Паяльник тебе в плату

Известно, что есть как минимум два способа получения желаемой вещи — сделать ее самому или приобрести готовую. Другие варианты, в частности те, что попадают под статью 143 УК РФ (кратко — «чужое брать нельзя»), не рассматриваются. Вывод номер один: при наличии большой и цепкой жабы умение мастерить железо своими руками очень полезно. Тут же возникает вопрос: а что, собственно, надо уметь для экономии дензнаков, кроме прямых рук и трезвой головы? Ответ: умение держать паяльник.

Это если не главное умение, то одно из самых главных. В контексте компьютерных самоделок, естественно. (Хорошая оговорка, да. — Прим. ред.) Об этом умении и поговорим.

Что паяют?

Вопрос, с одной стороны, простой, а с другой — нет. Простой он потому, что паяются, по большому счету, все металлы, главное — найти нужный флюс, припой и изучить технологию пайки. Сложный — потому, что простому пользователю сложно найти подходящие припой и флюс (или того хлеще — изготовить их самостоятельно в домашних условиях) для пайки какой-либо экзотики. Если вы вдруг являетесь исключением (то есть у вас в квартире по углам рассована вся таблица Менделеева), то дальше этот текст можете не читать.

Самое время обратиться к учебнику материаловедения. Пайкой называется технологический процесс соединения металлических заготовок без их расплавления посредством введения расплавленного промежуточного металла-припоя между ними. Температура его плавления ниже, чем температура плавления соединяемых металлов, и он заполняет зазор между соединяемыми поверхностями. Паяный шов может быть прочным, но это нас опять-таки не очень волнует, если речь идет об околоэлектрической пайке. Нам важен электрический контакт, иногда еще тепловой, но механическая прочность не очень важна. Если же вы самостоятельно паяете трубопроводы систем охлаждения, значит, вы о пайке знаете не меньше, чем мы.

В домашних условиях соединению с помощью пайки поддаются алюминий и медь. А больше вам ничего паять и не придется, если вы ограничитесь околокомпьютерным железом. То есть в данной статье мы говорим только о низкотемпературной пайке оловянносвинцовыми припоями. Если вы захотите изучить пайку глубже, обращайтесь: мы подскажем, какие книжки почитать.

Чем паять?

Казалось бы, риторический вопрос. Паяют-то паяльником! Однако разновидностей паяльников очень много и — для разных задач. Пожалуй, самые распространенные — электрические (6-220 В, мощность — от 6 до 150 Вт). Эти паяльники просты в эксплуатации и конструкции, достаточно неприхотливы. Для пайки мелких элементов следует брать 20-30-ваттный паяльник, для деталей покрупнее (электролитических конденсаторов, резисторов мощностью от 0,125 Вт) — 30-50-ваттный паяльник, ну а хорошо прогреть очень крупные детали умеют только 50-100-ваттные особи. Конечно, можно и чип-деталь припаять стоваттной махиной, была бы сноровка, но, согласитесь, забивать обойный гвоздь проще обычным молотком (весом 250-500 г), чем полуторакилограммовой кузнечной кувалдой. Конечно, существуют паяльники мощностью более ста ватт, но в данной статье они описываться не будут.

Если развить аналогию с кувалдой, получится, что нужно сразу брать паяльную станцию.

Это такой паяльник, который позволяет точно выставить температуру жала, имеет специальную установку для выпаивания многовыводных микросхем и т. д. Спору нет, паять на ней проще и приятнее: жало и детали не перегреваются, для каждого припоя можно выставить оптимальную температуру и так далее. Но даже самая простая станция стоит куда дороже обычного паяльника (это, кстати, очень хорошая «защита от дурака»: собравшись потратить такую сумму, человек обычно четко себе представляет, за что он отдает нажитые средства и что получит взамен).

Нельзя не упомянуть о недостатках классического паяльника (особенно, если он из Китая). Это перегрев жала: вместо положенных +290… +330 °С дешевые экземпляры легко могут раскочегариться до +400 °С. Как следствие, быстрее обгорает жало, детали перегреваются, качество пайки снижается. Решение проблемы простое и логичное — сделать регулятор температуры жала паяльника, вам потребуется меньше десяти радиоэлементов, можно, конечно, купить готовый регулятор, но за него придется отдать раза в три-четыре больше, чем за паяльник. Оно вам надо?

