Lodning Demystificeret: Forståelse af det grundlæggende for at lykkes ved lodning

Lodning er en overraskende let færdighed at tilegne sig, forudsat at du ved, hvad du laver. Sidstnævnte er kritisk, fordi fartøjet involverer manipulation af komponenter, der er vurderet til at modstå maksimalt 250 ° F med et værktøj, der arbejder ved 650 ° F.

Fejlmargenen her er ganske slank, og fejl er ofte katastrofale og dyre, hvilket afholder de fleste begyndere fra at blive ved med at mislykkes først. Dette kan dog helt undgås ved at få det grundlæggende lige i starten.

Læs videre for at lære det grundlæggende ved lodning og skåne dig selv for rædslerne ved forkullet elektronik og ødelagte drømme.

Hvorfor skal du bøje lodning?

På det mest grundlæggende niveau skaber lodning pålidelige elektriske (og følgelig mekaniske) forbindelser mellem ledende metalkomponenter. Dette indebærer binding af et par tråde eller en elektronisk komponent til et printkort (PCB).

De kritiske tænkere blandt jer undrer sig måske over, hvorfor ikke bare sno ledninger sammen eller fastgøre komponenter på printkort ved hjælp af møtrikker og bolte. Der er to hovedproblemer med denne tilgang. Til at begynde med er sådanne forbindelser ikke mekanisk stabile under bevægelse eller vibrationer. For det andet, selvom mekanisk forsvarlige, er befæstelseselementer slet ikke elektrisk stabile.

Vi søgte input fra Dr. Lakshmi Narayan Ramasubramanian fra Institut for materialevidenskab og teknik ved Indian Institute of Technology Delhi, for klarhed om nogle af de mere tekniske aspekter ved lodning.

Følsom elektronik har absolut brug for elektriske forbindelser med lav modstand for at opretholde konsistent ledningsevne i hele produktets levetid. Dette er svært at opnå ved blot at parre komponenter med fastgørelseselementer. Den uundgåelige luftspalte mellem komponenterne i sådanne samlinger fører til oxidation (eller rust for jernholdige metaller), hvilket reducerer elektrisk ledningsevne betydeligt. Disse forhindringer gør lodning uundværlig for lavspændingspræcisionselektronikapplikationer.

Relaterede: Sådan opgraderes din Ender-3 3D-printer

Når du lodder to komponenter, kombineres loddet i sig selv med metallet (normalt kobber) for at danne en helt ny legering. Lodning binder i det væsentlige komponenterne på molekylært niveau og efterlader ingen luftspalte og eliminerer derved muligheden for oxidation. Den ekstra mekaniske stabilitet er en velkommen bonus.

Binding af metaller ved at smelte dem sammen er et risikabelt forslag i betragtning af, hvordan de fleste halvlederkomponenter er vurderet til at fungere ved en maksimal temperatur på 250 ° F. Brug af varme til at smelte ledningerne til en integreret chip med puderne på et printkort er ikke muligt, da kobber smelter ved en øjenvandende 1984 ° F. Du er nødt til at stege komponenten længe, ​​før du etablerer en pålidelig samling.

Det er her loddemidlets unikke sammensætning og termodynamiske egenskaber spiller ind.

Lodde er en eutektisk legering bestående af bly og tin. Den eutektiske bit er vigtig, fordi den tillader legeringen at smelte ved en signifikant lavere temperatur i forhold til dens bestanddele. Mens rent bly og tin smelter ved henholdsvis 620 ° F og 450 ° F, begynder en lodde -legering bestående af disse to metaller blandet i et forhold på 63:37 at strømme ved kun 361 ° F.

Selvom lodning kan virke som om det involverer smeltning af kobbertråde eller komponentledninger på et printkort, fungerer processen i virkeligheden ved at udnytte metalopløsningsmiddelvirkningen af ​​loddemetal. Når varmt loddemateriale indføres i kobberkomponentledningerne, fungerer det som et opløsningsmiddel, der trænger ind og opløser de udsatte kobberoverflader. Denne opløsningsmiddelvirkning smelter dem på molekylært niveau for at danne en helt ny legering i det intermetalliske lag.

Dette fænomen kaldes befugtningshandlingen, og det er absolut kritisk for processen med lodning - det vil sige at omdanne forskellige komponenter til en kontinuerlig og elektrisk ledende krop af hybridlegering.

Relaterede: Spændende DIY Electronics -projekter, der kan håndteres under $ 15

Bekæmpelse af oxidation med fluks

Metalopløsningsmiddelvirkningen af ​​loddetin er selve fundamentet for vellykkede loddefuger. I praksis kan loddemetal imidlertid ikke starte en befugtning på egen hånd. Denne proces katalyseres ved at levere varme til både loddet og kobberkomponentledninger.

