Главный инструмент - паяльник!

Паяльник. Как его выбрать и как с ним потом бороться.
В нашем городе обитают не только матерые радиолюбители. Забредают сюда и молодые необстрелянные ребята, впервые взявшие в руки паяльник. Эта статья именно для них, а также для тех, кто паяльник еще в руки не брал, но собирается сделать это в самом ближайшем времени. Как выбрать для себя главный инструмент и что же с ним потом делать – вот в чем вопрос!

↑ Начнем издалека. Что же такое пайка?

Вот что про нее сказано в энциклопедическом словаре: «Это технологическая операция, применяемая для получения неразъёмного механического и электрического соединения деталей из различных материалов. Спаиваемые элементы деталей, а также припой и флюс вводятся в соприкосновение и подвергаются нагреву с температурой выше температуры плавления припоя, но ниже температуры плавления соединяемых деталей. В результате, припой переходит в жидкое состояние и смачивает поверхности деталей. После этого нагрев прекращается, и припой переходит в твёрдую фазу, образуя соединение. Нагрев деталей и припоя производится специальным инструментом, который называется паяльником.
В зависимости от типа деталей, которые подвергаются соединению, требуемой прочности соединения, применяют различные типы паяльников и различные типы припоев и флюса».

Разумеется, всем понятно, что для пайки радиатора водяного охлаждения автомобиля и для ремонта сотового телефона потребуются различные типы паяльников. На написание этой статьи меня толкнуло довольно большое число вопросов, которые мне задавали в различных форумах и при личном общении по выбору паяльника и по различным технологическим проблемам пайки.

↑ Итак перейдем к проблеме выбора паяльника

Этот выбор зависит от того, какие детали будут подвергаться пайке. Чаще всего в быту встают задачи удлинить провода, припаять разъемы к антенному или акустическому кабелю или к сетевому разъему, спаять несложную схему из обычных деталей. Для всех этих работ вполне будет достаточно обычного паяльника на напряжение 220 Вольт и мощностью от 25 до 40 ватт. Примерно такого как показан на рисунке.



Достоинства такого паяльника — доступная цена. Купить его можно за 30-100 рублей практически в любом хозяйственном магазине. Недостатки — нет возможности регулировки температуры, жало перегревается, окисляется и обгорает, поэтому его постоянно приходится чистить и периодически затачивать. В следствии этого, срок службы такого паяльника (особенно при интенсивном ежедневном использовании) невелик. К перегретому жалу плохо прилипает припой, есть возможность повредить чувствительные к нагреву детали во время пайки. Особенно это касается светодиодов, транзисторов в пластмассовых корпусах и т.п. Еще одна проблема, которая существует у паяльников подключаемых непосредственно к сети 220 Вольт — это зачастую плохая изоляция между жалом паяльника и питающей сетью. Таким паяльником легко повредить чувствительные к статическому электричеству элементы. Но как я уже говорил, для простейших работ для начинающих он вполне подходит. Бороться с перегревом у такого паяльника достаточно просто. Идем в магазин электротоваров (как правило в тот же самый, где и покупался этот паяльник) и покупаем небольшую (размером с обычный выключатель) коробочку светорегулятора. Ее еще очень часто называют модным буржуйским словом Диммер. Еще нам понадобится сетевой провод с вилкой на конце и розетка для открытой проводки. На небольшую фанерку закрепляем диммер, и розетку. Подключаем сетевой провод согласно инструкции для диммера. В розетку мы будем включать наш паяльник, а светорегулятор у нас превратится в регулятор температуры паяльного жала. Можно воспользоваться термопарой, идущей в комплекте с дешевым китайским цифровым тестером и маркером примерно отградуировать положения регулятора диммера в соответствии с температурой паяльника. Паять таким модифицированным паяльником становится намного удобнее, а дополнительные затраты не превысят 200 рублей.

Если же встает задача пайки массивных деталей, например соединения медных трубок в системе водяного охлаждения вашего компьютера, пайки радиаторов, корпусов или акустических проводов Хай-Энд класса сечением с буксировочный трос от Белаза — то тогда потребуется более мощный паяльник на 100-200 ватт мощности. Например, такую конструкцию (а это теплообменник системы водяного охлаждения на видеокарте) обычным паяльником не спаять. Тут потребовался «топорик» мощностью 200 Вт.

