Pájení – Jak pájet? – Průvodce

Co je správné pájení? Jak se pájení provádí?

Pájení je proces spojování dvou kovových částí trvale a neoddělitelně bez použití fyzické síly. Používá se přitom kovový spoj.

Pájení – krok za krokem

Pojivo by se mělo zahřát na teplotu vyšší, než je teplota tání, ale nižší, než je teplota tání spojovaných součástí, aby během pájení zůstaly spojované součásti v cílovém stavu a pojivo změnilo svůj skupenský stav na kapalný. Teplota pájení by proto měla být rovna teplotě tání pojiva. Vedení napětí mezi dvěma spojovanými součástmi je výsledkem adheze, při níž jsou povrchové vrstvy spojeny bez přítomnosti netrvalých chemických vazeb. Vedení napomáhá také difúze, což je šíření molekul a energie v daném prostředí.

Existují dva typy pájení, které se liší teplotou tání pájky:

• tvrdé pájení zahrnuje zahřátí pájky na teplotu vyšší než 450 stupňů Celsia.
• měkké pájení (pájení za studena) – teplota měkkého pájení je rovna nebo nižší než 450 stupňů Celsia.

Oba typy pájení zvládnou i amatéři. Téměř tekuté pojivo vyplní mezeru mezi oběma spojovanými díly a přilne také k malým pórům na každém dílu. Póry zvětšují kontaktní plochu pojiva, což umožňuje vytvářet velmi pevné spoje. Aby však naše pájka byla právě taková, je třeba dbát mimo jiné na to, aby tavidlokteré očistí spojované povrchy od oxidů a umožní tak vytvoření kovového spoje. Nezapomeňte přizpůsobit metody pájení použitým materiálům!

Co je to pojivo? Principy pájení

Pájecí pojivo se používá k pájení a vyznačuje se složením, které umožňuje jeho zahřátí na správnou teplotu. Před necelými 15 lety byla nejběžnější pájkou směs cínu a olova, ale omezení týkající se tohoto materiálu v roce 2006 vedlo výrobce k používání bezolovnatých pájek. Může se jednat o slitinu pájky s přísadami stříbra, mědi nebo vizmutu, případně i antimonu. Tato pojiva se liší především teplotou tání. Obvykle se však teplota přechodu do kapalného stavu pohybuje mezi 215 a 230 stupni Celsia. V obchodech se prodávají pojiva ve tvaru tyčinek nebo drátů navinutých na cívce.

Drát může být s kanálky plněnými tavidlem. Tavidlo usnadňuje a urychluje proces pájení a zároveň umožňuje vytvářet mnohem pevnější spoje díky průběžnému čištění spojovaných povrchů od oxidů. Zajímavé je, že v obchodech lze nalézt i tekuté tavidlo. Někdy ho potřebujete mnohem více, než je kanálků uvnitř pájky, takže se vyplatí udělat si zásobu malé lahvičky pro případ, že byste potřebovali pájku doladit.

Typy páječek – průvodce. Jak používat páječku?

Na trhu existuje mnoho typů páječek. Jednotlivé modely se liší především konstrukcí, způsobem použití a komfortem obsluhy a také způsobem vyzařování tepla. Mezi nejdůležitější modely, které se prosadily nejen v elektronice, patří např:

