Lodding Demystifisert: Forstå det grunnleggende for å lykkes med lodding

Lodding er en overraskende enkel ferdighet å skaffe, forutsatt at du vet hva du gjør. Sistnevnte er kritisk fordi fartøyet innebærer manipulering av komponenter som er vurdert til å tåle maksimalt 250 ° F med et verktøy som opererer ved 650 ° F.

Feilmarginen her er ganske slank, og feil er ofte katastrofale og dyre, noe som fraråder de fleste nybegynnere å fortsette gjennom første feil. Dette kan imidlertid unngås helt ved å få det grunnleggende rett fra begynnelsen.

Les videre for å lære grunnlaget for lodding og spare deg for skrekkene ved forkullet elektronikk og ødelagte drømmer.

Hvorfor bør du plage lodding?

På det mest grunnleggende nivået skaper lodding pålitelige elektriske (og følgelig mekaniske) forbindelser mellom ledende metallkomponenter. Dette innebærer å binde et par ledninger eller en elektronisk komponent på et kretskort (PCB).

De kritiske tenkerne blant dere lurer kanskje på hvorfor ikke bare vri ledninger sammen eller feste komponenter på PCB ved hjelp av muttere og bolter. Det er to hovedproblemer med denne tilnærmingen. Til å begynne med er slike tilkoblinger ikke mekanisk stabile under bevegelse eller vibrasjon. For det andre, selv om mekanisk lyd, er festene ikke elektrisk stabile i det hele tatt.

Vi søkte innspill fra Dr. Lakshmi Narayan Ramasubramanian fra Institutt for materialvitenskap og ingeniørfag ved Indian Institute of Technology Delhi, for klarhet i noen av de mer tekniske aspektene ved lodding.

Sensitiv elektronikk trenger absolutt elektriske tilkoblinger med lav motstand for å opprettholde konsistent ledningsevne gjennom produktets levetid. Dette er vanskelig å oppnå ved å parre komponenter med festemidler. Det uunngåelige luftgapet mellom komponentene i slike ledd fører til oksidasjon (eller rust for jernholdige metaller), noe som reduserer elektrisk ledningsevne betydelig. Disse hindringene gjør lodding uunnværlig for lavspennings presisjonselektronikkapplikasjoner.

I slekt: Slik oppgraderer du Ender-3 3D-skriveren

Når du lodder to komponenter, kombineres loddet i seg selv med metallet (vanligvis kobber) for å danne en helt ny legering. Lodding binder i hovedsak komponentene på molekylært nivå, etterlater ingen luftgap og eliminerer dermed muligheten for oksidasjon. Den ekstra mekaniske stabiliteten er en velkommen bonus.

Binding av metaller ved å smelte dem sammen er et risikabelt forslag med tanke på hvordan de fleste halvlederkomponenter er vurdert til å fungere ved en maksimal temperatur på 250 ° F. Å bruke varme til å smelte ledningene til en integrert chip med putene på en PCB er ikke mulig siden kobber smelter ved en øyevannende 1984 ° F. Du er nødt til å steke komponenten lenge før du etablerer en pålitelig fugemasse.

Det er her den unike sammensetningen og termodynamiske egenskapene til loddetinn spiller inn.

Lodde er en eutektisk legering som består av bly og tinn. Den eutektiske biten er viktig fordi den lar legeringen smelte ved en vesentlig lavere temperatur sammenlignet med dens bestanddeler. Mens rent bly og tinn smelter ved henholdsvis 620 ° F og 450 ° F, begynner en lodde -legering som består av disse to metallene blandet i et forhold på 63:37 å strømme ved bare 361 ° F.

Selv om lodding kan virke som om det innebærer smelting av kobbertråder eller komponentledninger på et kretskort, fungerer prosessen i virkeligheten ved å utnytte metalloppløsning av loddetinn. Når varmt loddetinn blir introdusert i kobberkomponentledningene, fungerer det som et løsningsmiddel som trenger inn og løser opp de eksponerte kobberoverflatene. Denne løsningsmiddelvirkningen smelter dem på molekylært nivå for å danne en helt ny legering i det intermetalliske laget.

Dette fenomenet kalles fuktingshandling og det er helt avgjørende for prosessen med lodding - det vil si å omdanne forskjellige komponenter til en kontinuerlig og elektrisk ledende kropp av hybridlegering.

I slekt: Spennende DIY -elektronikkprosjekter for å takle under $ 15

Bekjempelse av oksidasjon med fluks

Metall løsemiddelvirkningen av loddetinn er selve grunnlaget for vellykkede loddede skjøter. I praksis kan imidlertid loddetinn ikke starte fuktingshandling på egen hånd. Denne prosessen katalyseres ved å levere varme til både loddetinnet og til kobberkomponentledninger.

