Spis treści:
Topnik jest niedocenianym elementem procesu lutowania, choć jego znaczenie jest w istocie ogromne. Przeczytaj o rodzajach i użytkowaniu topnika w elektronice.
Topniki w praktyce
W procesie lutowania układów elektronicznych topniki odgrywają wręcz fundamentalną rolę, umożliwiając tworzenie niezawodnych połączeń pomiędzy elementami elektronicznymi, a padami na płytce drukowanej. Istnieje kilka różnych klas topników, z których każda ma nieco inne właściwości i zakres zastosowań. W tym artykule przedstawimy krótki opis topników, należących do klasy R, NC, RMA, RA oraz WS, zwrócimy także uwagę na najważniejsze zasady poprawnej pracy z topnikiem w codziennej praktyce elektronika.
Klasy topników oraz ich najważniejsze właściwości
- Topniki klasy R są oparte na kalafonii, otrzymywanej z żywicy drzew iglastych. Charakteryzują się umiarkowaną aktywnością chemiczną. Stanowią najbardziej tradycyjną grupę topników – dawniej były zresztą podstawowym specyfikiem tego typu, stosowanym nawet w masowej produkcji elektroniki (chyba każdy, kto miał okazję serwisować leciwe, polskie urządzenia PRL-owskiej Unitry zwrócił uwagę na przyjemny, żywiczny zapach, wydobywający się z lutów podczas ich podgrzewania). Dziś topniki kalafoniowe są powszechnie używane m.in. do lutowania ręcznego większych elementów (np. złączy czy przewodów), intensywnie korzystają z nich także amatorzy – w sieci i literaturze dla elektroników można znaleźć liczne opisy stosowania „lakieru” z pokruszonej i rozpuszczonej w spirytusie kalafonii do zabezpieczania powierzchni samodzielnie wykonywanych płytek drukowanych.
- Topniki klasy NC (od anglojęzycznego No Clean) zostały opracowane przede wszystkim z myślą o montażu seryjnym (automatycznym) w celu minimalizacji pozostałości topnika po lutowaniu. Charakteryzują się zwykle dość niską aktywnością chemiczną i są zaprojektowane tak, aby nie wymagały czyszczenia po zakończeniu procesu lutowania (co oznacza, że nie pozostawiają na PCB zanieczyszczeń, które z czasem prowadziłyby do korozji ścieżek i końcówek elementów).
- Topniki klasy RMA (kalafoniowe średnio aktywowane) to swego rodzaju rozszerzenie klasycznych topników klasy R. Charakteryzują się umiarkowaną aktywnością chemiczną, dlatego nadają się do montażu łatwych do lutowania powierzchni (tj. o dobrej jakości, nie pokrytych zbyt dużą ilością tlenków lub zanieczyszczeń).
- Topniki klasy RA charakteryzują się wyraźnie wyższą aktywnością chemiczną niż topniki klasy R, a to za sprawą znacznie większej domieszki aktywatorów. Należy pamiętać, że pozostałości topnika mogą być żrące, przez co należy je usunąć jak najszybciej po zakończeniu procesu montażu.
- Topniki klasy WS są – w odróżnieniu od opisanych wcześniej czterech klas – rozpuszczalne w wodzie, co ułatwia proces czyszczenia po zakończeniu lutowania (w przypadku innych rodzajów topników, zwłaszcza kalafoniowych, konieczne jest zastosowanie alkoholu – np. izopropylowego, IPA – bądź specjalnie do tego celu przeznaczonego środka chemicznego do czyszczenia PCB). Topniki WS charakteryzują się bardzo zróżnicowaną aktywnością chemiczną.
Topniki w procesie lutowania elementów elektronicznych
Topniki pełnią co najmniej kilka niezwykle istotnych funkcji w procesie lutowania. Ich działanie opiera się przede wszystkim na usuwaniu tlenków z powierzchni elementów elektronicznych, padów na płytkach drukowanych, a także… grotów lutownic. Tlenki mogą powstać także „na bieżąco”, podczas procesu lutowania, w wyniku działania wysokiej temperatury i obecności powietrza, stosunkowo bogatego w tlen. Efektywne zniwelowanie tlenków zapewnia czyste i prawidłowe połączenia między lutowanymi powierzchniami, a to przekłada się bezpośrednio na niezawodność lutów.
Kolejnym niezwykle ważnym aspektem, jest poprawa zwilżania łączonych powierzchni przez lutowie (stop cyny) – topniki mają zdolność do zmniejszania napięcia powierzchniowego, co powoduje lepsze rozpływanie się lutu i właściwe pokrycie powierzchni lutowanej. Co ciekawe, topniki wpływają pozytywnie również na parametry termiczne lutowania – używając wysokiej jakości topnika możemy przyspieszyć i usprawnić proces montażu, a to przekłada się na minimalizację ryzyka przegrzania komponentów lub padów i ścieżek płytki drukowanej.
Zasady poprawnego stosowania topników - garść praktycznych porad
Aby skutecznie i bezpiecznie stosować topniki podczas lutowania elementów elektronicznych, wystarczy poznać kilka prostych zasad. Po pierwsze, duże znaczenie dla jakości całego procesu ma wybór odpowiedniego topnika: w montażu ręcznym elementów przewlekanych często stosowana jest klasyczna kalafonia, sprzedawana w niewielkich, metalowych puszkach. W przypadku elementów SMD doskonale sprawdzają się topniki w żelu, klasy RMA lub NC – takie produkty, oferowane m.in. przez znaną, polską markę AG Termopasty, znajdziesz w ofercie sklepu Botland.
Równie ważna jest odpowiednia aplikacja topnika – substancję należy rozprowadzać równomiernie na powierzchni płytki drukowanej przy użyciu odpowiednich narzędzi, takich jak pędzelki czy aplikatory ręczne (w postaci prostej strzykawki lub tłoczka współpracującego z kartridżem). W warsztatach profesjonalnych stosowane są natomiast pneumatyczne aplikatory, współpracujące z kompresorem lub butlą ze sprężonym powietrzem. W każdym przypadku trzeba przy tym uważać, aby nie używać zbyt dużej ilości topnika – warto unikać nadmiernego rozlewania się substancji po sąsiadujących obszarach PCB.
W przypadku topników o umiarkowanej i dużej aktywności chemicznej należy skrócić do minimum czas kontaktu elementów i płytki drukowanej z topnikiem – nadmierna ekspozycja na aktywatory może wyzwolić proces korozji delikatnych podzespołów elektronicznych. Czyszczenie płytki po zakończeniu procesu lutowania jest wskazane (z kilku względów) nawet w przypadku topników typu no-clean – należy jednak używać do tego celu odpowiednich środków czyszczących, zgodnych z zaleceniami producenta. Przed przystąpieniem do czyszczenia PCB warto zaopatrzyć się w odpowiednie narzędzia – przydatne okażą się pędzle i szczotki ESD, butelka alkoholu izopropylowego oraz podkładka (lub przynajmniej arkusz folii), na której będzie można przeprowadzić całą procedurę bez ryzyka zachlapania stołu roboczego resztkami rozpuszczonego topnika.
