Spis treści:
Gładka, jednolita konsystencja – niezbyt sucha i rzadka. Jednolity kolor. Brak widocznych domieszek i pęcherzyków powietrza. Czystość po zakończeniu procesu. Jakość pasty lutowniczej jest kluczowa dla procesu lutowania i trudno ten aspekt przecenić. Dziś trochę praktycznych informacji dla adeptów lutowania i tych, którzy chcą pogłębić swoją wiedzę.
Bezpieczne lutowanie
Wysokie temperatury używane podczas lutowania mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia. Zabezpieczenia, które pierwsze nasuwają się na myśl, to nie tylko rękawice czy odzież ognioodporna. W żadnym wypadku nie promujemy niedbałych praktyk, ale konia z rzędem temu, kto zawsze stosuje wszystkie akcesoria ochronne, o jakich tylko można pomyśleć i jakich zresztą na rynku jest mnóstwo. Równie ważne podczas lutowania w przydomowym warsztacie okazują się uchwyty antystatyczne i akcesoria do czyszczenia gwarantujące uzyskanie estetycznych, trwałych połączeń między elementami elektronicznymi. Odpowiednie akcesoria pomagają także w minimalizacji odpadów, a poprzez używanie ekologicznych lutów oraz akcesoriów wielokrotnego użytku przyczyniamy się do ochrony środowiska. Wreszcie używanie akcesoriów zgodnych z zaleceniami producenta narzędzi lutowniczych zapewnia zachowanie gwarancji oraz ich długie działanie. A gdzie w tym wszystkim mieści się pasta lutownicza?
Pasta lutownicza - płynna cyna w lutowaniu
Pasta lutownicza, znana również pod obiegowym określeniem flux lutowniczy, to specjalny materiał stosowany podczas procesu lutowania. Jej głównym celem jest ułatwienie przepływu lutu, który jest stopem metalu używanym do łączenia elementów elektronicznych na płytkach drukowanych, drutach i innych powierzchniach.
Zawiera substancje chemiczne, które pomagają w usuwaniu warstw oksydacji często występującej na metalowych powierzchniach elementów elektronicznych oraz końcówek lutowniczych. Oksydacja Owa oksydacja jest powszechnie obserwowana w życiu codziennym i ma wiele znaczących implikacji w chemii, biologii, metalurgii i wielu innych dziedzinach nauki.
To proces chemiczny, w którym substancja reaguje z tlenem lub innymi substancjami chemicznymi, prowadząc do zmiany jej właściwości chemicznych i fizycznych, a w przypadku lutowania prowadzi do utrudnień w przepływie lutu, a to z kolei do słabych połączeń.
Substancje zawarte w pastach lutowniczych zmniejszają także napięcie powierzchniowe metalu, co przyczynia się do lepszego przylegania lutu do elementów elektronicznych. Jest zalecana szczególnie w przypadku delikatnych elementów, i choć w przypadku prostych zastosowań lub amatorskich projektów, gdzie nie jest wymagane bardzo precyzyjne lutowanie, a elementy elektroniczne są odporne na oksydację, można zrezygnować z pasty lutowniczej, to przecież niezależnie od stopnia zaawansowania wymagamy połączeń trwałych, niezawodnych i przylegających. Pasta powinna więc tworzyć lepką konsystencję, która zapobiegnie przemieszczaniu się komponentów po umieszczeniu na płytce drukowanej (PCB) podczas lutowania i montażu powierzchniowego SMT.
Właściwości i skład past lutowniczych
Pasta lutownicza może składać się z różnych stopów. Zasadnicze rozróżnienie, o którym więcej poniżej, to połączenia stopu cyny i ołowiu i stopy bezołowiowe. Oba rodzaje stopów składają się głównie z dobrze znanej adeptom lutowania cyny, która ma niską temperaturę topnienia oraz wysoką wytrzymałość na rozciąganie i ścinanie. Dodatkowe metale bywają dodawane głównie w celu dalszej zmiany właściwości mechanicznych stopu.
Przykładowo ołów obniża ogólną temperaturę topnienia i tworzy mocne połączenia z innymi metalami, takimi jak miedź i aluminium, które są często używane do produkcji padów PCB lub wyprowadzeń komponentów. Korzyści te są powodem, dla którego znaczny procent stopów pasty lutowniczej wykorzystuje tę bazę. Jednak ołów jest uważany zarówno za zagrożenie tak dla zdrowia, jak i środowiska, dlatego w branży zaczęto dążyć do wytwarzania produktów wykorzystujących bezpieczniejsze materiały.
