Лемљење демистификовано: разумевање основа за успех при лемљењу

Лемљење је изненађујуће лака вештина која се стиче под условом да знате шта радите. Ово друго је критично јер летјелица укључује манипулацију компонентама за које је предвиђено да издрже највише 250 ° Ф помоћу алата који ради на 650 ° Ф.

Граница грешке је прилично мала, а грешке су често катастрофалне и скупе, што обесхрабрује већину почетника да истрају у почетним грешкама. Међутим, ово се може у потпуности избећи ако се на почетку стекну основе.

Читајте даље да бисте научили основе лемљења и поштедели се ужаса угљенисане електронике и сломљених снова.

Зашто бисте требали гњавити лемљење?

На најосновнијем нивоу, лемљење ствара поуздане електричне (а самим тим и механичке) везе између проводних металних компоненти. Ово укључује повезивање пара жица или електронске компоненте на штампану плочу (ПЦБ).

Критички мислиоци међу вама могли би се запитати зашто једноставно не увијете жице или не причврстите компоненте на штампане плоче помоћу матица и вијака. Постоје два главна проблема са овим приступом. За почетак, такве везе нису механички стабилне при кретању или вибрацијама. Друго, иако су механички исправне, причвршћивачи уопште нису електрично стабилни.

Тражили смо инпуте од Др Лаксхми Нараиан Рамасубраманиан од Одељење за науку о материјалима и инжењеринг на Индијском технолошком институту у Делхију, ради јасноће о неким техничким аспектима лемљења.

Осетљивој електроници апсолутно су потребне електричне везе ниског отпора како би се одржала конзистентна проводљивост током читавог животног века производа. То је тешко постићи једноставним спајањем компоненти са причвршћивачима. Незаобилазни ваздушни јаз између компоненти у таквим спојевима доводи до оксидације (или рђе за црне метале), што значајно умањује електричну проводљивост. Ове препреке чине лемљење неопходним за примену нисконапонске прецизне електронике.

Повезан: Како надоградити свој Ендер-3 3Д штампач

Када лемите две компоненте, сам лем се комбинује са металом (обично бакром) и формира потпуно нову легуру. Лемљење у основи везује компоненте на молекуларном нивоу, не остављајући ваздушни отвор и тиме елиминишући могућност оксидације. Додатна механичка стабилност је добродошао бонус.

Спајање метала њиховим топљењем заједно је ризичан приједлог с обзиром на то како је већина полуводичких компоненти оцијењена за рад на максималној температури од 250 ° Ф. Коришћење топлоте за спајање проводника интегрисаног чипа са јастучићима на ПЦБ-у није изводљиво јер се бакар топи при невероватних 1984 ° Ф. Компоненту ћете пржити много пре него што успоставите поуздан спој.

Ту наступају јединствени састав и термодинамичка својства лема.

Лем је еутектичка легура која се састоји од олова и калаја. Еутектички бит је важан јер дозвољава легури да се топи на знатно нижој температури у поређењу са својим саставним металима. Док се чисто олово и калај топе на 620 ° Ф, односно 450 ° Ф, легура за лемљење састављена од ова два метала помешана у односу 63:37 почиње да тече на само 361 ° Ф.

Иако се лемљење може чинити као да укључује топљење бакарних жица или компонентних жица на ПЦБ -у, у стварности процес функционише тако што утиче на деловање металног растварача лемљења. Када се врући лем уведе у проводнике бакарне компоненте, он делује као растварач који продире и раствара изложене бакарне површине. Ова акција растварача их спаја на молекуларном нивоу и формира потпуно нову легуру у интерметалном слоју.

Ова појава се назива дејство влажења и апсолутно је критична за процес лемљење - односно претварање различитих компоненти у непрекидно и електрично проводљиво тело хибридна легура.

Повезан: Узбудљиви пројекти „уради сам“ електронике за рјешавање проблема испод 15 УСД

Победа оксидације флуксом

Метално отапајуће дејство лемљења је темељ успешних лемљених спојева. Међутим, у практичном смислу, лем не може сам покренути акцију влажења. Овај процес се катализује снабдевањем топлотом и лемљењем и бакарним компонентама.

