.

В процессе пайки рабочая часть наконечника из меди довольно быстро изнашивается и окисляется, поэтому медные наконечники электропаяльников для увеличения срока службы покрывают тонким слоем железа или никеля толщиной 40...60 мкм, а рабочую часть наконечника облуживают припоем ПОС-60, используя в качестве флюса хлористый цинк.

Геометрия рабочей части наконечника электропаяльника должна обеспечивать захват необходимой дозы жидкого припоя для обеспечения качественной пайки. Основные типы паяльных наконечников и форма заточки рабочей части приведены на рис. 37.

Для выпайки микросхем из платы используют специальные насадки, надеваемые на наконечник электропаяльника (рис. 38).

Рис. 37 Типы паяльных наконечников (а) и формы заточки их рабочей части: б - пирамидка; в - четырехгранный клин; г - клин; д - конус; е - срезанный конус

Рис. 38 Насадки к электропаяльникам, применяемые для выпайки микросхем в круглых (а) и прямоугольных (б) корпусах

После выбора и подготовки электропаяльника к пайке рекомендуется выполнить пробные пайки для установления режима работы паяльника (температуры рабочей части наконечника), после чего можно приступать к пайке РЭА. Лужение выводов электрорадиоэлементов и жил проводов производится с использованием специальных электрованн, содержащих расплавленный припой. Лужение осуществляется вручную погружением деталей в расплавленный припой (рис. 39). Прочность паяных механических соединений проверяется покачиванием проводника около места соединения с помощью пинцета или на вибрационных стендах. Проверенные паяные электромонтажные соединения необходимо закрашивать цветными прозрачными лаками во избежание повторного осмотра.

Рис.39 Ванна для ручного лужения выводов электрорадиоэлементов: 1 - тигель с расплавленным припоем; 2 - корпус; 3 - термопара; 4 - ручка; 5,6 - провода термопары и питания; 7 - нагревательная обмотка