Fier de lipit și stații de lipit

Lipirea este procesul de îmbinare a pieselor prin introducerea materialului topit între ele - lipire, a cărei temperatură, de regulă, este mai mică decât temperatura de topire a pieselor care urmează să fie unite. Scopul lipirii este obținerea unei conexiuni mecanice sau a unui contact electric. În cele ce urmează, vom lua în considerare mai ales lipirea componentelor electronice.

Un pic de istorie

Lipirea metalelor era folosită în timpuri străvechi. Se crede că această operație tehnologică există de cel puțin 5000 de ani. Chiar și atunci când umanitatea nu știa fier și oțel, cupru, aur și aliajele lor au devenit răspândite. Dar chiar și atunci, mașini care au folosit conexiunea pieselor produselor folosind lipire.

Arheologii au găsit vase de aur, ale căror mânere au fost lipite cu aur, precum și aliaje de aur și argint. Articole de aur cu urme de lipit au fost găsite în timpul săpăturilor mormintelor din vechiul stat Babilon. Oamenii de știință datează 3200 î.Hr.

Bijuteriile brazdate au fost găsite și în piramidele egiptene. Acest fapt dovedește că arta lipirii a fost cunoscută în Egiptul antic în mileniul II î.Hr. Cel mai interesant este că egiptenii nu s-au lipit cu aur pur, ci au inventat o modalitate de a scădea punctul de topire a lipitului de aur.

În acest scop, pulberea de aur a fost turnată în pudră de cărbune. Ca urmare, stratul de suprafață de aur a fost saturat cu carbon (în tehnologia metalelor, acest proces se numește cimentare) și a fost obținut un aliaj aur-carbon. Punctul de topire al acestui aliaj a fost puțin mai mic decât cel al aurului pur. Astfel de lipituri se numesc solide.

Lădițele moi pe bază de staniu și plumb sunt menționate în scrierile scriitorului și omului de știință roman Plinio - cel mai în vârstă, care a trăit în secolul I d.Hr. Așadar, în eseul „Istoria naturii” se menționează utilizarea a două lipituri de plumb - tetrarium (2/3 plumb, 1/3 staniu) și argentaria (50% plumb și 50% staniu). Cel mai interesant este că astfel de aliaje sunt încă utilizate. Prima dintre ele este adesea numită terțiară, iar a doua jumătate.

În timpul săpăturilor de la Pompei, care a murit în timpul erupției vulcanului Vesuviu, arheologii au descoperit conducte de apă cu plumb, a căror conexiune s-a făcut prin lipirea lipitorilor de plumb. Aceleași conducte au fost găsite la săpăturile din Libia și Nubia.

În timpul săpăturilor din așezările din secolele IV-V d.Hr., au fost găsite obiecte pe teritoriul regiunii Volga Superioare, în special cuțite brațate cu cupru. În Kievan Rus, stăpânii lipit lacăte, chei, cuțite cu cupru prin brazare, ceea ce indică cunoștințele tehnice înalte ale stăpânilor din anii străvechi.

Căldări de lipit

Astfel, se poate considera că lipirea fierului, a cuprului și a aliajelor sale, precum și a aluminiului, au apărut abia după lipirea metalelor prețioase. Ulterior, au apărut instrumente pentru lipirea manuală. Astfel de fieruri de lipit au fost numite încălzitoare și încălzite într-un cuptor.

Ulterior, în acest scop au început să fie folosite torțe de suflare pe benzină. Fierul de lipit este folosit până în prezent și puteți cumpăra un astfel de fier de lipit chiar și în magazinele online. Aspectul fierului de lipit prin căldură este prezentat în figura 1.

