Pájení

Pájení slouží k elektricky vodivému a mechanicky pevnému spojení kovů. Pro modelářské účely se téměř výhradně používá tzv. měkké pájení slitinami cínu za teplot nepřesahujících 300°C. Je k němu zapotřebí páječka – zařízení pro ohřev spoje, většinou elektrická, nebo plynová, dále pájka – slitina cínu, materiál, jenž tvoří nový spoj a tavidlo – podpůrný prostředek k lepšímu přilnutí pájky ke spojovanému materiálu a k zamezení oxidace. (kalafuna, pájecí kyselina atd.)Pro úspěšné pájení, kvalitní a trvanlivý spoj, je zapotřebí splnit pár důležitých zásad. Mimo jistou manuální zručnost modeláře, která se získá jedině dostatečným cvikem, věnujte pozornost těmto podmínkám:

Vhodné zázemí

Dobře větraný prostor, nehořlavá podložka odolná kapajícímu cínu a prskajícím kapkám tavidla, vhodný stojan pro bezpečné uložení horké páječky, pinzeta nebo kleště pro přidržení horkých součástí, případně stojánek s přidržovacími klipy nebo malý svěráček a také vodou navlhčená houbička či hadřík pro očištění pájecího hrotu. Hodláte-li demontovat připájené elektronické součástky s více vývody z plošných spojů apod., bude se hodit i odsávačka cínu – jednoduché mechanické zařízení na podtlakové „vycucnutí“ cínu ze spoje. Je možno nahradit tzv. licnou – pásek spletený z jemných měděných drátků, které cín dokážou také navázat na sebe.

Páječka

Páječku volíme pokud možno s ohledem na velikost pájených součástí a spojů.

Hrotová páječka nebo pájecí stanice často s regulací teploty je vhodná na menší spoje a součástky v elektrotechnice, plošné spoje apod. Její výhoda je v široké nabídce tvarů hrotů a v nastavitelné teplotě, což je důležité pro ochranu citlivých elektronických komponent. Dá se tedy použít i na spoje na velmi malém prostoru. Nevýhoda je v nízkém výkonu, takže zpravidla nestačí na dostatečné prohřátí plechů a jiných objemnějších dílců a také musíme čekat delší dobu, než dosáhne provozní teploty. Dají se však sehnat i větší výkonné levnější typy bez regulace.

Pistolová páječka je vcelku univerzálně použitelná, avšak nevhodná na malé spoje SMD a součástky citlivé na přehřátí či statickou elektřinu. Výkon kolem 100W stačí i na středně velké plechové díly, vodiče od průměru 1mm a jiné větší spoje. Hovoří pro ni i nízká cena, a téměř okamžitě je připravena k práci, proto ji najdeme téměř u každého modeláře. Jako příslušenství budete potřebovat i pájecí očka / smyčky. To je obyčejný měděný drát, někdy s povlakem jiných kovů. Pokud si je děláte sami, dejte pozor na izolační lak, který bývá na vodičích transformátorů či elektromotorů, ten je třeba odstranit jak na očkách u šroubků, tak na hrotu.

Pájecí hroty a smyčky udržujte vždy čisté, před prvním použitím hrot namočte do kalafuny či pájecí kyseliny a pocínujte. Přebytečný cín otřete houbičkou. Vydrží pak déle a bude se s ním lépe pracovat. Používáním bude ubývat materiál z hrotu. Důlků u hrotové páječky se zbavíte přebroušením do požadovaného tvaru tak, aby prohlubně zmizely. U opotřebených, na hrotu zeslabených pájecích smyček je nutná výměna, tu neodkládejte na poslední chvíli, protože při přepálení smyčky prochází pájenými součástmi vysoký proud, který by je mohl poškodit!

Tavidla

Podporují roztékání a smáčivost pájky s povrchem pájeného materiálu a zabraňují oxidaci spoje. Nejběžnějším tavidlem je kalafuna. Ta už bývá součástí nejpoužívanější trubičkové pájky. Tavidel existuje mnoho druhů dle aplikace a pájených materiálů. Můžete tak koupit tavidla pro nikl, hliník, nerez, atd.

