Technologie ručního pájení s krytím inertním plynem (pod atmosférou) v. 1

Při výrobě elektrického zařízení, respektive desek plošných spojů DPS, se zcela jistě budeme muset potýkat s problematikou technologie pájení. V elektrotechnickém průmyslu se používá tzv. „měkké pájení“, což je jinak řečeno metalurgické spojování dvou kovů pomocí pájky (slitin cínu s dalšími kovy) za použití teplot do 500 °C. Kvalita zapájení DPS je ve výsledné kvalitě produktu jedním z nejvíce určujících aspektů, ale zároveň také nejnáročnějším, neboť nám jej ovlivňuje několik nepříznivých činitelů způsobujících především oxidaci, znečištění, porézní povrch a další ztěžující vlivy.

V dnešní době se upouští od pájení olovnatou pájkou z důvodu toxicity olova. Jako náhrada za olovo je použito minoritních podílů příměsí, nejčastěji mědi a stříbra. Na první pohled je zřejmé, že rozdíl bude v ceně za tuto pájku, zvýšení teplot (viz obr. 1), odolnosti pájecích nástrojů, neboť cín se chová jako rozpouštědlo pro kovy, z nichž jsou konstruovány hroty pájedel (viz obr. 2), dále větší křehkosti slitiny, horší přilnavosti, roztékavosti, pórovitosti povrchu a matného vzhledu spoje.

Tento problém bezolovnatého pájení se týká všech technologických postupů, jakým jsou například metody smáčení, přetavením, pájení vlnou a dalších, ale také metody ručního pájení, kterým se zde budeme zaobírat v dalším textu.

Ruční pájení

Týká se hlavně správné volby hrotu, teploty a tavidla. Při potřebě většího předání tepelné energie použijeme hrot s větší plochou, specifickým tvarem nebo minivlnou. Bod tání bezolovnaté pájky se pohybuje kolem 220 °C a více, podle poměru obsahu příměsí, kde oproti tomu předchozí teplota eutektické slitiny olova a cínu v poměru Sn 62 % a Pb 38 % byla 183 °C. Z toho vyplývá další požadavek i na pájecí stanici, která by měla zajistit stabilní výdej vyšší tepelné energie než doposud a to i při větším odvodu tepla do objemnějších částí pájeného objektu. Tavidlo nám dále poslouží pro lepší přilnavost a roztékavost na pájený materiál. Účinnost tavidla je dána jeho číslem kyselosti související s procentuálním vyjádřením obsahu pevných částic. Jako další stále přítomný nežádoucí efekt je již výše zmiňovaná oxidace. Díky oxidaci se znehodnocuje pájecí slitina a to tím rychleji, čím vyšší pájíme teplotou. Velmi znatelně pak můžeme pozorovat horší roztékavost (viz obr. 3) a smáčivost (viz obr. 4).

Zlepšení těchto parametrů docílíme krytím pájecí slitiny v době jejího roztavení. Ochranu pájky lze při ručním pájení důsledně realizovat pouze inertním plynem, kterým bývá nejčastěji dusík. Princip spočívá v nasměrování soustředěného proudu dusíku na místo pájení, který zabrání přístupu kyslíku. Tím sníží povrchové napětí v místě pájení a povrch roztavené pájky téměř neoxiduje, následně se lépe rozteče a přilne k cílovému pájenému materiálu. Tuto vlastnost především oceníme při pájení velkých ploch, zoxidovaných povrchů nebo kontaktů s velmi malou roztečí (viz obr. 6). Vlastnosti pájení se pak blíží olovnatému pájení. Dusíková atmosféra je nejvyšší technologická úroveň pro ruční pájení.

Celou problematiku Pb-free (bezolovnatého) pájení úspěšně řeší japonský výrobce HAKKO, který se s technologiemi pájení potýká již od roku 1952. Vyřešil jako první velice efektivně otázku dusíkového krytí při ručním pájení.

Výrobce pájecích a odpájecích technologií HAKKO nabízí mimo opravdu velmi rozsáhlého sortimentu také sestavy opravárenských pracovišť, které jsou vybaveny právě i systémem pro pájení pod krytím dusíkovou atmosférou.

Výše popsané problémy bezolovnatého pájení (zvýšení pájecích teplot, dostatečně výkonově dimenzované pájecí stanice, odolnost hrotů proti cínu) a dusíkového krytí řeší zařízení HAKKO. Pájecí stanice spolupracují s kompaktními hroty pro rychlou obnovu tepla a zároveň výkonově dorovnávají tepelnou energii při jejím stálém vysokém odvodu. Průběh výkonového dorovnávání a rychlé obnovy tepla je zřejmý z obr. 8, kde je v grafu zobrazen simulující pokles a následná rychlá obnova tepla „rozkmitaným“ průběhem. Výsledkem je střední tepelná hodnota, na které se následně reálně pohybujeme při procesu pájení. Tento rozkmit je technologicky přípustný s ±40 °C. V našem případě však dokážeme dosáhnout ještě menších rozkmitů. Kompaktní pájecí hroty totiž obsahují mimo topné tělísko i termočlánek umístěný na konci hrotu, kde může sledovat skutečnou teplotu a vytvořit tak dokonalou zpětnou vazbu pro pájecí stanici, se kterou komunikuje v reálném čase (viz obr. 9).

www.abetec.cz