• Odporové (topné) pájky. V tuto chvíli je nejčastěji používaným typem páječky pro robotiku, obvykle ve formě tzv. pájecí stanice obsahující lehkou baňku (konečnou součást páječky) a napájecí zdroj, který není třeba zvedat. Pájecí stanice odporového typu se tak vyznačují velmi vysokou přesností díky lehké a ergonomicky navržené baňce a zároveň snadným používáním a nastavením teploty.
• Transformátorové páječky jsou předchůdkyněmi odporových páječek a liší se od nich především způsobem generování energie. V této variantě je za ni zodpovědný masivní transformátor, který generuje velké množství energie, jež proudí přes drát, který je zároveň pájecím hrotem. Velmi vysoká hmotnost a nízká přesnost jsou hlavními nevýhodami této konstrukce. Z výhod je třeba zmínit několik nastavení výkonu a poměrně vysokou životnost při krátké době potřebné k zahřátí hrotu.
• Horkovzdušné páječky (horkovzdušné stanice) jsou vysoce přesnou variantou tohoto elektronického zařízení, která spočívá v pájení vzduchem při teplotě dostatečné k roztavení spoje. Teplota vzduchu je v případě tohoto modelu zvyšována elektrickým ohřívačem. Toto zařízení je vynikající pro odpájení a při montáži SMD, ale mnohem méně pro samotné pájení.

Proces pájení za studena

Během procesu pájení se můžeme setkat s mnoha nástrahami, které vedou ke zmaření našeho úsilí. Častým problémem pro ty, kteří začínají s pájením, je vznik studené pájky, známé také jako studený kontakt. Tato situace vždy souvisí s nedostatečně dobře provedeným pájecím procesem, takže se jí lze vyhnout tím, že věnujeme více času učení.

Základní podmínkou, která musí být při pájení splněna, je mimo jiné difúze, což je přenos molekul nebo energie v daném prostředí. Se studenou pájkou se setkáváme tehdy, když je pájka během pájení roztavena páječkou, a nikoliv zahřátými spojovanými součástkami. V této situaci nedochází k procesu difúze, ale pouze k adhezi, tj. k “přilepení” dvou součástek k sobě. Trvanlivé a pevné spoje bez rizika studené pájky vznikají pouze tehdy, pokud jsou jak samotný pájecí hrot, tak i ostatní pájené součásti zahřáty na teplotu vyšší, než je teplota tání pájky. Pak jsou splněny dvě podmínky pro správné pájení – přilnavost a difúze. Studené pájení může být také důsledkem nepoužití tavidla nebo použití příliš malého množství tavidla. Na pájených plochách vzniká vrstva oxidu, která působí jako bariéra pro pájku a ovlivňuje tak pevnost spoje.

Parametry dobré pájecí stanice

Každá páječka a pájecí stanice se liší v řadě parametrů, které je vhodné při nákupu zvážit. Záleží především na nich, jak snadno se práce provádí, jak je přesná a bez pocitu únavy. Je také dobré vědět, že některé modely jsou pro danou práci zcela nevhodné, zejména pro ty, kteří se robotice věnují profesionálně nebo amatérsky.

Je velmi důležité vybrat si páječku ve formě stanice. Pouze takový model zajistí snadné používání a plný komfort práce i při mnohahodinových seancích pájení součástek vyžadujících velkou přesnost. Stanice je oddělená, takže v ruce držíte pouze baňku s pájecím hrotem, zatímco ve stanici vedle ní je uložen veškerý zbytek elektroniky.

• Výkon páječky je zdaleka nejdůležitějším parametrem ovlivňujícím výběr konkrétního modelu. Příliš malý výkon odporové páječky znamená, že trvá až 30 minut, než se zahřeje pájecí hrot, což v extrémních případech vyžaduje zapnutí páječky před zahájením jakékoli práce. Dalším důsledkem příliš malého výkonu je snížení teploty pájecího hrotu během procesu pájení. Pájení malých rezistorů nebude vůbec problém, ale problémy začnou při pájení konektorů, protože přístroj nebude schopen zajistit správnou teplotu pro danou práci.
• Hrot je stejně důležitý a měla by mu být věnována velká pozornost, protože na něm může záviset úspěch pájení. Pájecí hrot je poslední součástí pájky, ke které výrobci nejlevnějších zařízení často přistupují příliš genericky, v důsledku čehož se velmi rychle opotřebovává v důsledku ztráty tvaru a vlastností. Poškozený pájecí hrot bude třeba vyměnit již po několika pájecích seancích, zatímco hrot ze stanice renomovaného výrobce bude schopen pokračovat v práci mnohem delší dobu.
• Velkou pozornost je třeba věnovat také komfortu používání. Rukojeť by měla být lehká a dobře padnout do ruky, zároveň by se neměla příliš rychle zahřívat. Je třeba si uvědomit, že ti, kteří se zabývají robotikou, často tráví pájením mnoho hodin.

