Lipirea demistificată: Înțelegerea elementelor de bază pentru a reuși la lipire

Lipirea este o abilitate surprinzător de ușor de dobândit, cu condiția să știți ce faceți. Acesta din urmă este esențial, deoarece ambarcațiunea implică manipularea componentelor prevăzute să reziste la maximum 250 ° F cu un instrument care funcționează la 650 ° F.

Marja de eroare aici este destul de redusă, iar greșelile sunt adesea catastrofale și costisitoare, ceea ce descurajează majoritatea începătorilor să persiste prin eșecuri inițiale. Cu toate acestea, acest lucru poate fi evitat cu totul prin obținerea elementelor de bază chiar de la început.

Citiți mai departe pentru a afla elementele fundamentale ale lipirii și cruțați-vă ororile electronice carbonizate și visele sparte.

De ce ar trebui să vă deranjați lipirea?

La cel mai de bază nivel, lipirea creează conexiuni electrice fiabile (și, prin urmare, mecanice) între componentele metalice conductoare. Aceasta implică legarea unei perechi de fire sau a unei componente electronice pe o placă cu circuite imprimate (PCB).

Gânditorii critici dintre voi s-ar putea întreba de ce nu doar răsuciți firele împreună sau atașați componentele la PCB folosind piulițe și șuruburi. Există două probleme principale cu această abordare. Pentru început, astfel de conexiuni nu sunt stabile mecanic la mișcare sau vibrații. În al doilea rând, deși sunet mecanic, elementele de fixare nu sunt deloc stabile electric.

Am căutat contribuții de la Dr. Lakshmi Narayan Ramasubramanian de la Departamentul de Știința și Ingineria Materialelor la Indian Institute of Technology Delhi, pentru claritate cu privire la unele dintre aspectele mai tehnice ale lipirii.

Electronica sensibilă are absolut nevoie de conexiuni electrice cu rezistență redusă pentru a menține o conductivitate constantă pe toată durata de viață a produsului. Acest lucru este dificil de realizat prin simpla împerechere a componentelor cu elemente de fixare. Decalajul de aer inevitabil dintre componentele acestor articulații duce la oxidare (sau rugină pentru metalele feroase), care diminuează semnificativ conductivitatea electrică. Aceste obstacole fac lipirea indispensabilă pentru aplicațiile electronice de precizie de joasă tensiune.

Legate de: Cum să actualizați imprimanta 3D Ender-3

Când lipiți două componente, lipirea în sine se combină cu metalul (de obicei cupru) pentru a forma un aliaj complet nou. Lipirea lipsește în esență componentele la nivel molecular, fără a lăsa spațiu de aer și eliminând astfel posibilitatea oxidării. Stabilitatea mecanică adăugată este un bonus binevenit.

Legarea metalelor prin topirea lor este o propunere riscantă, având în vedere modul în care majoritatea componentelor semiconductoare sunt evaluate să funcționeze la o temperatură maximă de 250 ° F. Utilizarea căldurii pentru a fuziona cablurile unui cip integrat cu tampoanele de pe un PCB nu este fezabilă, deoarece cuprul se topește la o temperatură atrăgătoare de 1984 ° F. Sunteți obligat să prăjiți componenta cu mult înainte de a stabili o articulație fiabilă.

Aici intră în joc compoziția unică și proprietățile termodinamice ale lipirii.

Lipirea este un aliaj eutectic format din plumb și staniu. Bitul eutectic este important deoarece permite aliajului să se topească la o temperatură semnificativ mai scăzută în comparație cu metalele sale constitutive. În timp ce plumbul pur și staniul se topesc la 620 ° F și respectiv 450 ° F, un aliaj de lipit format din aceste două metale amestecate într-un raport de 63:37 începe să curgă la doar 361 ° F.

În timp ce lipirea ar putea părea că implică topirea firelor de cupru sau a componentelor pe un PCB, în realitate, procesul funcționează folosind acțiunea solventului metalic al lipirii. Când lipirea la cald este introdusă în cablurile componentei de cupru, acționează ca un solvent care pătrunde și dizolvă suprafețele de cupru expuse. Această acțiune de solvent le combină la nivel molecular pentru a forma un aliaj complet nou în stratul intermetalic.

Acest fenomen se numește acțiunea de udare și este absolut critic pentru procesul de lipire - adică transformarea componentelor disparate într-un corp continuu și conductiv electric de aliaj hibrid.

Legate de: Proiectele interesante de electronice DIY pentru a aborda sub 15 USD

Învingerea oxidării cu flux

Acțiunea solventului metalic al lipirii este chiar baza îmbinărilor lipite cu succes. Cu toate acestea, în termeni practici, lipirea nu poate iniția singură o acțiune de umectare. Acest proces este catalizat prin furnizarea de căldură atât lipitului, cât și cablurilor componente din cupru.

