Αν επισκευάζεις ηλεκτρονικά με κάποια συχνότητα, σίγουρα έχεις διάφορους τύπους κόλλησης, flux, πλεξούδα αποκόλλησης και μερικές μύτες για το κολλητήρι σου. Υπάρχει όμως ένα υλικό που παραμένει αρκετά άγνωστο ακόμα και σε τεχνικούς με χρόνια εμπειρία: η κόλληση βισμουθίου χαμηλής θερμοκρασίας.
Δεν αντικαθιστά την κλασική κόλληση και δεν είναι η καλύτερη επιλογή για κάθε δουλειά. Το ενδιαφέρον της βρίσκεται σε ένα πολύ συγκεκριμένο χαρακτηριστικό: λιώνει σε πολύ χαμηλότερη θερμοκρασία από τα συνηθισμένα κράματα.
Ένα από τα πιο διαδεδομένα κράματα είναι το Sn42Bi58, που αποτελείται από 42 % κασσίτερο και 58 % βισμούθιο. Το σημείο τήξης του είναι περίπου 138 °C. Για να καταλάβεις τη διαφορά:
| Κράμα | Λιώνει στους | Διαφορά |
|---|---|---|
| Sn42Bi58 (κόλληση βισμουθίου) | 138 °C | — |
| Sn63Pb37 (με μόλυβδο) | 183 °C | 45 °C παραπάνω |
| SAC305 (χωρίς μόλυβδο) | 217 °C | 79 °C παραπάνω |
Σε μια ηλεκτρονική επισκευή, αυτή η διαφορά μπορεί να αλλάξει τελείως το αποτέλεσμα.
Έχεις ήδη αποφασίσει και ψάχνεις το προϊόν; Το έχουμε σε δύο μορφές:
- Βαζάκι 50 g Sn42Bi58 — η κλασική επιλογή για τον πάγκο εργασίας
- Σύριγγα 40 g με βισμούθιο — πιο βολική για να δοσολογείς ακριβώς εκεί που χρειάζεται
Τι το κάνει ιδιαίτερο;
Το Sn42Bi58 είναι ένα ευτηκτικό κράμα. Αυτό σημαίνει ότι περνά από στερεό σε υγρό σε μια πολύ συγκεκριμένη θερμοκρασία, περίπου στους 138 °C.
Πέρα όμως από τη μεταλλουργία, αυτό που μας ενδιαφέρει πρακτικά είναι τι μπορούμε να κάνουμε πάνω σε μια ηλεκτρονική πλακέτα: να δουλεύουμε με χαμηλότερη θερμοκρασία και λιγότερη θερμική επιβάρυνση στο PCB.
Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο όταν έχουμε ευαίσθητα εξαρτήματα, connectors με πλαστικό σώμα, πολύ λεπτές πλακέτες, LED, κόλλες ή σημεία όπου η υπερβολική θερμότητα μπορεί να σηκώσει ένα pad ή να καταστρέψει την ίδια την πλακέτα.
Και αν και πολλοί αγοράζουν αυτό το υλικό σκεφτόμενοι κυρίως τη συγκόλληση σε χαμηλή θερμοκρασία, η πιο ενδιαφέρουσα χρήση του είναι πιθανότατα κάτι άλλο.
Το κόλπο που αλλάζει τελείως τον τρόπο που αποκολλάς
Εδώ αρχίζει να φαίνεται πόσο χρήσιμο είναι το κράμα βισμουθίου.
Φαντάσου ότι πρέπει να αφαιρέσεις ένα connector HDMI, USB, USB-C, ένα ολοκληρωμένο με πολλά ποδαράκια ή οποιοδήποτε άλλο εξάρτημα με πολλαπλά σημεία κόλλησης. Το πρόβλημα συνήθως δεν είναι να λιώσεις μια συγκόλληση. Το πρόβλημα είναι να κρατήσεις όλες τις συγκολλήσεις λιωμένες ταυτόχρονα.
Ζεσταίνεις μια πλευρά, πας στην επόμενη και μέχρι να φτάσεις στην άλλη άκρη η πρώτη έχει ήδη στερεοποιηθεί. Η συνηθισμένη λύση είναι να ανεβάσεις τη θερμοκρασία και να ρίξεις περισσότερο καυτό αέρα. Δουλεύει, αλλά αυξάνει και τον κίνδυνο να πάθει κάτι η πλακέτα.