Figura 1. Fier de lipit cu căldură

Fier electric de lipit

Și abia în 1921 a fost creată o fieră de lipit electrică. Ernst Sachs, ulterior fondatorul ERSA, a primit un brevet pentru invenție. Datorită inventivității inventatorului, o fieră electrică de lipit a obținut rapid simpatie la nivel mondial, fiind un prototip pentru crearea diferitelor modele de instrumente de lipit. Se dovedește că momentan fierul de lipit electric are o vârstă foarte respectabilă de 93 de ani. Primul fier electric de lipit este prezentat în figura 2.

Figura 2. Primul fier de lipit electric

Fierul de lipit a avut forma unei hașe, era similar cu un fier de lipit termic și a fost destinat mai ales lucrărilor de consfințire. Fieruri de lipit similare există până în zilele noastre. Puterea acestor fieruri de lipit este cuprinsă între 500 ... 800 wați. Acestea sunt utilizate în principal pentru lipirea pieselor mari, cum ar fi radiatoare de automobile, cutii de udare de grădină, găleți etc.

Cum este un fier de lipit electric

Principiul de funcționare al unui fier de lipit electric este destul de simplu. În jurul tijei de lipit, care se numește adesea o înțepătură, este o spirală de sârmă cu rezistență ridicată. La trecerea printr-o spirală curentă, se încălzește, iar căldura primită este dată tijei de lipit. În mod natural, spirala este izolată de vârf și de corp printr-un izolator rezistent la căldură. Ca izolator, mica este cel mai des utilizat. Aceasta este schema clasică a unui fier de lipit care a supraviețuit până în zilele noastre.

Fier de lipit de epocă sovietică

În vremurile sovietice, industria producea multe fieruri de lipit diferite. În practica radio amator, fierul de lipit pentru serii EPSN cu o putere de 25 ... 100W a fost cel mai adesea folosit și sunt încă utilizate. În pașaportul atașat la fierul de lipit, era scris: „Proiectarea fierului de lipit este nedisociabilă.” Adevărat, în creditul producătorilor, trebuie spus că aceste fieruri de lipit au servit mult timp. Aspectul acestor fieruri de lipit este prezentat în figura 3.

Figura 3. Fier de lipit din seria EPSN

Dar nu totul este atât de rău și de dur. În unele fieruri de lipit, spirala este plasată într-un miez ceramic cu o canelură, miezul, la rândul său, este introdus într-o cupă ceramică. O tijă de lipit este introdusă în orificiul central al miezului - o înțepătură și niciun pic. Încălzitorul asamblat se introduce într-o carcasă metalică cu mâner din lemn. Avantajul acestui design este că este pliabil, astfel încât o trusă spirală de rezervă a fost vândută în kit.

Puțin mai târziu la vânzare au apărut fiarele de lipit în miniatură ale seriei ERA, cu o capacitate de 18 și 25 W, care a câștigat rapid popularitate în rândul radioamatorilor și telemasterilor. Aspectul fierului de lipit este prezentat în figura 4.

Figura 4. Fier de lipit cu seria ERA

Cu ajutorul unor astfel de fieruri de lipit, a fost destul de confortabil pentru tranzistoarele de lipit, precum și pentru microcircuite în cazuri precum DIP și altele asemenea cu un pas de 2,54 mm. Pentru a asigura temperatura de lipit necesară, este recomandabil să porniți aceste fiare de lipit printr-un regulator de putere a tiristorului. Cu această includere, calitatea îmbinărilor lipite depinde în principal de calificări, nici măcar de artă, de instalator.

Jetoanele din pachetele DIP sunt deja lucruri trecute. Acum, aproape toate echipamentele electronice sunt fabricate cu componente SMD, ale căror dimensiuni sunt foarte mici. Prin urmare, este dificil să se asigure o lipitură de înaltă calitate cu fierul de lipit descris mai sus. Fierul de lipit modern este folosit, de regulă, ca parte a stațiilor de lipit.