Pájka

Je slitina cínu a dalších kovů, které určují její vlastnosti, pevnost spoje a bod tání. Obsah prvků je uveden na obalu chemickou značkou a procentem obsahu, např. Sn63Pb37 je osvědčená slitina 63 % cínu s 37 % olova. Její teplota tání je 183 °C a pro ruční pájení se dodává ve formě dutého drátu plněného kalafunou. Setkat se můžete i s vícesložkovou pájkou s příměsí mědi, stříbra, antimonu aj. Ty mají většinou vyšší bod tání. Dále se používají slitiny Pb+Sn+Cd+Bi s teplotou tání 65-100°C. Jsou označovány jako Fieldův kov, Roseův kov a jiné. Hodí se pro výrobu forem a modelů.

Obvyklé olovnaté slitiny a jejich využití:

Sn25Pb75 až Sn33Pb67 – tzv. pájecí olovo pro klempířské práce

Sn40Pb60 až Sn50Pb50 – pájení mosazi a jiných barevných kovů

Sn60Pb40 až Sn63Pb37 – pájení v elektronice

Sn90Pb10 – použití v potravinářství k pocínování povrchů forem a strojů

Bezolovnaté pájky

Podle nařízení EU je však od 1. 7. 2006 zakázán prodej zařízení s obsahem nebezpečných látek, tedy i olovnatých pájek. Výjimku mají pouze některé aplikace ve zdravotnictví, automobilovém, leteckém, kosmickém a zbrojařském průmyslu. Výjimky jsou nutné mimo jiné proto, že bezolovnaté pájené spoje přinesly řadu zatím nevyřešených problémů a drastický pokles kvality a spolehlivosti výrobků. Problematika je velmi rozsáhlá, proto uvedu jen krátký přehled, o čem to celé je.

Bezolovnaté pájky mají oproti olovnatým zhruba o 40°C vyšší teplotu tání, což vede k poškozování součástek i desek plošných spojů a navíc k vyšší oxidaci spoje. Proto se průmyslově bezolovem pájí většinou v dusíkové ochranné atmosféře. Dále mají horší smáčivost (hůře chytají na povrch), spoj není tak pevný ani vzhledný, což se průmyslově řeší buď chemickým vícevrstvým pokovením, nebo galvanickým zlacením desek plošných spojů. To vše je v domácích podmínkách nemožné. I přes toto všechno nedosahuje spolehlivost spojů kvality olovnaté pájky viz graf:

Spoje nejvíce ohrožuje mechanické namáhání (vibrace a vnitřní pnutí při změnách teploty). Proto byly zkoušeny opakovanými cykly střídání teploty. Z výsledků je zřejmé, že průmyslově často používaná pájka SnZn9 vykazuje vysokou zmetkovitost již po několika cyklech. Objevily se zajímavé finty, jak „opravit“ vadné například grafické karty do PC. Prý dočasně pomáhá zahřátí „rozpečení“ karty v obyčejné troubě, kde se spoje zase na určitý čas zprovozní :o)

Nicméně žádná bezolovnatá pájka ani zdaleka nedosahuje spolehlivosti obyčejné levné olovnaté Sn63Pb37, která ztratí kontakt 15% spojů až po tisíci cyklech…

Dost už teorie, pojďme si popálit prsty :o))

Postup

Před samotným pájením je třeba důkladně očistit pájené plochy i pájecí hrot. Pokud je povrch zestárlý a zoxidovaný, je vhodné ho přebrousit jemným smirkem. Dále si musíme spojované součásti pevně zafixovat do požadované polohy tak, abyste měli volné ruce pro manipulaci s páječkou a pájkou. Můžete využít různých držáků, klipů, magnetů, svěráčku nebo dřevěných přípravků či kolíčků, nebo spoj omotat tenkým měděným nelakovaným drátkem…

Je výhodné, pokud si pájené dílce nejprve každý samostatně pocínujete. Na díl naneste tavidlo, pak k němu přiložte zahřátý hrot a až je díl prohřátý, přiložte i potřebné množství pájky. Ta se musí dobře rozlít a spojit s povrchem. Ihned potom oddalte páječku a nechte volně vychladnout. Zvykněte si nechladit díl příliš rychle byť jen foukáním, rozdílně rychlým chladnutím materiálu a pájky by vznikly mikrotrhliny a matný, nekvalitní spoj.

Pamatujte také na to, že při pájení musí mít všechny součásti i pájka přibližně stejnou teplotu, větší kus materiálu bude potřebovat mnohem delší dobu na zahřátí, než tenká nožička elektrosoučástky nebo drátek pájky, proto větší díly zahřívejte nejdříve a bez pájky, aby se nepřepálila… Optimální je teplota mezi 230-250°C. Vyšší teplota vede k oxidaci pájky, která pak vytvoří krupičky a nechytá k povrchu a rovněž se mohou poškodit přilehlé součástky teplem.