Det er et problem, fordi varme også får eksponerede kobberoverflader til hurtigt at oxidere i nærvær af luft. Det efterfølgende oxidgrænselag fungerer som en barriere, der gør befugtning umulig. Problemet bliver værre med snavs, snavs, fingerolier, fedt og andre forurenende stoffer på komponentoverflader. Disse hæmmer yderligere metalopløsningsmiddelvirkningen, der kræves for en vellykket loddet samling.

Du kan prøve at skrubbe overfladerne rene, men du vil støde på et helt nyt oxidlag, i det øjeblik du påfører varme igen på kobberledningerne. Hvis bare der var en måde at fjerne oxidlaget under lodning. Nå, det er præcis det, flux gør.

Flux består af kolofonium, som er en fast form af harpiks, der er hentet fra planter. Med hensyn til elektronik bruges kolofonium alene eller kombineres med milde aktivatorer, der tillader den resulterende flux at forblive ikke-ætsende og ikke-ledende ved stuetemperatur. Det samme bliver tilstrækkeligt aktivt til kemisk at skrubbe væk oxider og andre forurenende stoffer, når det tilføres tilstrækkelig varme.

Når du belægger overflader, der skal loddes med flux, katalyserer varmen, der påføres under lodningsprocessen, fluxen og fjerner urenheder. Dette udsætter rent kobber og gør befugtningen mulig. Flux kan påføres komponenter før lodning, men det introduceres også under processen gennem selve loddetråden.

De fleste moderne loddetråde har en indre kerne fyldt med kolofoniumstrøm, der automatisk udleveres under lodning.

Hvornår skal loddes og hvornår ikke loddes

Nu hvor vi har fundet ud af videnskaben bag lodning, er det lige så vigtigt at vide, hvornår man skal lodde, og hvornår det er en dårlig idé at gøre det. Alt, der involverer PCB, er næsten udelukkende loddet. Processen tilbyder fremragende elektrisk ledningsevne og en rimelig grad af mekanisk fastgørelse, samtidig med at den samlede størrelse af dine elektroniske projekter reduceres betydeligt.

Nogle gange kan det dog betale sig at vide præcis, hvornår du ikke bør ty til lodning.

Selvom ledninger enten kan loddes til hinanden eller på printkort, skal du genoverveje, når den ønskede applikation involverer en vis grad af bevægelse eller vibration. Automotive, robotics og 3D Printing -applikationer er gode eksempler, hvor lodning normalt er begrænset til printkort og kategorisk undgås for alle kabelafslutninger.

Det skyldes, at loddede led er hårde, men sprøde og derfor sårbare over for bøjningstræthed. Absolut ikke et ønskeligt træk for elektriske led, der udsættes for konstant vibration og bevægelse. Lodde kabler i sådanne applikationer for at undergå bøjningstræthed og følgelig svigte ved de sprøde led.

Det er netop derfor, at kabelafslutninger, der er udsat for sådanne kræfter, er krympet i stedet for loddet i disse applikationer.

Selvom dette kan lyde kontraintuitivt, er lodning ikke den eneste måde at opnå gastætte, oxidationsbestandige samlinger. Det enorme tryk, der genereres under krympning, smelter kobber på molekylært niveau, hvilket gør dem perfekt gastætte.

Faktisk er krympede led både mekanisk såvel som elektrisk overlegen i forhold til deres loddede modstykker, samtidig med at de er modstandsdygtige over for bøjningstræthed. Dr. Ramasubramanian nævner fraværet af intermetallics i krympede forbindelser som den primære årsag til, at den rene kobbergrænseflade udviser forbedret ledningsevne over for loddede samlinger.

Han forklarer også, at kobber-til-kobber-forbindelse af krympede led iboende er stærkere, fordi lignende atomer har en tendens til at danne stærke, stabile bindinger. På bagsiden dannes de forskellige kobber-, bly- og tinatomer, der findes i loddede forbindelser, relativt svagere bindinger, der er under konstant belastning, hvilket igen fremskynder træthedsrevner under mekanisk stress.

Relaterede: En begyndervejledning til DIY Voron 3D -printere

Det er også derfor, at du ikke finder en enkelt loddet kabelafslutning i dit køretøjs motorrum. Ditto for 3D -printere og enhver anden enhed, der udsættes for konstant vibration og bevægelse.

Jo mere du ved

At kende den bagvedliggende mekanik ved lodning, og når det er hensigtsmæssigt at anvende det på dine projekter, vil gøre forskellen mellem succes og hundrede-odd dollars i beskadiget elektronik.

De 9 bedste loddejern til begyndere

Hvis du er interesseret i elektronik, skal du bruge et loddejern. Her er de bedste loddejern til dig.

Læs Næste

Om forfatteren