Doprowadziło to do pojawienia się bezołowiowych alternatyw, z których najpopularniejsza to połączenie cyny, srebra i miedzi. Składa się głównie z cyny, a srebro i miedź są dodawane w celu zwiększenia wytrzymałości i obniżenia temperatury topnienia, aby poprawić właściwości stopu. Miedź obniża temperaturę topnienia stopu i pomaga w zwilżaniu stopionego lutowia, podczas gdy srebro zwiększa wytrzymałość mechaniczną, ale jest mniej plastyczne niż ołów. Inne to antymon, bizmut, ind czy nikiel. Ważne jest, aby zdawać sobie sprawę z wszelkich interakcji, jakie wybrany stop może mieć z metalami nieszlachetnymi, które łączy, bo ma to wpływ na bezpieczeństwo połączenia metalowego.
Topnik
Topnik to znany materiał w metalurgii, który jest kluczowym składnikiem w łączeniu metali i metalurgii ekstrakcyjnej. Topniki pełnią funkcje stabilizatorów, środka płynącego i/lub chemicznego środka czyszczącego. W paście lutowniczej głównym zadaniem topnika jest działanie jako środek czyszczący, czyli redukcyjny.
Jego główne zadanie to przygotowanie powierzchni metalu poprzez usuwanie tlenków i zanieczyszczeń. Wszystko to zapobiega utlenianiu powierzchni metalu i materiału łączącego oraz pomaga w zwilżaniu stopionego metalu, a wiemy już, że zwilżanie jest ważne dla pasty lutowniczej, bowiem zmniejsza napięcie powierzchniowe stopionego metalu i pozwala na łatwiejszy przepływ podczas procesu lutowania.
Pasta lutownicza w lutowaniu SMT
Montaż powierzchniowy kojarzymy głównie z szybkim i niezawodnym procesem produkcji płytek PCB. Trudno mówić o nim bez bohaterki dzisiejszego artykułu. Materiały bazowe dla tego procesu obejmują nie tylko komponenty do montażu powierzchniowego i płytki, ale także pasty lutownicze i ich właściwie umieszczenie. Obejmuje to aplikację pasty w systemie drukowania, prawidłowe umieszczenie szablonu, konfigurację programów do inspekcji, ustawienie komponentów (zautomatyzowany pick-and-place) i upewnienie się, że wybrano prawidłowy profil rozpływowy.
Jeżeli w paście lutowniczej pojawią się defekty lub nieprawidłowe stosowanie, to oznacza to niechybne problemy w produkcji, w tym między innymi nieoczekiwane przeróbki, opóźnienia i koszty. Często spotykane to grudki pasty lutowniczej osadzające się obok padów po wydrukowaniu szablonu, zanieczyszczenia na szablonie, złe podparcie, osadzanie pasty lutowniczej między dwoma różnymi padami, co powoduje połączenie obu padów i małe, niekompletne osady pasty na padach.
Pasta lutownicza - przechowywanie
…czyli coś, co często bagatelizujemy. Pasta lutownicza jest wykonana z zawiesiny proszku lutowniczego i topnika. Zadaniem topnika jest usuwanie tlenków z części płytki drukowanej, wyprowadzeń komponentów i proszku lutowniczego. Zwykle dzieje się to podczas ponownego rozpływu, ale występuje również w “godzinach nadliczbowych” podczas przechowywania. Interakcja pomiędzy topnikiem i proszkiem lutowniczym jest głównym czynnikiem wpływającym na datę ważności pasty lutowniczej.
Ogólnie rzecz biorąc, przechowywanie pasty w temperaturze chłodniczej jest zalecane do długotrwałego przechowywania, ponieważ spowalnia to owe niechciane interakcje, która może wystąpić między topnikiem a proszkiem lutowniczym. Niektóre pasty lutownicze są stabilne w temperaturach pokojowych, dlatego ważne jest, aby zapoznać się z zalecanymi warunkami przechowywania podanymi przez producenta. Przed użyciem pasta lutownicza jest często przechowywana w lodówce, a następnie doprowadzana do temperatury pokojowej. Po wykonaniu tego kroku pastę można przechowywać w temperaturze pokojowej lub ponownie umieścić w lodówce tego samego dnia.