Máme-li připravený spoj a pocínované plochy, postupujeme následovně.

-Naneseme tavidlo na obě součásti i pájecí hrot

-Přiložíme páječku a prohřejeme dílce na teplotu cca 240°C

-Do spoje, nikoli na hrot přidáme potřebné množství pájky

-Oddálíme páječku a necháme volně zchladnout, přitom se dílci nesmí hýbat ani na ně foukat, dobře provedený spoj je lesklý.

Celý proces by měl trvat cca 3-5 vteřin aby nedošlo k přehřátí a oxidaci součástí a pájky. Pokud se za tu dobu dílce neprohřejí, nedojde k dokonalému rozlití a spojení pájky s povrchem. Vznikne takzvaný studený spoj. Pak je vhodné použít výkonnější páječku. Naopak přehřátý spoj ztrácí mechanickou pevnost. Pájky použijte pouze malé množství tak, aby byl spoj vzhledný a vytvořil typický kužel viz obrázek.

Ihned po pájení očistěte ještě horký hrot páječky do vlhké houbičky nebo hadříku.

Pájený spoj s použitím kalafuny jako tavidla se čistit nemusí, kalafuna vytvoří nevodivý korozivzdorný povlak, který není na závadu, nicméně se z estetických důvodů může očistit lihem. Naopak další druhy tavidel korozivně nebo i vodivě působit mohou, a proto se z ploch očistit musí. Jako rozpouštědlo většinou postačí technický benzín, líh, toluen, nebo trichloretylen.

Pájené vývody konektorů, silové vodiče a pohyblivé součásti, u kterých hrozí namáhání ohybem nebo náhodný zkrat o kovové díly v okolí je vhodné ještě dodatečně zaizolovat tepelně smrštitelnou bužírkou. Je běžně k dostání v mnoha barvách a průměrů v prodejnách elektrosoučástek. Práce s ní je snadná, stačí převléknout dostatečně dlouhý kousek přes chráněné místo a pak buď horkovzdušnou pistolí, fénem nebo zapalovačem zahřát. Dejte jen pozor na rovnoměrné zahřívání, aby se bužírka vytvarovala podle podkladu ze všech stran, pozor na přehřátí, dá se celkem snadno usmažit :o) Bužírka má smrštění o cca 15% svého rozměru jak do délky, tak do šířky. Pokud potřebujete smrštit na ještě menší rozměr, musíte při nahřívání bužírku zároveň mírně natahovat…

Možné vady spoje

Přepálený cín

Pájka i některé pájené materiály se vysokou teplotou okysličí (zešedne) a ztratí smáčivost – nebude chytat na materiál. Většinou stačí doplnit tavidlo. Několikanásobně přetavená pájka však do sebe nasbírá nečistoty a příměsi jiných kovů, což ovlivní její vlastnosti. Pak už nemusí být pro pájení vhodná ani za použití dostatečného množství tavidla.

Studený spoj

Studený spoj je výraz pro spoj, který na první pohled vypadá jako pevné spojení obou dílů, ale ve skutečnosti je mechanicky i elektricky nespolehlivý. Minimálně jeden z pájených dílů nedosáhl teploty tavení pájky a ta se na něj přichytila jen zdánlivě.

Přehřátí dílců

U choulostivých součástí může snadno dojít k jejich přehřátí a zničení. Například roztavení plastových konektorů, oddělení měděné folie plošného spoje od podkladu nebo zničení elektronických součástek. U takových je potřeba zvlášť opatrného postupu viz dále:

Pájení citlivých elektronických součástek pistolovou páječkou

Pro pájení citlivých součástek a obvodů je nejvhodnější hrotová páječka s užším plochým hrotem. Lze však nouzově použít i transformátorovou pistolovou páječku. Pak je ale nutné použít chlazení součástek a zamezit elektromagnetickému impulzu. Na chlazení samotného těla součástek postačí vhodné mikrosvorky s plochými čelistmi (nikoli zubaté) které teplo pohltí. Případně k dílu dočasně připevněte plíšek hliníku. Pistolovou páječku zapínejte minimálně 10 cm od pájeného spoje, připájejte spoj, páječku oddalte a teprve potom vypněte opět v dostatečné vzdálenosti od součástek.

Pájení není nic obtížného, chce jen trochu cviku a zkušeností. Jestliže si dáte práci s dobrou přípravou práce a pomůcek, je už jen otázkou času dokonalý, vzhledný a spolehlivý spoj.