Dosť často sa stane, že spájka sa dokonale nespojí s komponentom, čo má za následok nekvalitný spoj, studený spoj s vysokým merným odporom alebo dokonca žiaden spoj. Na prekonanie týchto problémov sa osvedčila kombinácia dodatočného tavidla - fluxu a správnej teploty. Rovnako je je potrebné používať aj dostatočne kvalitné druhy spájok a dodržiavať ich bod tavenia tak, aby sa neprepaľovalo ich tavidlo a nevznikali tak oxidačné vrstvy.

Čo je tavidlo?

Keď sa spájka roztaví a vytvorí spoj medzi dvoma kovovými povrchmi, vytvorí metalurgickú väzbu chemickou reakciou s ostatnými kovovými povrchmi. Dobré spojenie vyžaduje dve veci: spájku, ktorá je metalurgicky kompatibilná zo spájkovanými kovmi, a čistý povrch kovu bez oxidov, prachu a špiny, ktoré bránia dobrému spojeniu. Znečistené povrchy je preto potrebné pred samotným spájkovaním dôkladne očistiť od nečistôt, zbytkou zuhoľnateného tavidla a prachu.

Tavidlo a oxidácia

Oxidy sa tvoria takmer na všetkých kovoch, keď kyslík vo vzduchu reaguje s kovom. Na železe sa oxidácia bežne nazýva hrdza, ale oxidácia ovplyvňuje aj ostatné železné a neželezné kovy ako cín, hliník, meď, striebro a takmer každý kov používaný v elektronike. Oxidy sťažujú alebo dokonca znemožňujú spájkovanie, čím bránia metalurgickému spojeniu so spájkou. Oxidácia sa vytvára vždy, ale pri vyšších teplotách sa vytvára omnoho rýchlejšie. Ak sa pri spájkovaní použije dodatočné tavidlo, ktoré zároveň čistí a konzervuje kovové povrchy a reaguje s vrtvou oxidu bráni vytváraniu ďalšej oxidácie povrchu.

Počas spájkovania zostáva na povrchu kovu tavenina, čo z dôvodu vysokej teploty procesu spájkovania zabraňuje tvorbe ďalších oxidov. Rovnako ako pri spájke, existuje niekoľko druhov taviva, z ktorých každý má určité použitie, ale aj určité obmedzenia.

Druhy tavidiel

Pre mnoho aplikácií postačuje tavidlo obsiahnuté v jadre spájkovacieho drôtu. V niektorých prípadoch je však potrebné použiť aj dodatočné tavidlo, napríklad spájkovanie na väčšom povrchu, alebo pri vyspájkovávaní väčších komponentov - integrované obvody, relé, konektory. Vo všetkých prípadoch je najlepším použiteľným tavidlom také, ktoré má najmenšiu kyslosť (je najmenej agresívne). Tavidlo bude pôsobiť na oxidáciu na spojoch  a výsledkom bude dobrý spájkovaný spoj.

Rosin Flux - kolofónia

Kolofónia - Borovicová živica.

Niektoré z najstarších druhov taviva sú založené na borovicovej živici - rafinovanej a vyčistenej - nazývanej aj kolofónia. Kolofónia sa používa dodnes, ale moderné kalafunové tavidlo dnes v sebe kombinuje rôzne tavidlá s cieľom optimalizovať jej kvalitu.

V ideálnom prípade keď je  tavidlo horúce tečie ľahko a rýchlo odstraňuje povrchové oxidy. Pomáha odstraňovať cudzie častice z povrchu spájaného kovu. Kolofónia je vo svojej podstate kyslá, keď je tekutá, ale po jej ochladení sa stane pevnou a inertnou. Pretože tavidlo na báze kolofónie je inertné, keď je pevné, môže sa ponechať na doske plošných spojov bez toho, aby sa poškodil obvod, pokiaľ sa daný elektrický obvod nezohreje do bodu, keď sa kolofónia môže stať opätovne tekutou a začne mať svoju opätovnú kyslosť, ktorou mäže narúšať celistvosť kovu oxidáciou. Z tohto dôvodu je vždy dobré odstrániť zvyšky taviva z kolofónie z PCB. Pokiaľ máte v úmysle naniesť na stranu spojov ochranný lak, tak je potrebné zvyšky tavidla odstrániť alkoholom.