↑ Паяльные станции

Вас интересует радиотехника? Вы решили, что пайкой будете заниматься регулярно? Тогда имеет смысл задуматься о приобретении паяльной станции. Преимущества перед простейшим паяльником очевидны. Во-первых, в паяльных станциях используются низковольтные паяльники, которые подключены к сети через понижающий трансформатор. Это резко уменьшает наводки возникающие на жале паяльника и практически сводит на нет риск повреждения статическим электричеством чувствительных деталей. Во-вторых, паяльные станции имеют систему регулировки и поддержания температуры жала на определенном уровне. Такой паяльник не перегреет детали или плату. Паяльники, которыми комплектуются паяльные станции обычно имеют возможность смены жала. Поэтому с разными насадками такой паяльник можно использовать как для пайки толстых проводов, так и для миниатюрных деталей.



Жало таких паяльников, как правило, покрыто специальным защитным слоем, предотвращающим его окисление и существенно продлевающим срок службы паяльника. В комплекте с паяльной станцией всегда идет удобная подставка под паяльник — вещь весьма необходимая особенно при частом использовании. Немаловажное преимущество паяльной станции — это малое время разогрева до рабочей температуры. В большинстве случаев пайку можно начинать меньше чем через минуту после включения. За такой набор удобств, однако, приходиться платить. Самые простые и дешевые модели можно приобрести за сумму в 700-800руб. Но есть и очень «навороченные» паяльные станции оснащенные целым арсеналом всевозможного инструмента, который может пригодиться для создания и ремонта электронной аппаратуры. Цена такого комплекта от известного производителя, типа американской фирмы Pace может достигать не одной тысячи долларов.

↑ SMD

Взгляните на современную плату (например, на материнскую плату компьютера). Первое, что бросится в глаза — огромное количество мелких деталей припаянных непосредственно на поверхность платы. Сейчас повсеместно используется так называемый поверхностный монтаж элементов. Другие названия поверхностного монтажа: наплатный, планарный, SMD-монтаж (Surface-Mount Device — элемент для поверхностного монтажа). Компоненты, которые используются для поверхностного монтажа, называют SMD-компонентами.



Возникает резонный вопрос, каким образом паять такие элементы? В заводских условиях все эти элементы припаиваются групповым методом — плату с установленными на ней деталями помещают в специальную печь и нагревают до температуры плавления припоя. Для ремонта таких плат или изготовления своих схем по такой технологии применяют так называемые «Термовоздушные паяльные станции». Принцип работы такого паяльника абсолютно аналогичен работе обычного фена для сушки волос. Разница только в температуре воздуха который выходит из наконечника фена.



Такие паяльные станции позволяют регулировать температуру воздуха на выходе от 100 до 450-500с*, так же есть возможность регулировки воздушного потока. Сейчас получили распространение комбинированные паяльные станции, где в одном корпусе помещается как термовоздушный паяльник, так и обычный. Такой паяльный агрегат позволяет провести ремонт практически любой электронной схемы с любым типом применяемых деталей. Цены тоже вполне доступны. Такую паяльную станцию начального уровня можно приобрести 2,5 — 3 тысячи рублей. Людям, всерьез решившим заняться ремонтом и изготовлением электронных схем, я бы порекомендовал именно такой вариант паяльника. Кроме пайки электронных компонентов феном паяльной станции очень удобно обсаживать термоусадочную трубку. Можно сгибать или сваривать пластмассу . С его помощью можно удалять старую краску с небольших металлических деталей. Так что спектр применения такого оборудования далеко не ограничен задачами пайки проводов и радиодеталей.