Det er et problem fordi varme også får eksponerte kobberoverflater til å oksidere raskt i nærvær av luft. Det påfølgende oksidgrenselaget fungerer som en barriere som gjør fukting umulig. Problemet blir verre med smuss, skitt, fingeroljer, fett og andre forurensninger på komponentoverflater. Disse hemmer ytterligere metalloppløsningsmidlet som kreves for en vellykket loddet skjøt.

Du kan prøve å skrubbe overflatene rene, men du vil støte på et helt nytt oksidlag i det øyeblikket du påfører varme på kobberledningene igjen. Hvis det bare var en måte å fjerne oksydlaget under lodding. Vel, det er nettopp det flux gjør.

Flux består av kolofonium, som er en fast form av harpiks hentet fra planter. For elektronisk bruk brukes kolofonium alene eller kombinert med milde aktivatorer som gjør at den resulterende fluksen kan forbli ikke-etsende og ikke-ledende ved romtemperatur. Det samme blir tilstrekkelig aktivt til å skrubbe vekk oksider og andre forurensninger kjemisk når det tilføres nok varme.

Når du belegger overflater som skal loddes med fluss, katalyserer varmen som tilføres under loddeprosessen fluksen og fjerner urenheter. Dette avslører rent kobber og gjør fuktingen mulig. Flux kan påføres komponenter før lodding, men det blir også introdusert under prosessen gjennom selve loddetråden.

De fleste moderne loddetråder har en indre kjerne fylt med kolofoniumstrøm som automatisk doseres under lodding.

Når skal loddes og når ikke loddes

Nå som vi har funnet ut vitenskapen bak lodding, er det like viktig å vite når du skal lodde og når det er en dårlig idé å gjøre det. Alt som involverer PCB er nesten utelukkende loddet. Prosessen gir utmerket elektrisk ledningsevne og en rimelig grad av mekanisk feste, samtidig som den generelle størrelsen på dine elektroniske prosjekter reduseres betydelig.

Noen ganger lønner det seg imidlertid å vite nøyaktig når du ikke bør ty til lodding.

Selv om ledninger enten kan loddes til hverandre eller på PCB -er, må du revurdere hver gang ønsket applikasjon involverer noen grad av bevegelse eller vibrasjon. Automotive, robotics og 3D Printing -applikasjoner er gode eksempler der lodding vanligvis er begrenset til PCB -er og kategorisk unngås for alle kabelavslutninger.

Det er fordi loddede ledd er harde, men sprø og derfor sårbare for bøyende tretthet. Definitivt ikke et ønskelig trekk for elektriske ledd som utsettes for konstant vibrasjon og bevegelse. Loddede kabler i slike applikasjoner for å gjennomgå bøyetretthet og følgelig mislykkes ved de sprø leddene.

Det er nettopp derfor kabelavslutninger utsatt for slike krefter blir krympet i stedet for loddet i disse applikasjonene.

Selv om dette kan høres kontraintuitivt ut, er lodding ikke den eneste måten å oppnå gasstette, oksidasjonsresistente ledd på. Det enorme trykket som genereres under krymping av sikringer kobber fører på molekylært nivå, noe som gjør dem perfekt gasstette.

Faktisk er krympede ledd både mekanisk og elektrisk overlegne sine loddede kolleger, samtidig som de er motstandsdyktige mot bøyetretthet. Dr. Ramasubramanian nevner fraværet av intermetallics i krympede forbindelser som hovedårsaken til at det rene kobbergrensesnittet viser forbedret ledningsevne overfor loddede ledd.

Han forklarer også at kobber-til-kobber-forbindelse av krympede ledd er iboende sterkere fordi lignende atomer har en tendens til å danne sterke, stabile bindinger. På baksiden dannes de forskjellige kobber-, bly- og tinnatomer som finnes i loddede forbindelser relativt svakere bindinger som er under konstant belastning, noe som igjen akselererer tretthetssprekk under mekanisk understreke.

I slekt: En nybegynnerguide for DIY Voron 3D -skrivere

Det er også derfor du ikke finner en enkelt loddet kabelterminering i bilens motorrom. Ditto for 3D -skrivere og andre enheter utsatt for konstant vibrasjon og bevegelse.

Jo mer du vet

Å kjenne den underliggende mekanikken for lodding og når det er hensiktsmessig å bruke det på prosjektene dine, vil gjøre forskjellen mellom suksess og hundre-tusen dollar i skadet elektronikk.

De 9 beste loddejernene for nybegynnere

Hvis du er interessert i elektronikk, trenger du et loddejern. Her er de beste loddejernene for deg.

Les neste

Om forfatteren