Με το Sn42Bi58 μπορούμε να κάνουμε κάτι διαφορετικό. Εφαρμόζουμε μια μικρή ποσότητα πάνω στις υπάρχουσες συγκολλήσεις και αφήνουμε τα δύο κράματα να αναμειχθούν. Με την ενσωμάτωση βισμουθίου καταφέρνουμε να μειώσουμε σημαντικά τη θερμοκρασία τήξης του μείγματος: η κόλληση παραμένει υγρή για περισσότερο χρόνο και το εξάρτημα βγαίνει πολύ πιο εύκολα.
Σε πολλές περιπτώσεις η διαφορά είναι εντυπωσιακή. Ένας connector που φαινόταν κολλημένος για πάντα στο PCB αρχίζει να βγαίνει σχεδόν χωρίς καμία προσπάθεια.
Για αυτή τη χρήση, η σύριγγα είναι συνήθως πιο πρακτική από το βαζάκι: βάζεις μια ελάχιστη σταγόνα σε κάθε σημείο χωρίς να γεμίσεις μισή πλακέτα.
Αν χρειάζεται να τραβήξεις δυνατά, κάτι κάνεις λάθος
Αυτός είναι ίσως ένας από τους πιο σημαντικούς κανόνες στην αποκόλληση εξαρτημάτων.
Αν χρειάζεσαι να τραβήξεις δυνατά έναν connector ή να ανασηκώσεις ένα ολοκληρωμένο κάνοντας μοχλό, κάποια συγκόλληση το κρατά ακόμα. Και εκεί αρχίζουν τα προβλήματα: σκισμένα pad, χαλασμένες γραμμές χαλκού, σπασμένες via και παραμορφωμένοι connectors.
Η χρήση ενός κράματος χαμηλής θερμοκρασίας βοηθά ακριβώς να αποφύγεις αυτή την κατάσταση. Ο στόχος δεν είναι να ξεριζώσεις το εξάρτημα. Ο στόχος είναι να έχεις όλες τις συγκολλήσεις του σε υγρή κατάσταση για να το αφαιρέσεις χωρίς καμία επιβάρυνση.
Λιγότερη θερμοκρασία σημαίνει λιγότερος κίνδυνος για την πλακέτα
Η θερμότητα είναι απαραίτητη για να κολλάς και να αποκολλάς, αλλά είναι επίσης μία από τις κύριες αιτίες ζημιών κατά τη διάρκεια μιας επισκευής.
Οι σύγχρονες πλακέτες μπορεί να έχουν πολλά στρώματα χαλκού και μεγάλα επίπεδα γείωσης που απορροφούν τεράστιες ποσότητες θερμικής ενέργειας. Και έτσι βρισκόμαστε στην κλασική κατάσταση: φέρνουμε το κολλητήρι και η κόλληση δεν λιώνει. Ανεβάζουμε τη θερμοκρασία. Συνεχίζουμε. Και ενώ προσπαθούμε να δουλέψουμε σε ένα συγκεκριμένο σημείο, ολόκληρη η περιοχή της πλακέτας αρχίζει να ζεσταίνεται.
Με μια κόλληση χαμηλής θερμοκρασίας μπορούμε να περιορίσουμε αυτή τη θερμική επιβάρυνση και να αποφύγουμε προβλήματα όπως σηκωμένα pad, παραμόρφωση πλαστικών, ζημιές σε κόλλες, αποστρωμάτωση του PCB ή περιττή υπερθέρμανση γειτονικών εξαρτημάτων.
Στην επισκευή δεν μετράει μόνο η θερμοκρασία που φαίνεται στην οθόνη του σταθμού. Μετράει επίσης πόσο χρόνο εφαρμόζουμε αυτή τη θερμοκρασία. Γι' αυτό βοηθά πολύ να δουλεύεις με ένα προθερμαντήρα από κάτω και να προστατεύεις ό,τι υπάρχει γύρω με ταινία Kapton.
Πού είναι ιδιαίτερα χρήσιμο;
Connectors USB, HDMI και USB-C
Είναι από τα πιο χαρακτηριστικά παραδείγματα. Έχουν αρκετά σημεία συγκόλλησης και σε πολλές περιπτώσεις μεγάλα μεταλλικά στηρίγματα συνδεδεμένα στη γείωση. Να διατηρήσεις τα πάντα λιωμένα ταυτόχρονα μπορεί να είναι δύσκολο, και μια μικρή ποσότητα Sn42Bi58 κάνει την αφαίρεση πολύ πιο απλή.