Aceasta este o problemă, deoarece căldura determină oxidarea rapidă a suprafețelor de cupru expuse în prezența aerului. Stratul limită de oxid care rezultă acționează ca o barieră care face imposibilă umezirea. Problema se agravează cu murdăria, murdăria, uleiurile pentru degete, grăsimea și alți contaminanți prezenți pe suprafețele componente. Acestea inhibă în continuare acțiunea solventului metalic necesară pentru o îmbinare lipită cu succes.

Puteți încerca să spălați suprafețele curate, dar veți întâlni un nou strat de oxid în momentul în care aplicați din nou căldură pe firele de cupru. Dacă ar exista o modalitate de a îndepărta stratul de oxid în timpul lipirii. Ei bine, tocmai asta face fluxul.

Fluxul este compus din colofoniu, care este o formă solidă de rășină obținută din plante. În scopul electronicii, colofonul este folosit fie singur, fie combinat cu activatori ușori care permit fluxului rezultat să rămână necoroziv și neconductiv la temperatura camerei. Același lucru devine suficient de activ pentru a curăța chimic oxizii și alți contaminanți atunci când este alimentat cu suficientă căldură.

Când acoperiți suprafețe menite a fi lipite cu flux, căldura aplicată în timpul procesului de lipire catalizează fluxul și elimină impuritățile. Acest lucru expune cuprul pur și face posibilă acțiunea de udare. Fluxul poate fi aplicat componentelor înainte de lipire, dar este introdus și în timpul procesului prin firul de lipit în sine.

Majoritatea firelor moderne de lipit au un miez interior umplut cu flux de colofon care se distribuie automat în timpul lipirii.

Când să lipiți și când să nu lipiți

Acum că am descoperit știința din spatele lipirii, este la fel de important să știm când să lipim și când este o idee proastă să facem acest lucru. Orice lucru care implică PCB-uri este aproape exclusiv lipit. Procesul oferă o conductivitate electrică excelentă și un grad corect de fixare mecanică, reducând în același timp dimensiunea generală a proiectelor dvs. electronice.

Cu toate acestea, uneori merită să știți exact când nu trebuie să apelați la lipire.

În timp ce firele pot fi lipite între ele sau pe PCB-uri, trebuie să vă reconsiderați ori de câte ori aplicația dorită implică orice grad de mișcare sau vibrație. Aplicațiile pentru automobile, robotică și imprimare 3D sunt exemple excelente în care lipirea este de obicei limitată la PCB-uri și este evitată categoric pentru toate terminările cablurilor.

Acest lucru se datorează faptului că îmbinările lipite sunt dure, dar fragile și, prin urmare, vulnerabile la oboseala îndoirii. Cu siguranță nu este o trăsătură de dorit pentru articulațiile electrice supuse vibrațiilor și mișcărilor constante. Cablurile lipite în astfel de aplicații suferă oboseală la îndoire și, prin urmare, se defectează la articulațiile fragile.

Tocmai de aceea, terminările de cablu supuse unor astfel de forțe sunt îndoite în loc să fie lipite în aceste aplicații.

Deși acest lucru poate suna contraintuitiv, lipirea nu este singura modalitate de a realiza îmbinări etanșe la gaz, rezistente la oxidare. Presiunea extraordinară generată în timpul sertizării fuzionează cablurile de cupru la nivel molecular, ceea ce le face perfect etanșe la gaz.

De fapt, îmbinările sertizate sunt atât mecanice, cât și superioare din punct de vedere electric omologilor lor lipiți, fiind în același timp rezistente la oboseala îndoirii. Dr. Ramasubramanian menționează absența intermetalicilor în conexiunile încrucișate ca fiind motivul principal al interfeței de cupru pur care prezintă o conductivitate îmbunătățită față de îmbinările lipite.

El explică, de asemenea, că conexiunea cupru-cupru a articulațiilor sertizate este inerent mai puternică, deoarece atomii similari tind să formeze legături puternice și stabile. Pe de altă parte, atomii diferiți de cupru, plumb și staniu care se găsesc în conexiunile lipite se formează relativ legături mai slabe, care sunt sub tensiune constantă, care la rândul lor accelerează crăparea oboselii sub mecanică stres.

Legate de: Un ghid pentru începători pentru imprimantele 3D DIY Voron

De aceea, nu veți găsi o singură terminație de cablu lipită în compartimentul motorului vehiculului. Idem pentru imprimantele 3D și orice alt dispozitiv supus vibrațiilor și mișcării constante.

Cu cat stii mai mult

Cunoașterea mecanicii care stau la baza lipirii și când este oportun să o aplicați proiectelor dvs. va face diferența dintre succes și o sută de dolari în electronica deteriorată.

Cele mai bune 9 fiare de lipit pentru începători

Dacă sunteți interesat de electronică, veți avea nevoie de un fier de lipit. Iată cele mai bune fieruri de lipit pentru dvs.

Citiți în continuare

Despre autor