Jak pájet – krok za krokem

Proces pájení popsaný v této příručce je použitelný pouze pro spotřební elektroniku, takže všechny informace zde obsažené se týkají měkkého pájení – do 450 stupňů Celsia. Je však třeba vědět, že pájení elektroniky probíhá při mnohem nižší teplotě, která obvykle nepřesahuje 250 stupňů Celsia. Pájení je poměrně snadný proces, který však vyžaduje zkušenosti a vysokou přesnost, a to i od pokročilých a profesionálních konstruktérů. Každý pohyb musí být jistý a pevný, ale zároveň také relativně klidný a pomalý. Většina amatérských páječů se dopouští dvou základních chyb, které mohou ovlivnit trvanlivost díla a jeho bezpečnost. Patří mezi ně manipulace roztaveným cínem na pájecím hrotu a spěch při práci.

Pájení začíná přiložením hrotu páječky k pájeným součástkám. Hrot nepřikládáme k pájce, ale k součástkám, které chceme spojit, čímž se účinně zvýší jejich teplota. Mnoho lidí chápe první krok naprosto nesprávně a začíná svou práci zahřátím kousku cínu, který se usadí na hrotu naší páječky, načež jej přenesou na pájenou součástku. To je obrovská chyba a činnost, která je zcela v rozporu s uměním.

Druhou fází pájení je pauza, kterou potřebujeme k tomu, aby se povrchy řádně zahřály. Nezapomeňte však, že jde o zahřátí povrchů, nikoli o jejich spálení nadměrným teplem. Díly by měly být horké, ale ne tak horké, aby se poškodily. To by nemělo trvat déle než několik sekund.

Zatímco stále držíme páječku v místě spoje, přejdeme ke konečnému bodu, kde naneseme cín, např. ve formě drátu nebo tyčky, na místo, kde se hrot dotýká pájeného dílu. Teplota hrotu v kombinaci s teplotou svařovaných předmětů pak změní stav skupenství cínu jeho roztavením. Tím se spoj stane pevným, odolným a velmi rovnoměrným.

Příslušenství, které stojí za to mít

Vždy a bez ohledu na to, zda se robotice věnujete profesionálně, nebo třeba jako koníčku, byste měli mít dobře vybavenou dílnu. Nedostatek nářadí může mít mimo jiné za následek nekvalitně odvedenou práci a podráždění, proto se mu vyplatí za každou cenu vyhnout. Co se vyplatí mít?

• Vytahovač cínu se vám bude hodit kdykoli a kdekoli. Tento nástroj umožňuje extrahovat zahřátou plechovku a má podobu lékařské stříkačky bez jehly. Toto malé příslušenství však funguje na opačném principu, protože po stisknutí tlačítka na horní straně vytvoříte místo přetlaku podtlak, který umožní vtékání roztaveného cínu. Toto malé zařízení se vám bude hodit mimo jiné při čištění obkladů a dlažby.
• Je velmi důležité mít vždy po ruce náhradní lahvičku tavidla. Tato kapalina usnadní pájení a předem připraví povrch součástek, čímž je zbaví mnoha usazenin, například oxidů. Kromě toho tavidlo usnadňuje a urychluje tavení cínu.
• Brýle chrání oči a vyplatí se je používat i při velmi krátkém pájení. Souhra nešťastných událostí může způsobit, že nám kus odříznutého drátu vystřelí směrem k obličeji a v krajním případě poraní oko.
• Štípací kleště jsou nezbytné pro odřezávání patek pájených součástek a vyplatí se je mít vždy po ruce.
  Stejně tak šroubováky a šroubováky mnoha velikostí.
  Zabírají velmi málo místa a někdy se ukáží jako naprosto nezbytné.