↑ Газовые паяльники

Разновидности паяльников не ограничиваются вышеперечисленными типами. Например, существуют газовые паяльники. В этих паяльниках разогрев жала осуществляется не электрическим током, а пламенем небольшой газовой горелки. Заправляется он обычным газом, применяемым в газовых зажигалках. Например на фотографии изображен газовый паяльник Pyropen произведенный немецкой фирмой Weller. Такой паяльник может работать вдалеке от источников тока. Например, если Вам надо припаять кабель к антенне на крыше дома или произвести починку электрооборудования или радиатора автомобиля в долгой дороге. Если снять с этого паяльника жало, то он превращается в портативную газовую горелку, которая дает пламя температурой близкой к 1000 градусов. Такой горелкой можно паять небольшие детали с применением твердых высокотемпературных припоев, которые «не по зубам» обычным паяльникам.



Для частой повседневной пайки такой паяльник, однако, не годится. Разоритесь на газе, да и фирменное изделие имеет ценник с тремя нулями. Когда возникнет необходимость паять вдали от электричества такой автономный газовый паяльник легко сделать самостоятельно. Наверняка многие видели в продаже недорогие (по цене 50 – 100 рублей) китайские газовые горелки. Такая горелка вполне может послужить основой для самодельного газового паяльника, который справится со своей задачей ничуть не хуже фирменного собрата. Кроме газовой горелки потребуется еще медное жало от обычного паяльника (смотри второй рисунок), латунная или стальная гайка М6 или М8 – в зависимости от толщины применяемого жала, три велосипедных спицы и винтовой хомут для водопроводного шланга.
Технология изготовления простая. На торце паяльного жала нарезается резьба под имеющуюся в наличии гайку. Затем. в трех боковых гранях гайки сверлятся отверстия диаметром 2.2мм, в них нарезается резьба М3. Сверлить латунную или бронзовую гайку и нарезать в ней резьбу гораздо легче чем в стальной. Гайка накручивается на паяльное жало, а в боковые грани гайки вкручиваем кончики велосипедных спиц. Если нет под рукой велосипедных спиц – подойдут любые стальные шпильки диаметром 3 мм, на концах которых тоже нарезаем резьбу М3. Остается загнуть спицы под углом 90 градусов и с помощью винтового хомута закрепить на газовой горелке. Вот так вот выглядит готовая конструкция, которую несложно сделать за полчаса с перекурами. Паяльник получается довольно мощный. Если использовать жало толщиной 8.5мм то таким паяльником легко запаять прохудившийся радиатор автомобиля или произвести починку электропроводки в машине. Рекомендую автолюбителям сделать и возить в машине вместе с остальным инструментом.

↑ Вспомогательный инструмент и материалы для пайки

Итак, прочитав первую часть нашей статьи и приняв к сведению приведенные в ней рекомендации, вы приобрели свой паяльник. Теперь вы стали настоящим радиолудителем. Но для пайки одного паяльника недостаточно. Необходимо иметь еще набор вспомогательного инструмента и расходных материалов. В первую очередь это то, чем производится пайка — припой. Разновидностей припоя сейчас выпускается великое множество. Как правило, все они представляют собой разнообразные композиции на основе сплавов олова и свинца с различными легирующими добавками. Различаются они по температуре плавления и твердости. Обычно поставляются в виде проволоки диаметром от 0.5 мм (для самых миниатюрных паяльников и деталей) до прутков толщиной в сантиметр (чтобы паять массивные детали паяльником размером с небольшой туристический топор). Удобнее всего пользоваться припоем в виде проволоки толщиной 1-2 мм. Как правило такой припой представляет собой не просто проволоку, а идет в виде тонкой трубочки внутренность которой заполнена флюсом для лучшего смачивания жала паяльника и припаиваемых деталей.

↑ Несколько слов про флюс

Флюс — это вспомогательный материал, который призван во время пайки удалять оксидную пленку с деталей, подвергаемых пайке и обеспечивать хорошее смачивание поверхности детали жидким припоем. Самый распространенный вид флюса это канифоль — продукт переработки сосновой смолы. Ее нетрудно найти в любом хозяйственном магазине, применяется она для пайки деталей из меди и медных сплавов. Недостатков у нее как у флюса немало. При пайке с канифолью образуется много дыма. На плате после пайки остаются подтеки расплавленной канифоли, которые потом приходиться смывать, применяя спирт или бензин. Обычно канифолью пользуются, если только надо спаять пару толстых проводов. Еще иногда пользуются паяльной кислотой. Ее применение целесообразно только тогда, когда надо паять детали из железа. После пайки детали обязательно надо промывать большим количеством воды и тщательно сушить, иначе, остатки кислоты могут вызвать коррозию и разрушение паянных деталей и нарушение электрического контакта. Если под руками нет паяльной кислоты, а надо срочно облудить и припаять железную или сильно окислившуюся медную, или латунную деталь то вас спасет таблетка аспирина – это ацетилсалициловая кислота, которая во многих случаях с успехом может заменить хлористый цинк.