Ολοκληρωμένα SMD
Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την αφαίρεση εξαρτημάτων με πολλά ποδαράκια. Η λογική είναι ίδια: μοιράζεις το κράμα στις συνδέσεις και εξασφαλίζεις ότι όλες παραμένουν υγρές αρκετά ώστε να αφαιρεθεί το εξάρτημα.
Μεταλλικές θωρακίσεις
Οι θωρακίσεις που είναι συγκολλημένες απευθείας στην πλακέτα μπορούν επίσης να είναι δύσκολες στην αφαίρεση, γιατί έχουν πολλά διάσπαρτα σημεία κόλλησης. Η μείωση της θερμοκρασίας τήξης βοηθά σημαντικά.
Πλακέτες και εξαρτήματα ευαίσθητα στη θερμότητα
Εύκαμπτες πλακέτες, λεπτά PCB, εξαρτήματα κοντά σε πλαστικό, μικρές ηλεκτρονικές μονάδες ή ζώνες με κόλλα είναι καλοί υποψήφιοι για δουλειά σε χαμηλότερη θερμοκρασία.
Επισκευή φωτισμού LED
Τα LED είναι αρκετά ευαίσθητα στην υπερβολική θερμοκρασία. Ένα κράμα χαμηλής θερμοκρασίας μπορεί να είναι ενδιαφέρον όταν θέλουμε να ελαχιστοποιήσουμε το θερμικό στρες κατά την επισκευή.
Η πάστα και το σύρμα Sn42Bi58 δεν είναι ακριβώς το ίδιο πράγμα
Στο internet μπορείς να βρεις Sn42Bi58 σε διάφορες μορφές: πάστα, σύρμα, φύλλα, σφαιρίδια, ράβδους και μικρά πλινθώματα. Μερικές φορές οι ράβδοι τραβούν την προσοχή γιατί μπορεί να έχουν αρκετά υψηλές τιμές. Είναι το ίδιο πράγμα;
Το μεταλλικό κράμα μπορεί να είναι ακριβώς το ίδιο, αλλά το προϊόν δεν είναι.
Μια ράβδος Sn42Bi58 είναι ουσιαστικά συμπαγές μέταλλο από κασσίτερο και βισμούθιο σε αυτή την αναλογία. Η πάστα περιέχει μικρά σωματίδια του ίδιου κράματος αναμεμειγμένα με flux και άλλα συστατικά που επιτρέπουν την εύκολη εφαρμογή. Το flux βοηθά στην απομάκρυνση οξειδίων και διευκολύνει τη διαβροχή (wetting) των μεταλλικών επιφανειών από την κόλληση.
Για ηλεκτρονικές επισκευές, η πάστα είναι συνήθως πολύ βολική γιατί μπορούμε να εφαρμόσουμε ελάχιστες ποσότητες ακριβώς εκεί που τις χρειαζόμαστε. Γι' αυτό και οι δύο αναφορές που έχουμε — το βαζάκι 50 g και η σύριγγα 40 g — είναι σε μορφή πάστας.
138 °C δεν σημαίνει ότι βάζεις το κολλητήρι στους 138 °C
Αυτό είναι ένα αρκετά συνηθισμένο λάθος.
Το γεγονός ότι το Sn42Bi58 λιώνει στους 138 °C δεν σημαίνει ότι πρέπει να ρυθμίσουμε τον σταθμό μας ακριβώς σε αυτή τη θερμοκρασία. Η μύτη του κολλητηριού μεταφέρει συνεχώς θερμότητα στο εξάρτημα, στις γραμμές χαλκού και σε ολόκληρη τη μάζα χαλκού γύρω. Αν ρυθμίσουμε το κολλητήρι σχεδόν στην ίδια θερμοκρασία με το σημείο τήξης, η θερμική μεταφορά θα είναι πολύ αργή.
Η πραγματική θερμοκρασία εργασίας πρέπει να είναι υψηλότερη. Το σημαντικό είναι να βρεις ένα σημείο στο οποίο η κόλληση λιώνει γρήγορα και μπορείς να απομακρύνεις τη θερμότητα όσο το δυνατόν γρηγορότερα. Πολλές φορές είναι προτιμότερο να δουλεύεις μερικά δευτερόλεπτα σε λίγο υψηλότερη θερμοκρασία παρά να διατηρείς για πολλή ώρα μια θερμοκρασία που είναι πολύ χαμηλή.