Другой недостаток паяльника: он быстро выходит из строя (например, за последние пять лет у меня сменилось не меньше шести паяльников). Плохо не то, что приходится покупать новый, а то, что по закону подлости ломается инструмент в самый неподходящий момент и поблизости ничего на замену нет. Советую покупать отечественные устройства (они служат дольше), а если в вашей местности таковых не имеется, то всех заморских гостей снабжайте регулятором мощности.

Сегодня продается множество газовых паяльников (это те, в которых жало нагревается газом, проходящим через каталитическую пластину). Такие паяльники бывают очень кстати, когда нужно что-то припаять, а под рукой нет розетки или обычного паяльника. И вот еще один немаловажный момент: регулятор температуры жала (читай: интенсивности подачи газа) встраивают во все модели, и, получив определенный опыт, человек учится выставлять необходимую температуру одним движением руки. Недостаток — высокая себестоимость работы такого прибора (хотя это спорное утверждение, у меня при ежедневном использовании баллон газа стоимостью 2 доллара опустошается за три-четыре месяца) и опасность повреждения соседних деталей струями горячего газа, выходящими из горелки.

Второй режим работы таких паяльников — без жала, в качестве горелки, — очень полезен при массовом демонтаже плат или при подогреве крупногабаритных деталей во время пайки маломощным паяльником.

Отдельно следует сказать о жале. От того, в каком оно состоянии, зависят качество и легкость пайки. Самый простой тип — незаточенный обрубок медного стержня. Такое перед употреблением непременно нужно доработать напильником (читай — заточить), а еще проковать, чтобы замедлить выгорание жала и образование раковин на нем. Они очень быстро появляются при использовании припоев, содержащих серебро, так как данный драгметалл является отличным катализатором растворения меди в припое. Такое медное жало требует постоянного ухода (нужно удалять с него окалину, залуживать его и так далее).

Продвинутый вариант — жало с круглой заточкой и защитным покрытием, такое куда проще зачищать. Для очистки нельзя использовать напильник, шкурку и другие абразивные материалы, дабы вместе с грязью и окалиной не удалить то самое защитное покрытие, вот и все меры предосторожности. Да такие инструменты и не понадобятся, всю грязь легко снять с горячего жала, если провести им по дереву.

Еще бывают жала, предназначенные для демонтажа микросхем, резистивных сборок и других «многоногих» электронных компонентов. Чаще всего умельцы изготавливают их из подручных материалов под свои нужды, поэтому разновидностей и способов исполнения жал существует очень много.

Припой и флюс

Припой — это то, чем скрепляются спаиваемые детали. Состав его может быть любым (встречаются серебросодержащие, марганцевые и другие экзотические припои), но нас интересуют дешевые легкоплавкие оловянно-свинцовые припои, иногда со специальными добавками, такими как висмут, сурьма или кадмий. Чаще всего такой припой выпускается в виде прутков или трубок различной толщины, заполненных флюсом, обычно канифолью. ПОС — это припой оловянно-свинцовый, вторая буква «С» в названии означает, что в состав припоя введена сурьма. Соответственно, «К» — это кадмий,

«В» — висмут. Припой со странным названием ПОССУ (припой оловянно-свинцовый для специальных условий) предназначен не для того, о чем вы подумали, а для пайки деталей методом погружения в расплавленный припой. Самые простые соединения выполняются припоем ПОС-61 (самым распространенным), а вот каким в других случаях, вы узнаете из таблицы.

Металлам свойственно окисляться. Попробуйте интереса ради соединить алюминиевые детали, используя только припой. Ничего у вас не выйдет, потому что на поверхности алюминиевой детали всегда есть оксидная пленка, которая, как ни странно, не паяется. Сталь, медь, олово и свинец также окисляются, и паять их одним припоем нежелательно.

Для повышения прочности паяного шва и облегчения пайки применяют флюсы. Они растворяют и удаляют с места пайки оксиды и грязь, снижая тем самым вероятность возникновения коррозии и разрушения паяного шва, и защищают место пайки от воздействия воздуха. Флюс выбирают в зависимости от свойств соединяемых пайкой металлов, способа пайки и применяемого припоя. Самый распространенный и универсальный флюс — канифоль и ее спиртовой раствор. Такой флюс продается в любом магазине “Электротовары». После пайки остатки активного флюса и паяльных паст нужно сразу же удалить, иначе возможно возникновение коррозии. Для пайки “трудных» металлов, таких как алюминий и нихром, существуют специальные флюсы. Мы сначала хотели привести таблицу с рецептами флюсов, но потом решили, что учить вас смешивать кислоту и соли не стоит. Любой флюс сейчас можно найти в радиомагазине, там же вам помогут подобрать нужный состав.

Прочие принадлежности

Кроме паяльника, припоя и флюса при пайке вам понадобятся еще кое-какие инструменты и приспособления. Например, подставка под паяльник. Ее можно сделать из консервной банки, листового металла или купить в магазине. Второй полезный инструмент — пинцет. Пригодится как прямой пинцет, так и обратный, который раскрывается при нажатии (если он жесткий, его удобно использовать как держатель мелких деталей). Им удобно держать

тонкие провода или выводы деталей при пайке, поправлять провода или ножки в труднодоступных местах. Специальный держатель отводит от полупроводниковых кристаллов тепло и не дает им перегреться. Если вам часто приходится иметь дело с чип-деталями, то для вас незаменима хорошая лупа, желательно на «ноге». Для счистки нагара и грязи с жала паяльника, а также для зачистки проводов в эмалевой изоляции отлично подходит скальпель. О кусачках и маленьких пассатижах, думаю, упоминать незачем. Со временем перечень инструментов и приспособлений расширится, сказать точно, что потребуется именно вам, сложно, все зависит от ваших личных предпочтений и навыков.

Понадобятся вам и измерительные приборы. На первых порах будет достаточно одного- двух цифровых мультиметров, благо стоят они почти ничего. Списывать со счетов стрелочные приборы (вольтметры, амперметры и т. д.) или, что еще хуже, выкидывать их не стоит, по ним очень удобно контролировать изменение измеряемых величин. Если у вас есть (достались по наследству) осциллографы, частотомеры и прочие крупногабаритные измерительные приборы, хорошо. Нет — тоже неплохо. К пайке это напрямую не относится.

Как паять?

В пайке нет ничего сложного, и в то же время назвать это дело простым язык не поворачивается. Скорее так: по сути, это очень простая процедура, но для выполнения аккуратных и прочных паяных соединений нужна практика.

Первое, что требуется сделать, — это нагреть паяльник до нужной температуры. Казалось бы, элементарно: воткнул вилку в розетку, и жди, пока нагреется. Но не все так просто. По идее, обычный паяльник за 4-10 минут должен накаляться до +28°… +30 °С, но, как было сказано, выполняется это требование далеко не всегда. Если температура паяльника низкая, то припой будет плавиться с трудом или не расплавится вообще. При перегреве жала канифоль мгновенно сгорает, припой быстро плавится, но не набирается на жало. При нормальном нагреве припой быстро плавится и набирается на жало, растекаясь по нему. Кстати, рабочая область жала — 4-5 мм от кончика, она должна всегда быть залуженной и чистой (в смысле — без нагара).

Пайка начинается с лужения деталей: надо обработать их флюсом и нанести на них тонкий слой припоя. Это очень важный процесс! Обратите внимание: любую деталь, даже если это очень тонкая ножка чипа, перед пайкой необходимо залудить! На хорошо подготовленную и разогретую деталь припой наносится легко, он расплывается по всей обработанной флюсом поверхности. Потом достаточно соединить детали и нанести на них небольшое количество припоя. Во время пайки и застывания припоя все спаиваемые детали должны быть неподвижны, и нужно, чтобы прогрев был равномерным. В противном случае возможно возникновение эффекта холодной пайки: детали вроде бы спаялись, но, стоит их чуть тронуть, распадаются. Правильный паяный шов блестящий, имеет вид перевернутой капли, через припой проступают контуры спаянных деталей.

Типичные ошибки

Одна из них — максимализм, то есть ошибочное предположение, согласно которому чем больше припоя и флюса наносится на спаиваемые поверхности, тем прочнее соединение. Это не так! Припоя должно быть не много и не мало, то же относится и к флюсу. Именно для выбора оптимального количества материала необходима практика.

Другая ошибка — применение физической силы. Берут паяльник, что есть мочи вдавливают его в емкость с канифолью (отчего та превращается в дымящееся и булькающее озеро), потом суют его в припой, и на жало набирается целая капля расплавленного сплава, грозящая в любой момент сорваться вниз и покрыть кляксой пару-другую квадратных сантиметров поверхности стола. «Душераздирающее зрелище». Паяльник следует держать так же, как ручку (с паяльниками мощностью до 40-50 Вт это реально), чтобы чувствовать, когда расплавится и затвердеет припой.

Отдельная задача — пайка алюминия. Самый простой по технике (то есть не требующий никаких специфических флюсов) способ таков: на алюминиевую деталь кладется немного медных опилок (в которые превращается толстый медный одножильный провод под воздействием напильника) и сверху заливается чистой канифолью.

Далее разогретым жалом паяльника с небольшим количеством припоя (того же ПОС-61) протирают посыпанное опилками место. Опилки процарапывают оксидную пленку, а так как доступа воздуха к поверхности детали не будет (сверху ведь нанесен слой канифоли), поверхность металла удается нормально залудить. После удаления остатков флюса и излишков опилок (ватным тампоном, смоченным спиртом) с детали она готова к пайке. Удовлетворительного результата также можно добиться, заменив канифоль щелочным маслом.

Второй способ. Любители похимичить, обратите внимание! Два-три грамма йодида лития помещают в пробирку, туда же заливают двадцать миллилитров олеиновой кислоты. Эту смесь подогревают в горячей поде и помешивают, пока соль не растворится полностью. Полученный флюс сливают в стеклянную посуду и охлаждают. Поверхности спаиваемых деталей смачивают флюсом, лудят (припоем П200 или П250) и паяют. После пайки остатки флюса удаляют смоченной в спирте или ацетоне ваткой, а паяный шов покрывают защитным лаком. Ну как, понравилось? Могу еще поведать вам о пайке ржавых гвоздей с помощью ацетилсалициловой кислоты. Главное — не дышать во время пайки. Случайно дохнули? Не проблема, занюхайте хлором, и все пройдет! Автор не несет ответственности за последствия, которые влечет за собой выполнение этой рекомендации, а именно за летальный исход. Проще говоря, так делать не надо. (Никогда! — Прим. ред.)

Третий способ, более адекватный (предложен редактором раздела): поверхность детали покрывается тонким слоем минерального масла, а лучше щелочного, после чего зачищается лезвием ножа. Так мы удаляем оксидную пленку. После этого можно паять как обычно — припоем типа ПОС-61. Только возьмите паяльник помощнее.

Как развить скилл?

Будем считать, что базовый набор для пайки — паяльник мощностью 25-40 Вт, канифоль, припой ПОС-61 — у нас есть. Пора переходить к практике. Начинать лучше всего с простых задач (например, спаять два провода). Очень хорошая тренировочная задача — из двенадцати пятисантиметровых отрезков одножильной миллиметровой медной проволоки без изоляции спаять куб, после чего сжать его в кулаке. Если хотя бы одно соединение разошлось, все переделывается, причем с новыми отрезками. Сложность заключается еще и в том, что, кроме паяльника, припоя, канифоли и плоскогубцев с тонкими носиками, использовать ничего нельзя. Данное упражнение развивает несколько практических навыков: умение неподвижно держать детали при спаивании, способность паять быстро, пока медные прутки не прогрелись по всей длине и не начали жечь руки, и выполнять прочные соединения.

После успешного выполнения вышеописанной операции можно переходить к пайке различных схем, постепенно усложняя задачи. Тут дело еще в том, что тупо паять предложенные схемы скучновато (чем дальше, тем сложнее, а многим схемам требуется предварительная настройка, и без знания основ электроники вам не обойтись), а вот понимать, что паяешь и какие процессы в собранном аппарате происходят, гораздо интереснее.

Вот так, товарищи. Владение пальником открывает перед вами невероятные перспективы извращения над high-tech-девайсами! Ну а если серьезно, надеюсь, вам эта статья помогла разобраться в пайке и вы решитесь попробовать все прочитанное на практике. Конструктивную критику, как обычно, отправляйте мне на мыло. Если будет желание, опубликуем более подробное руководство с картинками.

Марки припоев