Для пайки электронных схем лучше всего применять жидкие флюсы. Простейший жидкий флюс можно приготовить растворив канифоль в спирту. На 10 частей спирта берется 1 часть канифоли (по весу). Несколько капель такого флюса наносится непосредственно перед пайкой на соединяемые детали и производится пайка. Остатки флюса потом смываются спиртом.

Cейчас выпускается большое количество разнообразных так называемых «безотмывочных» флюсов, как жидких так и в виде полужидкого геля. Особенность их такова, что они не содержат компонентов вызывающих окисление и коррозию соединяемых деталей, не проводят электрический ток и не требуют промывки платы после пайки. Хотя все равно лучше после завершения пайки удалять с припаянных деталей все остатки флюса. Для нанесения жидкого флюса можно воспользоваться кисточкой, ватной палочкой или просто спичкой, но удобнее пользоваться так называемым «флюсапликатором». Можно попробовать купить фирменный стоимостью примерно 20-30$ но куда проще и дешевле сделать его самому. Для этого потребуется кусочек силиконового или резинового шланга с внутренним диаметром 5-6 мм и одноразовый медицинский шприц. Шприц разрезается на 2 части и обе части вставляются в резиновую трубку. Иголка слегка укорачивается, ее можно для удобства пользования слегка изогнуть. На рисунке показан такой самодельный апликатор. Слегка нажимая на шланг выдавливаем из кончика капельку флюса на припаиваемые детали и производим пайку. При хранении, чтобы не засыхала иголка внутрь нее можно вставлять тонкую проволоку.



Так же удобно пользоваться флюсом в виде геля или пасты. Для его нанесения тоже можно воспользоваться одноразовым шприцем, только из за его густоты иголку шприцевую придется взять потолще.

↑ Кусачки

Еще для пайки потребуются такой инструмент как кусачки. Не пользуйтесь маникюрными кусачками, они предназначены для резки мягких ногтей и перекусывание проводов и выводов радиоэлементов быстро выведет их из строя, и вызовет справедливый гнев вашей мамы, подруги или жены. Еще понадобится скальпель или канцелярский нож и пинцет. Очень полезной бывает в хозяйстве радиолюбителя и игла от шприца с затупленным кончиком и тонкое шило. По мере приобретения опыта в ремонте и изготовлении электронных схем этот ваш арсенал будет постепенно расширяться и модифицироваться.

↑ Начинаем паять

Паяльник приобретен, инструменты и необходимые материалы готовы. Вы удобно разместились за столом в хорошо освещенном и хорошо проветриваемом помещении. Паяльник расположился на удобной подставке, предотвращающей его случайное падение, все легковоспламеняющиеся материалы и жидкости убраны от него подальше. Можно включить его в розетку и начинать.

Для начала несколько простейших правил, соблюдение которых позволит вам получить качественную пайку. Поверхности перед пайкой должны быть тщательно зачищены до блеска. Чтобы получить качественную и надежную пайку соединяемые детали должны перед пайкой иметь хороший механический контакт друг с другом. Во время пайки, соединяемые детали необходимо прогреть до температуры плавления припоя, чтобы он равномерно растекался по поверхности. Например, возникла необходимость соединения двух проводов. Для начала надо зачистить кончики, распушить медные жилки, переплести их и произвести плотную скрутку и нанести на спаиваемый участок несколько капель флюса или выдавить немного флюс-геля.



Затем, взяв на жало паяльника каплю припоя разогреть место пайки так, чтобы припой пропитал скрученные проводники.