Citiți mai multe despre stațiile de lipit aici:Cum se alege o stație de lipit

Elementele de încălzire sunt din ceramică și au termocuplu integrat, care în combinație cu un afișaj digital vă permite să mențineți o temperatură dată pe o gamă largă, în plus, foarte precis. Unele fieruri de lipit au termostatele încorporate chiar în mâner. Un exemplu de astfel de fier de lipit este fierul de lipit CT-96 fabricat de CT-Tools. Aspectul fierului de lipit este prezentat în figura 5.

Figura 5. Fier de lipit CT-96

Fig. 6. Statie de lipit

Temperatura de lipit depinde în primul rând de punctul de topire al lipiturilor. În timpul instalării și reparației echipamentelor electronice, de regulă, se folosesc lipituri moi.

Tipuri de soldați

Toate lipitele pot fi împărțite în două tipuri: dur și moale. Aliajele de brazare au un punct de topire ridicat - peste 300 ° C și asigură o rezistență mecanică ridicată a conexiunii. Cele mai utilizate pe scară largă sunt aliajele solide de cupru-zinc ale mărcii PMC și aliajele pe bază de PSR argintiu, care sunt aliați cu aditivi diferiți.

Temperatura de topire a gradului de lipit ПСр-70 780 ° C, ПСр-10 830 ° C, ПМЦ-36 825 ° C, ПМЦ-51 870 ° C.Este evident că astfel de lipituri sunt complet improprii pentru plăcile electronice de lipit.

Prin urmare, la instalarea circuitelor electronice sunt utilizate lipituri moi, a căror temperatură de topire nu depășește 300 ° C. Folosite în principal sunt lipitori de plumb din marcă POS-61. POS-63, al cărui punct de topire este de 190 ° C. Aceste lipite sunt eutectice, adică au aceleași temperaturi de topire și cristalizare.

Denumirea în sine vorbește despre compoziția chimică a acestor lipite: POS-61 conține 61% staniu, restul este plumb, respectiv POS-63, 63% staniu, restul este plumb. Aceste lipituri sunt utilizate numai pentru lipirea manuală și asigură îmbinări de lipit de bună calitate. A fost scris în pașapoartele fierului de lipit: „Lipirea ar trebui să fie strălucitoare, contur”.

Soldurile POS au conductibilitate electrică ridicată, fluiditate ridicată în stare topită și rezistență mecanică suficientă. Combinația acestor proprietăți permite lipirea de înaltă calitate a plăcilor de circuit imprimat, suspensiilor cu arcuri ale instrumentelor de măsurare, a firelor subțire de frecvență înaltă cu mai multe fire de tip Litzendrat, precum și a unor piese critice din cupru, bronz, alamă, oțel. Când folosiți fluxuri pentru brațarea aluminiului, piesele din aluminiu sunt, de asemenea, foarte bine lipite, de exemplu, înfășurările transformatoarelor și ale cocoloașelor din electrocasnice.

În cazurile în care supraîncălzirea pieselor lipite este extrem de nedorită, se folosesc lipitori la temperatură scăzută. Unul dintre ele este aliajul lemnului: staniu - 12,5%, plumb - 25%, bismut - 50% și cadmiu - 12,5%. Punctul de topire al acestei lipite este de doar 70 ° C. Această temperatură se numește deosebit de scăzută. Aliajul de lemn este folosit și ca aditiv pentru a reduce punctul de topire a lipiturilor fără plumb atunci când se lipesc piese de pe plăcile de circuite imprimate. Un astfel de aditiv vă permite să lipiți elemente fără a deteriora placa de circuit și partea în sine.

Plumbul, după cum știți, este considerat un otrăvitor din metal, vaporii săi sunt extrem de nocivi pentru organismul uman. Prin urmare, recent, lipiturile fără plumb sunt folosite din ce în ce mai mult pentru echipamente electronice de lipit, în special pentru cele de uz casnic. Soldurile fără plumb reprezintă un tribut adus cerințelor ecologiei și protecției muncii.

