Něco o pájení - část 1. - Pár pojmů na úvod

V diskuzi na fóru RC4x4cz se občas vyskytují hlasy příznivců prohánění a prznění RC přibližovadel, kterými dávají najevo jistý strach či obavy týkající se takového toho malého domácího pájení. Přitom v zásadě nejde o nic příliš složitého (to se mi to mluví :) ...) a kupodivu ani počáteční investice nemusí být příliš vysoká. Je to jen o cviku a přežití nějakého toho učňovského času, po kterém budete rádi, že již nejste odkázáni na své šikovnější kamarády a že si dokážete leccos udělat, tedy zapájet, spájet či rozpájet, sami. Páječkaka je opravdu šikovný domácí pomocník a důležitá část výbavy každého trochu šikovného kutila.

Protože jsem za svůj dosavadní život růčo zapájel bez přehánění víc jak tisíc plošňáků (= desek plošných spojů, též tišťák) a spájel dohromady leccos dalšího, rozhodl jsem se využít svých jistých zkušeností k napsání takového malého stručného seriálku, prostě něco o pájení, vám ku prospěchu a pomoci, zvl. pokud s tím začínáte. Nečekejte prosím hluboké teoretické zdůvodňování toho, co zde píši, vycházím opravdu jen ze svých praktických zkušeností. Sami zjistíte, že pájení je vlastně docela zábavná činnost plná rozžhavených pájek, spálených prstů, zarudlých očí, propálených gatí, flíčků na stehnech a okolí poprskaného od kalafůny :)

Ze všeho nejdříve si řekneme něco o teorii pájení. Tak to máme popořadě... Teoretické základy pájení, Charakteristické teploty, Pájení na tvrdo a na měkko, Pevnost pájených spojů, Tavidla, Mechanizace pájení a Zvláštní způsoby pájení. Abyste tomu pořádně porozuměli, doporučuji nechat se zapsat na tuto přednášku - PL - Pájení a lepení - 2336009 - České vysoké učení technické v Praze, Fakulta strojní. Jinak nemá cenu číst následující text... :D :D :D ... tak dobrá, konec legrace a jdeme na to.

Pro začátek si přeci jen řekneme několik obecných věcí, které ani nebudu nazývat vznosně teorií, spíše snůškou termínů, se kterými se při pájení setkáte. Nechci a nebudu rozebírat věci příliš do hloubky, stejně jako nebudu některé věci vysvětlovat. O mnohém by se daly sepsat dlouhé elaboráty, ale na to jednak nemám čas, druhak to není můj obor. Pokud se v tom někdo z vás hodlá nimrat podrobněji, použijte váš oblíbený vyhledávač.

Pájení

Pájení je obecný název technologie, při které jsou kovy spojovány-pájeny pomocí pájky. V případech, které nás zajímají nejvíc, tzn. pájení součástek či různých materiálů převážně z barevných kovů a jejich slitin běžně dostupnými páječkami, hovoříme o t.zv. měkkém pájení. Logicky vás napadne, že existuje i pájení tvrdé, rozlišujícím činitelem je teplota. Hranice není úplně přesně definována, pro hrubou orientaci můžeme říci, že při teplotách do cca 330°C hovoříme o pájení měkkém, při teplotách nad cca 500°C o pájení tvrdém. Princip měkkého pájení spočívá ve spojování-pájení kovů pomocí pájky, která má bod tavení nižší, než bod tavení spojovaných-pájených kovů. V našem zájmovém případě měkkého pájení je pájkou slitina cínu a dalších vhodných kovů, u tvrdého pájení jde obvykle o slitinu mědi, hliníku a stříbra.

Pájka

Pájka je kov, nebo slitina kovů, tající při nízké teplotě a určená k pevnému spojování materiálů z jiných kovů. Měkká pájka, která nás zajímá nejvíce, je slitinou cínu a dalších kovů, které určují její vlastnosti. Teplota tavení pájky a pevnost výsledného spoje závisí právě na poměru cínu a ostatních doplňkových kovů ve slitině. Do nedávna šlo hlavně o olovo, to ale v souladu s direktivami Evropské unie (viz WEEE - Waste Electrical and Electronic Equipment a RoHS - Restriction on Hazardeous Substances) nesmí být nadále užíváno v masové produkci pro svůj neblahý dopad na životní prostředí. Je proto nahrazováno jinými kovy, popřípadě jejich kombinacemi, např. stříbro, měď, zinek, bizmut, antimon, atd. Množství cínu v pájce se pohybuje obvykle od 25% do 99%, bod tavení pájky je pak v rozsahu cca od 180°C do 230°C v závislosti na složení. Další doplňkové kovy se do pájky dávají z důvodů příznivého ovlivnění vlastností pájky a mají také vliv na užití pájky:

• Zinek (Zn) - snižuje bod tavení
• Indium (In) - snižuje bod tavení
• Nikl (Ni) - prevence odsmáčení
• Měď (Cu) - vyšší pevnost spoje
• Bizmut (Bi) - snižuje bod tavení, lepší smáčení
• Stříbro (Ag) - snižuje bod tavení, lepší smáčení, vyšší pevnost spoje
• Antimon (Sb) - vyšší pevnost spoje, lepší smáčení a prevence nadzvedání součástek
• Germanium (Ge) - prevence oxidace

V naší praxi se nejčatěji setkáme s pájkami olovnatými (Sn-Pb), které se stále prodávají, a bezolovnatými, které vedle základního cínu obsahují stříbro nebo měď či obojí (Sn-Ag, Sn-Cu, Sn-Ag-Cu). Pro pájení elektronických součástek jsou vhodné pájky s obsahem cínu nad 60%, pro pájení barevných kovů a jejich slitin stačí pájky s obsahem cínu okolo 40-50%.