Organické kyslé tavidlá

Jedným z najbežnejších tavidiel je vo vode rozpustné tavidlo organických kyselín. Bežné slabé kyseliny sa používajú v tavidlách organických kyselín, vrátane kyseliny citrónovej, mliečnej a stearovej. Slabé organické kyseliny sa kombinujú s rozpúšťadlami, ako je napríklad izopropylalkohol "IPA" a voda.

Tavidlá na báze organických kyselín sú silnejšie ako tavidlé na báze kolofónie a oxidy odstraňujú oveľa rýchlejšie. Okrem toho vo vode rozpustné tavidlo s organických kyselín umožňuje ľahké čistenie PCB bežnou vodou - stačí iba ochrániť komponenty, ktoré by sa nemali navlhčiť a poškodiť tekutinou. Pretože zvyšky tohto druhu tavidla sú elektricky vodivé a ovplyvňujú následné fungovanie a výkon obvodu, po ukončení spájkovania odstráňte všetky zvyšky tohoto tavidla.

Anorganické kyslé tavidlá

Tavidlá na báze anorganických kyselín by sa nemali používať na spájkovanie v elektronike.

Tavidlo na báze anorganickej kyseliny funguje lepšie s tvrdšími kovmi, ako sú meď, mosadz a nehrdzavejúca oceľ. V podstate sa jedná o zmes silnejších kyselín, ako je kyselina chlorovodíková, chlorid zinočnatý a chlorid amónny. Tavidlo z anorganických kyselín vyžaduje po použití úplné čistenie, aby sa odstránili všetky korozívne zvyšky z povrchov, ktoré oslabia alebo zničia spájkovaný spoj, ak zostanú na svojom mieste.

Detail uloženie tavidla v spájkovacom drôte.

Detail uloženia tavidla v spájkovacom drôte typu "MultiCore".

Spájky

Rôzne typy spájky sú vhodné pre rôzne teploty a aplikácie. Správne použitá spájka zaisťuje elektrické pripojenie, ktoré zabezpečí životnosť obvodu a zabraňuje zlyhaniu obvodu.

Dym a výpary uvoľňované počas spájkovania obsahujú niekoľko chemických zlúčenín z kyselín a ich reakciu s oxidovanými povrchmi. Vo výparoch zo spájkovania sú často prítomné aj ďalšie zlúčeniny, ako je formaldehyd, toluén, alkoholy a kyslé výpary. Tieto výpary môžu viesť k astme a zvýšenej citlivosti na spájkové výpary. Zabezpečte preto vždy dostatočné vetranie a ich odsávanie a podľa potreby použite respirátor.

Riziko vzniku rakoviny a olova z výparov z spájky sú veľmi nízke, pretože bod vaporizacie je niekoľkokrát vyšší ako teplota varu tavidla a teplota tavenia spájky. Najväčším rizikom olova je manipulácia so samotnou spájkou. Pri použití spájky je preto vhodné pracovať v ochranných rukaviciach.

Informácie v tejto časti článku sa všeobecne týkajú rôznych typov spájok. Skontrolujte preto vždy výrobný štítok vašej spájky, poprípade produktový list jej výrobcu a uistite sa, že je vhodná pre dané použitie.

Druhy spájok

Spájka je dostupná v niekoľkých priemeroch, najbežnejšia je 0.5 mm, 0.7 mm, 1 mm, 1.5 mm. Spájky s väčším priemerom sú hodné pre pocínovávanie väčších plôch a ich spájanie do celkov, pocínovanie viacžilových vodičov, ale sú nevhodné pri jemných prácach, ako je napríklad povrchová montáž. Spájky pre elektroniku všeobecne spadajú do jednej z troch kategórií:

• Spájky zo zliatin olova
• Spájky bez olova
• Spájky zo zliatiny striebra

Spájky zo zliatin olova

Spájky zo zliatin olova sú vyrobené zo zliatiny cínu a olova, niekedy tiež aj z iných kovov. Kombinácia kovov vedie ku konečnej zliatine s nízkou teplotou topenia.