Soldați fără plumb

Cea mai ecologică și mai sigură lipire ar trebui să fie considerată, aparent, staniu pur. Conservele sunt utilizate în industria alimentară pentru conservele de conserve - staniu. Dar, din păcate, defectele enervante sunt inerente unei astfel de lipitori. În primul rând, este „ciuma de pewter”.

La temperaturi sub 13,2 ° C, volumul specific de staniu pur crește cu peste 25%, ceea ce duce la formarea unei alte faze a substanței, așa-numita staniu gri. Mai mult, cu cât temperatura este mai mică, cu atât procesul de conversie este mai intens. La o temperatură de -33 ° C, staniul se transformă într-o pulbere cenușie, rațiile se sfărâmă pur și simplu. Este clar că o astfel de lipire nu este bună.

Dar nu numai rațiile se destramă. Deci, în 1912, ciuma de staniu a fost cea care a provocat moartea expediției lui Robert Falcon Scott la Polul Sud. Expediția a rămas fără combustibil, care s-a scurs prin cusăturile lipite în rezervoarele de combustibil.

Din cauza ciumei de staniu, multe valori culturale, în special, colecțiile de soldați de staniu, au murit. De exemplu, în depozitele Muzeului Alexander Suvorov din Sankt Petersburg, câteva zeci de soldați de staniu s-au prăbușit pur și simplu în praf din cauza unei descoperiri în ceea ce privește încălzirea. Acest lucru s-a întâmplat și în alte muzee din întreaga lume.

Pentru a crea lipituri fără plumb pe bază de staniu, i se adaugă diferite componente: cupru, zinc, argint, aur, indiu. Acești aditivi vă permit să evitați formarea de staniu gri, să vă protejați de ciuma de staniu.

Soldurile din următoarele compoziții sunt utilizate cel mai adesea pentru lipirea componentelor electronice: staniu - 52%, indiu - 48%; staniu - 91%, zinc - 9%; staniu - 97%, argint - 2,3%, cupru - 0,7%. Nu se observă metale dăunătoare. Punctul de topire al acestor lipituri este în regiunea de 300 ° C, care este semnificativ mai mare decât cea a lipitelor cu plumb.Oricine a reparat vreodată electronica modernă știe foarte bine acest lucru.

Prețul pentru inofensivitate este că toate lipitele fără plumb au o fluiditate mai mică în stare topită și o umiditate mai mică a suprafețelor brațate. Fluxurile speciale utilizate pentru lipirea cu lipitori fără plumb ajută la protecția împotriva acestui dezavantaj. Cu toate acestea, calitatea unei cusături realizate cu lipitori fără plumb este mai slabă decât atunci când se utilizează lipituri cu plumb. Dar știința nu rămâne nemișcată, cercetările se desfășoară în permanență pentru a îmbunătăți calitatea lipitorilor fără plumb, astfel încât înlocuirea să fie echivalentă.

Multe microcircuite moderne sunt disponibile în cutii BGA (English Ball grid array - o serie de bile). Concluziile obișnuite - picioarele acestor microcircuite nu. Rolul lor este jucat de bile din lipit depuse pe plăcuțele de contact din partea inferioară a corpului. Pentru lipirea unor astfel de microcircuite, au apărut noi tipuri de lipit - paste de lipit aplicate prin metoda ecranului.

Pastele de lipit sunt formate din mai multe componente: lipitura în sine sub formă de pulbere fină, particule solide cu un flux de aceeași dimensiune. Aceste componente devin paste datorită prezenței de lianți, în principal componente de flux lichid și solvenți volatili.

Este clar că astfel de microcircuite nu pot fi lipite cu un fier de lipit obișnuit. Acest lucru necesită utilizarea unor metode speciale de lipire în care încălzirea se realizează prin aer cald sau radiații infraroșii. În aceste scopuri, sunt utilizate stații de lipit cu aer cald sau infraroșu.

Continuarea articolului: Fier de lipit electric. Tipuri și modele