То је проблем јер топлота такође доводи до тога да изложене бакарне површине брзо оксидирају у присуству ваздуха. Гранични слој оксида који следи настаје као баријера која онемогућава влажење. Проблем се погоршава са прљавштином, прљавштином, уљним прстима, мастима и другим загађивачима присутним на површинама компоненти. Они додатно инхибирају деловање металног растварача потребно за успешно лемљење споја.

Можете покушати очистити површине чистим, али ћете наићи на потпуно нови оксидни слој оног тренутка када поново примените топлоту на бакарне проводнике. Кад би само постојао начин за уклањање оксидног слоја током лемљења. Па, флук управо то и ради.

Флукс се састоји од колофонија, који је чврста форма смоле која се добија из биљака. У сврху електронике, колофониј се користи самостално или у комбинацији са благим активаторима који омогућавају да резултујући флукс остане некорозиван и непроводљив на собној температури. Исти постаје довољно активан да хемијски очисти оксиде и друге загађиваче када се снабде са довољно топлоте.

Када премажете површине намењене лемљењу флуксом, топлота примењена током процеса лемљења катализује флукс и уклања нечистоће. Ово излаже чисти бакар и омогућава деловање влажења. Флукс се може наносити на компоненте пре лемљења, али се такође уводи током процеса кроз саму жицу за лемљење.

Већина модерних жица за лемљење има унутрашње језгро испуњено колофонијем које се аутоматски издаје током лемљења.

Када лемити, а када не лемити

Сада када смо схватили науку која стоји иза лемљења, једнако је важно знати када лемити и када је то лоша идеја. Све што укључује ПЦБ -ове је готово искључиво лемљено. Процес нуди одличну електричну проводљивост и приличан степен механичког причвршћивања, док значајно смањује укупну величину ваших пројеката електронике.

Међутим, понекад се исплати знати тачно када не треба прибегавати лемљењу.

Иако се жице могу лемити једна на другу или на штампане плоче, морате размислити кад год жељена примена укључује било који степен кретања или вибрација. Апликације за аутомобиле, роботику и 3Д штампање одлични су примери где је лемљење обично ограничено на штампане плоче и категорички се избегава за све кабловске завршетке.

То је зато што су лемљени спојеви тврди, али крхки и стога подложни замору од савијања. Дефинитивно није пожељна особина за електричне спојеве изложене сталним вибрацијама и кретању. Лемљени каблови у таквим применама подлежу замору од савијања и последично пропадају на ломљивим спојевима.

Управо због тога се кабелски завршеци подложни таквим силама у овим апликацијама превијају умјесто лемљења.

Иако ово може звучати контраинтуитивно, лемљење није једини начин да се постигну спојеви непропусни за гас, отпорни на оксидацију. Огроман притисак који настаје током пресовања спаја бакарне проводнике на молекуларном нивоу, што их чини савршено непропусним за гас.

У ствари, пресовани спојеви су и механички и електрично супериорни у односу на њихове лемљене колеге, док су такође отпорни на замор од савијања. Доктор Рамасубраманиан наводи одсуство интерметала у пресавијеним везама као примарни разлог што интерфејс чистог бакра показује побољшану проводљивост у односу на лемљене спојеве.

Он такође објашњава да је веза пресавијених спојева бакар-бакар инхерентно јача јер слични атоми теже стварању јаких, стабилних веза. Са друге стране, различити атоми бакра, олова и калаја који се налазе у лемљеним везама релативно се формирају слабије везе које су под сталним напрезањем, што заузврат убрзава уморно пуцање под механичким утицајем стрес.

Повезан: Водич за почетнике у ДИИ Ворон 3Д штампачима

То је и разлог зашто у моторном простору вашег возила нећете пронаћи ниједан лемљени завршетак кабла. Исто важи и за 3Д штампаче и све остале уређаје који су подложни сталним вибрацијама и кретању.

Што више знаш

Познавање основне механике лемљења и када је прикладно применити је на вашим пројектима направиће разлику између успеха и стотину долара оштећене електронике.

9 најбољих лемилица за почетнике

Ако вас занима електроника, биће вам потребно лемилица. Ево најбољих лемилица за вас.

Прочитајте следеће

О аутору