Spájka na báze zliatiny olova sa často označuje pomerom zliatiny, ako je 60/40 alebo 63/37, pričom prvé číslo je hmotnostný cín a druhé číslo predstavuje hmotnostné množstvo olova. Obidve tieto bežné zliatiny sú vhodné pre bežnú elektroniku, ale 63/37 je eutektická zliatina, čo znamená, že pri zmene teploty má prudký prechod medzi kvapalným a tuhým stavom. Táto vlastnosť pomáha redukovať spájky za studena, ktoré sa vyskytujú, keď sa komponent pohybuje, keď sa spájka chladí.

Spájky bez olova

Olovené zliatiny boli štandardom pre spájku používanú v elektronike po celé desaťročia, ale kvôli zdravotným rizikám spojeným s olovom sa výrobcovia vzdávajú spájok na báze olova. Jednou z najbežnejších zliatin bez olova je zliatina 96,5 / 3 / 0,5 s 96,5% cínu, 3% striebra a 0,5% medi.

Zliatiny bez olova sú zvyčajne drahšie ako spájky zliatin olova. Tavia sa aj pri vyššej teplote, čo znamená, že ich aplikovanie trvá dlhšie. Sú však bezpečnejšie a šetrnejšie k životnému prostrediu.

Spájky zo zliatiny striebra

Spájka zo zliatiny striebra môže byť bez olova alebo v kombinácii s olovom. Striebro bolo pôvodne pridané do spájky zliatiny olova, aby sa zabránilo efektu známemu ako migrácia striebra. Pri typických spájkach zo zliatiny olova sa striebro v striebornej výplni vylúhuje do spájky a spôsobí, že sa spíjkované spoje stanú krehkými a náchylnými na rozpadnutie. Spájky zo zliatiny olova so striebrom - napríklad spájka 62/36/2 s 2% striebra, 62% cínu a 36% olova - sú pomerne drahé a ich výhody  nie vždy stoja za príplatok.

Formy balenia spájky

Spájka sa zvyčajne dodáva v cievkach ako drôt, existujú však aj iné formy balenia spájky vrátane:

• Spájkovacie pelety
• Spájkovacie krúžky
• Spájkovacie guličky
• Spájkovacie tyče
• Spájkovacie ingoty
• Spájkovacie pásky

Niektoré bezolovnaté zliatiny sú k dispozícii iba ako spájkovacia pasta a sú používané pri spájkovaní technológiou SMD, kde sa nanášajú strojovo na PCB ešte pred jej osadením komponentami, následne sa PCB "zapečie" a pasta zmení svoje skupenstvo z tekutého na pevné.

Ako si vybrať správnu spájku?

Pri výbere spájky treba vziať do úvahy náklady, spájkovaný materiál, použitie tavidla, veľkosť spájkovaných komponentov a potenciálne zdravotné a bezpečnostné riziká.

Môžte použiť spájku s jedným alebo viacerými jadierkami kolofónie (tavidla), ktoré prechádzajú stredom spájkovacieho drôtu "MultiCore". Obsiahnuté tavidlo v spájke napomáha pri spájkovaní komponentov, ktoré sú spájkované, ale tento typ spájky nie je ideálny pre všetky úlohy. Vždy sa riaďte údajmi technického štítka spájky, poprípade výrobným listom výrobcu spájky. Dbajte na správne nastavenie spájkovacej stanice a optimálnu teplotu tavenia spájky doporučenej výrobcom. Spájkovací hrot musí byť čistý a zbavený prímesí tavidla a iných nečistôt, ktoré môžu napomáhať vzniku studených spojov, alebo oxidácie spájkovaného povrchu.

Napríklad spájky s kyselinovým tavidom, ktoré sa bežne používajú v inštalatérstve, alebo klampiarstve, sú absolútne nevhodné pre použitie v elektronike z dôvovdu vysokej oxidácie kovových povrchov.

Pozri aj...