Smáčení

Při pájení je velmi důležité t.zv. smáčení. Pokud pájku rozehřejete do tekutého stavu tak, že smáčí povrch zahřátých kovů, cínová složka pájky vytváří na povrchu kovů intermetalickou sloučeninu - vrstvu slitiny, která umožní kovy pájkou spojit. Různé kovové materiály mají různou smáčivost, záleží též i na stavu jejich povrchu, jak je znečištěn, zoxidován, apod. Pokud pájka nemůže kov dobře smáčet, nebo je dokonce odpuzována, nemůže vzniknout ona vrstva povrchové slitiny. K odstranění problémů se smáčivostí či pro její zlepšení existují různá činidla různého chemického složení, které označujeme názvem tavidlo.

Tavidlo

Tavidlo podporuje kvalitní smáčení kovových materiálů při pájení. Tavidlo má obvykle kombinovanou funkci, mezi které patří např. odstranění mastnoty, prachu a vrstvy oxidů, snížení povrchového napětí pájky, které usnadní smáčení a také zabránění zpětné oxidace - pokud pájená část-kov přijde do styku se vzduchem při vysokých teplotách, rychlost oxidace se zvyšuje; pokrytí pájených částí tavidlem izoluje pájenou oblast před vzduchem a brání tak oxidaci. Tavidel existuje mnoho různých druhů dle potřebné aplikace a druhu spojovaných-pájených kovů. Tavidlo může být přímo součástí pájky (např. trubičková pájka) nebo ve formě přídavného činidla - pasty, roztoku, apod. V naší praxi se nejčastěji setkáme se třemi druhy tavidel:

• Tavidlo v trubičkové pájce, které při použití správné páječky a dostatečném cviku postačuje pro kvalitní zapájení součástek, spájení drátků, apod.
• Tavidlo ve formě t.zv. kalafůny (ano, vím, má to být kalafuny, ale mne to prostě nedá :) ...), která se získává z pryskyřice borovic, nebo při výrobě buničiny; chemicky jde o směs slabých organických kyselin.
• Tavidlo ve formě t.zv. pájecí kapaliny, jež jsou vhodné pro pájení různých typů kovů, v našem případě převážně barevných a jejich slitin.

Páječka

Páječka je elektrické zařízení - nářadí, sloužící pro tavení pájky při spojování součástek měkkým pájením. Páječky mohou být elektrické nebo plynové, nás budou nejvíce zajímat ty elektrické. Elektrické páječky mohou být:

• Regulovatelné - u těchto páječek lze nastavit v jistém rozmezí teplotu pájecího hrotu a jsou vhodné pro poměrně širokou oblast nasazení, včetně pájení miniaturních SMD součástek. Nevýhodou je obvykle menší výkon, takže nejsou příliš vhodné pro pájení větších celků, zvl. kovových. Mezi typické představitele patří mikropáječky (pájecí stanice) s elektronickou regulací teploty a výměnnými hroty o výkonu okolo 50W.
• Neregulovatelné - bez možnosti nastavení teploty pájecího hrotu (smyčky). Mezi typické představitele patří transformátorové páječky s výměnnou smyčkou z měděného drátu o výkonu 60-125W, či t.zv. pájecí "pera" s pájecím hrotem a výkonem v rozsahu 25-100W. Nevýhodou je zvl. u výkonných typů možnost tepelného poškození pájených součástek, transformátorové páječky nejsou obecně vhodné pro pájení miniaturních SMD součástek, které mohou poškodit nejen tepelně, ale i elektricky.

Vhodnou výbavou pro každou páječku, zvl. hrotovou, je tepelně izolovaný odkládací stojánek a houbička pro očištění hrotu páječky. Jak stojánek, tak i houbička bývá velmi často integrální součástí regulovatelných mikropáječek.

Odsávačka

Odsávačka slouží pro odsátí pájky. Používá se např. při výměně vadných součástek v deskách plošných spojů, při rozebírání různých pájených spojů či při odsávání nadbytečné pájky. Odsávačky mohou být buďto mechanické, nebo obvykle elektrické:

• Mechanické odsávačky pracují na jednoduchém principu pístu s hnací pružinou, pro svou činnost obvykle vyžadují zahřátí odsávané pájky páječkou; některé typy mají elektricky zahřívaný odsávací hrot.
• Mezi jednoduché, ale překvapivě funkční mechanické odsávačky můžeme zařadit i měděné pletené pásky.
• Elektrické odsávačky jsou opatřeny elektricky poháněným čerpadlem a zahřívaným hrotem. Elektrické často bývají integrální součástí pájecích stanic.

Myslím, že pro začátek by to již stačilo. Ve druhém díle seriálku se blížeji podíváme na vhodné adepty-páječky a další nástroje či vybavení pro zařízení kutilského pájecího koutku a jejich cenové relace, ve kterých se nyní pohybují.

- Zdroj: Wikipedia a další zdroje -