FAQ инструменты для моддинга (паяльники)

Часть первая. Выбор паяльника для моддера.

Когда говорят про инструмент для моддера, первым делом обычно подразумевают Дремель. Но есть еще один не менее важный и нужный в нашем деле инструмент без которого не обходиться практически ни один моддинг проект. Речь идет о паяльнике.

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 производиться специальным инструментом, который и 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 по  выбору паяльника и по различным технологическим проблемам собственно пайки.

Итак перейдем к проблеме выбора паяльника. Этот выбор зависит от того, какие детали будут подвергаться пайке. При моддинге обычно встают задачи удлинить провода, припаять провода к светодиодам, спаять простейшую схему регулятора оборотов вентиляторов или изменения  яркости ламп подсветки. 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

паяльник обычный

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 приходиться 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.

Если же встает задача пайки массивных деталей, например соединения медных трубок в системе водяного охлаждения, пайки радиаторов, корпусов – то тогда потребуется более мощный паяльник на 100-200 ватт мощности. Например, такую конструкцию обычным паяльником не спаять. Тут потребовался «топорик» мощностью 200Вт.

самодельный ватер

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.

паяльная станция

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 паяльника. 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 «ноавороченные» паяльные станции оснащенные целым арсеналом всевозможного инструмента, который может пригодиться для создания и ремонта электронной аппаратуры. Цена такого комплекта может достигать не одной тысячи долларов.

Продвинутая паяльная станция

Взгляните на современную плату (например на материнскую плату компьютера) Первое что броситься 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.

пример платы с SMD монтажем

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.

Термовоздушная паяльная станция

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 моддингом, 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 пластмассовые детали. С его помощью можно удалять старую краску с металлических деталей. Так что спектр применения такого оборудования далеко не ограничен задачами пайки проводов и радиодеталей.

термовоздушная станция + паяльник

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.

газовый паяльник

Таким паяльником можно производить пайку в тех местах где невозможно найти розетку для подключения электрического паяльника. К  тому же, сняв жало,  его можно использовать и как высокотемпературную газовую горелку с температурой пламени выше 1000с*.  Для повседневной пайки он не сильно пригоден, но иногда может быть весьма полезен.

Часть вторая – 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 производиться 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 0.5мм (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 проволки толщиной 1-2мм. 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.

катушка припоя

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.

Для пайки электронных схем лучше всего применять жидкие флюсы.

Важно! 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 производиться 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. Для нанесения жидкого флюса можно воспользоваться кисточкой, ватной палочкой или просто спичкой, но удобнее пользоваться так называемым «флюсапликатором».

Важно! 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.

флюс и апликатор

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.

флюс-гель

Еще для пайки потребуются такие инструменты 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 понадобиться скальпель или канцелярский нож и пинцет. Очень полезной бывает в хозяйстве радиолюбителя и игла от шприца с затупленным кончиком и тонкое шило.

вспомогательный инструмент

Часть третья – 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.

скрутка проводов

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

спаянные провода

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.

изоляция термоусадочной трубкой

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

подготовка к пайке сетевого разъема

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

пропаянный разъем

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 системного блока. Поэтому при распайке сетевых разъемов и проводов качеству пайки и изоляции надо уделять особое внимание.

изолированный разъем

Часто в моддинге применяется подсветка при помощи светодиодов. Пайку светодиодов надо производить с особой аккуратностью. 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.

припаянный светодиод

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

изоляция ножек светодиода

Несколько слов о замене обычных компонентов на платах. Под обычными компонентами я подразумеваю такие, которые имеют проволочные ножки и впаиваются в отверстия на плате. Обычно отпаять такой компонент (особенно если это конденсатор, резистор или транзистор имеющий 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.

прочистка отверстия

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.

отпаивание микросхемы

Если делать так называемый вольтмодинг или производить ремонт компьютерных плат встает задача пайки так называемых SMD компонентов. 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 SMD горячим воздухом

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 ложиться кусочек припоя.

подготовка к пайке

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

разогрев элемента

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.

очистка площадок при помощи оплетки

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).

пайка элемента

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 производиться 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.

припаянная микросхема

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.

удаление излишков

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

припаянная микросхема

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 понадобиться, 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.  http://www.ersa.ru/
Успехов в работе и поменьше загубленных устройств во время проведения их моддинга.