Και πρόσεξε τη μύτη: αν είναι οξειδωμένη και δεν «πιάνει» κόλληση, μεταφέρει τη θερμότητα πολύ χειρότερα και θα καταλήξεις να ανεβάζεις τη θερμοκρασία άδικα. Μια πάστα αναζωογόνησης μύτης το λύνει σε λίγα δευτερόλεπτα.
Τότε γιατί να μη χρησιμοποιούμε Sn42Bi58 για τα πάντα;
Γιατί έχει και μειονεκτήματα. Τα κράματα με υψηλή περιεκτικότητα σε βισμούθιο είναι γενικά πιο ψαθυρά και λιγότερο εύπλαστα από άλλες κολλήσεις.
Για πολλές εφαρμογές αυτό δεν δημιουργεί κανένα πρόβλημα. Ωστόσο, πρέπει να το λαμβάνουμε υπόψη όταν μια συγκόλληση θα υποβάλλεται σε κρούσεις, κραδασμούς, κάμψεις ή επαναλαμβανόμενες μηχανικές καταπονήσεις.
Αυτό εξηγεί μια κατάσταση που στην αρχή μοιάζει αντιφατική: το Sn42Bi58 μπορεί να είναι εξαιρετικό για να αφαιρέσεις ένα εξάρτημα από ένα κινητό τηλέφωνο, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι θέλουμε να το χρησιμοποιήσουμε για όλες τις τελικές συγκολλήσεις στη συσκευή αυτή.
Άλλο πράγμα είναι να το χρησιμοποιείς ως βοηθητικό μέσο κατά την επισκευή. Άλλο είναι να αποφασίσεις ποιο κράμα θα αφήσεις ως τελική συγκόλληση — εκεί συνήθως θα πας σε Sn63/Pb37 ή σε μια συμβατική πάστα χωρίς μόλυβδο, ανάλογα με τη συσκευή.
Πολύ προσοχή αν η πλακέτα έχει κόλληση με μόλυβδο. Όταν αναμειγνύεται βισμούθιο με ορισμένες κολλήσεις που περιέχουν μόλυβδο, μπορούν να σχηματιστούν συνθέσεις Sn-Bi-Pb με σημεία τήξης εξαιρετικά χαμηλά, περίπου στους 96 °C σε ορισμένες αναλογίες. Αυτό μπορεί να είναι προβληματικό αν αφήσουμε αυτό το μείγμα να αποτελέσει μέρος μιας οριστικής συγκόλλησης.
Γι' αυτό, όταν χρησιμοποιούμε Sn42Bi58 για να διευκολύνουμε μια αποκόλληση, καλή πρακτική είναι να αφαιρούμε στη συνέχεια τα υπολείμματα με πλεξούδα αποκόλλησης, να καθαρίζουμε καλά τα pad και να κάνουμε τη νέα συγκόλληση με το κατάλληλο κράμα.
Είναι ιδιαίτερα σημαντικό να το έχεις υπόψη σε παλιές συσκευές ή σε πλακέτες που έχουν ήδη περάσει από άλλες επισκευές: πολλές φορές δεν ξέρουμε τι κόλληση χρησιμοποίησε αυτός που δούλεψε πριν από εμάς πάνω στην πλακέτα.
Το Sn42Bi58 συμμορφώνεται με RoHS;
Το κράμα Sn42Bi58 δεν περιέχει μόλυβδο. Ο κασσίτερος και το βισμούθιο επίσης δεν ανήκουν στις ουσίες που περιορίζει η Οδηγία RoHS, οπότε αυτή η σύνθεση χρησιμοποιείται ευρέως ως κράμα χωρίς μόλυβδο σε εφαρμογές συμβατές με RoHS.
Πρέπει ωστόσο να ξεχωρίζουμε τη σύνθεση ενός κράματος από την πιστοποίηση ενός συγκεκριμένου προϊόντος. Για να ισχυριστούμε ότι μια συγκεκριμένη αναφορά προϊόντος είναι πιστοποιημένη ως RoHS, απαιτείται η αντίστοιχη τεκμηρίωση από τον κατασκευαστή.