Для изоляции места пайки можно применить изоленту, но лучше воспользоваться термоусадочной трубкой, которую надевают поверх соединения и слегка подогревают, чтобы она сжалась и надежно зафиксировалась на месте пайки. Обсаживать трубку удобнее всего горячим воздухом из паяльного или строительного фена. Если такой возможности нет, то трубку можно нагревать над племенем газовой горелки, спиртовки или зажигалки. Но тут надо быть действовать осторожно и не перегреть. Не подносите термоусадочную трубку близко к пламени. Она может закоптиться. Кроме того что это портит внешний вид, осажденная сажа снижает электрическую прочность изоляции.



Вот пример правильной пайки сетевого разъема. Чтобы получить прочное соединение, перед пайкой делаем надежную скрутку проводов на контактных лепестках разъема.



Далее пропаиваются все соединения. Припоя не жалеть, он должен равномерно пропитать скрученные проводники и залить отверстия в контактных лепестках.



Потом надежно изолируем места пайки термоусадочной трубкой. Надеюсь не надо объяснять, сколько бед может наделать отвалившийся от разъема плохо изолированный провод под напряжением 220в внутри вашего усилителя или, например, компьютера. Поэтому при распайке сетевых разъемов и проводов качеству пайки и изоляции надо уделять особое внимание.

↑ Несколько советов по пайке мелких деталей имеющих пластмассовый корпус

Пайку таких деталей надо производить с особой аккуратностью. Возьмем к примеру светодиод. Они сейчас применяются повсеместно в качестве индикаторных элементов или как элементы подсветки. Корпус светодиода сделан из прозрачной пластмассы и при сильном нагреве выводы светодиода могут просто отвалиться или произойдет помутнение прозрачного пластика из которого выполнен светодиод. Паять светодиоды надо на расстоянии не менее 5 мм от корпуса. Вывод между местом пайки и корпусом светодиода надо зажать пинцетом. Пинцет будет отбирать от вывода лишнее тепло, предотвращая перегрев. Время пайки не должно превышать 3-5 секунд.



После пайки выводы светодиода надо надежно изолировать. В таком виде светодиод не страшно размещать в любом месте системного блока не боясь замыкания.



Все эти рекомендации в равной степени относятся и к другим электронным компонентам имеющим пластмассовый корпус, начиная с конденсаторов, кончая транзисторами.

↑ Несколько слов о замене обычных компонентов на платах

Под обычными компонентами я подразумеваю такие, которые имеют проволочные ножки и впаиваются в отверстия на плате. Отпаять такой компонент (особенно если это конденсатор, резистор или транзистор - детали имеющие 2-3 вывода) проблем не составляет. Достаточно прогреть с обратной стороны платы контактные площадки и при помощи пинцета выдернуть элемент из платы. Перед пайкой нового элемента необходимо прочистить от припоя отверстия. Вот тут то и приходит на помощь иголка от шприца. Игла сделана из нержавеющей стали, к которой припой не прилипает. Ею очень удобно прочищать отверстия в печатных платах. Чтобы случайно не повредить металлизацию отверстий в многослойных платах кончик иголки лучше затупить при помощи надфиля или точильного круга.



Что делать, если требуется отпаять деталь имеющую много выводов. Например микросхему с 16 ножками. Вариантов тут несколько. При использовании термовоздушной паяльной станции достаточно просто прогреть до температуры плавления припоя весь участок на котором запаяна микросхема и пинцетом вытащить ее из платы. Можно воспользоваться специальной широкой насадкой на жало паяльника, которая прогревает одновременно сразу все выводы микросхемы. Если же пользоваться обычным паяльником, то тут снова на помощь придет игла. Иголку надевают на торчащий кончик вывода, нагревают паяльником контактную площадку и слегка вращая иглу надевают ее на вывод. Потом дают остыть припою и убирают иглу. Вывод оказывается освобожденным от припоя. Повторив такую операцию несколько раз (по количеству выводов микросхемы) ее можно будет легко снять с платы.