Co je třetí ruka?

Příslušenstvím, které stojí za to popsat mnohem podrobněji než výše uvedené, je rozhodně univerzální rukojeť běžně označovaná také jako třetí ruka. Tento držák je vybaven dvěma krokodýly a velkou lupou. Tato položka je ve většině případů nepostradatelná. Usnadňuje proces pájení a poskytuje obsluze páječky velký komfort.

Při pájení držíme páječku jednou rukou za baňku a druhou rukou přidržujeme cín.
Jinými slovy – chybí nám ruka, kterou bychom pájené díly přidržovali, což většině lidí, kteří se pájení věnují příležitostně, způsobuje velké podráždění.
Pájenou desku zahákneme za dva krokodýly (případně za jeden) a pak začneme pracovat v pohodlné poloze.
Úhel můžeme nastavit prakticky podle libosti a získáme tak vynikající viditelnost a snadný přístup ke všem částem pájeného komponentu.

Stejně důležitá je i lupa.
Navzdory tomu, co si možná myslíte, není lupa pouze doplňkem pro starší lidi, kteří mají problémy se zrakem.
Mnoho hodin pájení může způsobit rychlou únavu očí a problémy s akomodací.
To znamená, že tyto problémy mají i mladší stavitelé, u nichž se v určitém okamžiku projeví akutně a mohou vyústit v nutnost nosit brýle.
Lupa je proti tomu výbornou ochranou.

Na čem si procvičit pájení?
Co lze pájet?

Učit se pájení praxí je vždy praktické a umožňuje vám rychle se v této činnosti zdokonalit, aniž byste zbytečně poškodili dobré desky plošných spojů.
Jedná se o výukové desky plošných spojů.
Cvičné modely jsou vyrobeny na umělecké a velmi kvalitní úrovni, takže se podobají deskám plošných spojů hojně používaným v robotice.

Druhým nezbytným vybavením pro výuku pájení je samotná páječka.
Pro účely školení byste měli vždy používat profesionální páječku, nejlépe takovou, kterou budete používat již po našem kurzu.
Mnoho lidí se mylně domnívá, že školení by se mělo provádět na jednoduché a levné transformátorové pájce.
Pravda je však taková, že si tímto tréninkem vytvoříte určité návyky, které si přenesete i do práce s odporovou páječkou.

Desky s plošnými spoji a jejich vlastnosti – pájení vodičů

Desky s plošnými spoji (PCB) fungují na podobném principu jako kontaktní desky. U kontaktních desek se totiž pro vytvoření elektrického zařízení muselo vytvořit elektrické spojení pomocí desek a vodičů. U desek s plošnými spoji jsou veškerá spojení mezi kontakty natištěna (což napodobuje plechy a dráty), takže není třeba je znovu propojovat. To má velký význam ve spotřební elektronice a robotice. Spojování volných vodičů a používání velkého množství mechanických součástek k tomuto účelu se neprojevuje v trvanlivosti a bezpečnosti daných zařízení.

Při konstrukci desky plošných spojů je třeba rozlišovat mimo jiné vrstvu TOP (horní vrstva součástek) a popisovou vrstvu ve formě potisků nanesených na desku. Celá deska plošných spojů je vyrobena z pájeného sklo-epoxidového laminátu, který má obvykle tloušťku 1 až 3 mm. Laminát je nevodivý a mimořádně odolný proti fyzickému poškození. Na druhé straně desky najdeme vrstvu kolejí, tj. spojů z mědi. Místa určená k pájení (pady) jsou pokryta velmi tenkou vrstvou cínu, nanesenou procesem zvaným cínování. U dražších modelů výrobci na plošky nanášejí také pozlacení, aby byly praktičtější.