Σε επίπεδο σύνθεσης, το Sn42Bi58 είναι ένα κράμα χωρίς μόλυβδο, κατάλληλο για εφαρμογές που απαιτούν συγκολλήσεις χαμηλής θερμοκρασίας.
Πώς να το αξιοποιήσεις καλύτερα
Δεν χρειάζεται να γεμίσεις την πλακέτα με πάστα. Για να διευκολύνεις μια αποκόλληση συνήθως αρκεί να προσθέσεις μια μικρή ποσότητα και να εξασφαλίσεις ότι αναμειγνύεται σωστά με την υπάρχουσα κόλληση.
Είναι επίσης σημαντικό να τη μοιράσεις καλά. Αν αφαιρείς έναν connector με veinte puntos και τα δεκαεννέα είναι υγρά αλλά ένα παραμένει στερεό, αυτό το ένα μπορεί να καταλήξει να ξεριζώσει ένα pad.
Μια ακόμα σημαντική συμβουλή: χρησιμοποίησε flux όταν χρειάζεται. Μερικές φορές προσπαθούμε να λύσουμε όλα τα προβλήματα ανεβάζοντας τη θερμοκρασία, ενώ μερικές σταγόνες καλού flux μπορούν να βελτιώσουν πολύ τη διαβροχή (wetting) και τη μεταφορά θερμότητας. Αν δουλεύεις με κράματα χωρίς μόλυβδο, το RMA-223 τα αναφέρει ρητά.
Αφού χρησιμοποιήσεις Sn42Bi58 για να αφαιρέσεις ένα εξάρτημα, καλό είναι να καθαρίσεις καλά την περιοχή: πλεξούδα αποκόλλησης για να αφαιρέσεις το προηγούμενο μείγμα, και ισοπροπυλική αλκοόλη με ένα αντιστατικό βουρτσάκι για να αφήσεις τα pad καθαρά πριν τη νέα συγκόλληση.
Και όπως συμβαίνει με κάθε δουλειά ηλεκτρονικής συγκόλλησης, συνιστάται η χρήση συστήματος απορρόφησης καπνών. Το ότι μια κόλληση δεν περιέχει μόλυβδο δεν σημαίνει ότι είναι καλή ιδέα να εισπνέεις τους ατμούς που παράγει το flux.
Ένα υλικό που πιθανότατα θα το χρησιμοποιείς περισσότερο για αποκόλληση παρά για κόλληση
Αυτό ίσως είναι το πιο ενδιαφέρον στοιχείο της κόλλησης βισμουθίου. Πωλείται ως κόλληση χαμηλής θερμοκρασίας, αλλά για πολλούς που επισκευάζουν ηλεκτρονικά καταλήγει να λειτουργεί ως εργαλείο αποκόλλησης.
Δεν αντικαθιστά την κόλληση που χρησιμοποιείς συνήθως. Ούτε έχει νόημα να το χρησιμοποιείς σε κάθε επισκευή. Απλώς λύνει πολύ καλά ένα συγκεκριμένο πρόβλημα.
Όταν έχεις μπροστά σου έναν connector που φαίνεται αδύνατο να βγει, ένα εξάρτημα περικυκλωμένο από πλαστικό ή ένα PCB που απορροφά ό,τι θερμότητα του δίνεις, το να έχεις ένα κράμα Sn42Bi58 στη διάθεσή σου μπορεί να αλλάξει τελείως τη δουλειά.
Είναι ένα από αυτά τα αναλώσιμα που μπορεί να μείνουν εβδομάδες αχρησιμοποίητα στον πάγκο επισκευής. Μέχρι που έρχεται εκείνη η δύσκολη επισκευή και θυμάσαι ότι το έχεις.
Τότε καταλαβαίνεις γιατί η κόλληση βισμουθίου αξίζει μια θέση δίπλα στο flux, την πλεξούδα αποκόλλησης και την κλασική κόλληση.
Το έχεις εδώ, σε δύο μορφές:
- Πάστα κόλλησης Sn42Bi58, βαζάκι 50 g — για να το έχεις πάντα έτοιμο στον πάγκο
- Σύριγγα 40 g με βισμούθιο — για δοσολόγηση σταγόνα-σταγόνα
Και ό,τι συνοδεύει: πλεξούδα αποκόλλησης, flux, ισοπροπυλική αλκοόλη και απορρόφηση καπνών. Όλα στα αξεσουάρ κόλλησης.