Очень часто встает задача пайки так называемых SMD компонентов. Если раньше они встречались в основном на копьютерных платах, то сейчас поверхностный монтаж можно встретить и в усилителях и в малогабаритных приемниках и другой бытовой технике. Для работы с такими деталями удобнее всего, конечно, воспользоваться горячим воздухом. Термовоздушные паяльные станции как раз и предназначены для такого вида работ. Направляем струю нагретого воздуха на подлежащий замене элемент и после разогрева припоя просто снимаем пинцетом деталь с платы. Температура плавления припоя используемого для поверхностного монтажа как правило лежит в пределах 180-200с* поэтому температуру воздуха на выходе из паяльного фена не рекомендуется делать выше 250-300с* во избежание повреждения элементов.



Пайка таких мелких деталей требует аккуратности, поэтому, прежде чем браться за перепайку рабочей платы, желательно потренироваться на неисправной, подобрав температурный режим фена и напор воздуха (сильный напор может сдуть соседние элементы с платы). Припаивать детали горячим воздухом тоже очень просто. Необходимо положить на предварительно смоченные флюсом контактные площадки припаиваемый элемент и придерживая его иголкой или пинцетом нагреть до расплавления припоя, который надежно зафиксирует деталь.
Что делать, если необходимо произвести пайку SMD компонентов, а под руками нет паяльного фена. Мелкие детали можно паять и обычным паяльником. На подлежащую замене деталь капаем капельку флюса, рядом с ней кладётся кусочек припоя.



Затем паяльником расплавляется припой таким образом, чтобы капелька припоя охватывала оба конца детали. Деталь снимается пинцетом.



Контактные площадки надо очистить от лишнего припоя. В этом нам поможет специальная оплетка для удаления припоя. Она представляет собой сплетенный из тонких медных проводов жгутик. На проводки наносится флюс и прижимается паяльником к месту пайки. Оплетка как губка впитывает расплавленный припой, оставляя на контактных площадках только тончайший слой.



Новый элемент припаять большого труда не составит. Его надо положить на контактные площадки и, набрав на паяльник небольшое количество припоя, прикоснуться к выводам элемента (не забываем перед установкой детали нанести на контактные площадки немного флюса).



Гораздо больше проблем возникает, когда надо припаять микросхему имеющую большое количество близкорасположенных выводов. При помощи паяльной станции операция по пайке занимает несколько минут. Микросхема устанавливается на плату. Выводы тщательно позиционируются на контактных площадках, предварительно покрытых тонким слоем флюса, и сверху горячим воздухом производится нагрев до плавления припоя. Это быстрый и удобный способ пайки. Но и здесь можно обойтись обычным паяльником. Микросхема устанавливается на предварительно зачищенные контактные площадки и тщательно позиционируется. Чтобы во время пайки микросхема не сдвинулась, можно прихватить припоем крайние ножки. Потом пропаиваются все выводы. При использовании обычного паяльника результат будет выглядеть примерно таким образом.



Теперь требуется удалить излишки припоя и устранить перемычки между выводами. Для этой цели опять можно воспользоваться оплеткой для удаления припоя. Оплетка прижимается горячим паяльником к выводам микросхемы. Излишки припоя впитываются в оплетку. Остается только минимальное количество припоя, необходимое для надежного крепления микросхемы к контактным площадкам.



После удаления излишков припоя необходимо внимательно осмотреть выводы микросхемы на предмет отсутствия замыканий (лучше воспользоваться для этого увеличительным стеклом). Пайка выглядит почти как заводская.



Со временем, если не забросите это увлекательное и интересное занятие вы приобретете еще и столь необходимый в любом деле опыт. Сможете самостоятельно решить какой еще дополнительный инструмент вам понадобится, какие расходные материалы лучше использовать. Рекомендую еще зайти на сайт одного из ведущих производителей паяльного оборудования немецкой фирмы Ersa. Там можно найти много интересной информации о новейших технологиях в области пайки, о применяемом оборудовании и о приемах работы с различными видами паяльников. Сайт Ерзы.

P.S. Я ни в коей мере не считаю себя великим гуру в области паяния и информация приведенная в этой небольшой статье ни в коей мере не претендует на истину в последней инстанции. Поэтому дележ своими опытом, всевозможные дополнения и аргументированная критика только приветствуется. Удачи всем в нашем нелегком, но очень интересном деле.

С уважением, искренне ваш, Тимошкин Александр.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации