Solderen is een verrassend gemakkelijke vaardigheid om te verwerven, op voorwaarde dat je weet wat je doet. Dit laatste is van cruciaal belang omdat het vaartuig componenten manipuleert die bestand zijn tegen een maximum van 250 ° F met een gereedschap dat werkt op 650 ° F.
De foutenmarge is hier vrij klein en fouten zijn vaak catastrofaal en duur, wat de meeste beginners ontmoedigt om door te gaan met aanvankelijke mislukkingen. Dit kan echter helemaal worden vermeden door de basis in het begin goed te krijgen.
Lees verder om de basisprincipes van solderen te leren en bespaar jezelf de verschrikkingen van verkoolde elektronica en gebroken dromen.
Waarom zou je de moeite nemen om te solderen?
Op het meest basale niveau creëert solderen betrouwbare elektrische (en dus mechanische) verbindingen tussen geleidende metalen componenten. Dit omvat het verbinden van een paar draden of een elektronische component op een printplaat (PCB).
De kritische denkers onder jullie vragen zich misschien af waarom niet gewoon draden in elkaar draaien of componenten op PCB's bevestigen met bouten en moeren. Er zijn twee grote problemen met deze benadering. Om te beginnen zijn dergelijke verbindingen niet mechanisch stabiel onder beweging of trillingen. Ten tweede, hoewel mechanisch solide, zijn bevestigingsmiddelen helemaal niet elektrisch stabiel.
We hebben input gezocht van Dr. Lakshmi Narayan Ramasubramanian van de Afdeling Materials Science and Engineering aan het Indian Institute of Technology Delhi, voor duidelijkheid over enkele van de meer technische aspecten van solderen.
Gevoelige elektronica heeft absoluut elektrische verbindingen met een lage weerstand nodig om een consistente geleidbaarheid te behouden gedurende de hele levensduur van het product. Dit is moeilijk te bereiken door componenten eenvoudig te koppelen met bevestigingsmiddelen. De onvermijdelijke luchtspleet tussen de componenten in dergelijke verbindingen leidt tot oxidatie (of roest voor ferrometalen), wat de elektrische geleidbaarheid aanzienlijk vermindert. Deze hindernissen maken solderen onmisbaar voor toepassingen in de precisie-elektronica op laagspanning.
Verwant: Hoe u uw Ender-3 3D-printer kunt upgraden
Wanneer u twee componenten soldeert, combineert het soldeer zelf met het metaal (meestal koper) om een geheel nieuwe legering te vormen. Solderen bindt de componenten in wezen op moleculair niveau, laat geen luchtspleet achter en elimineert daardoor de mogelijkheid van oxidatie. De toegevoegde mechanische stabiliteit is een welkome bonus.
Het binden van metalen door ze samen te smelten is een riskante propositie, gezien het feit dat de meeste halfgeleidercomponenten kunnen werken bij een maximale temperatuur van 250 ° F. Het gebruik van warmte om de draden van een geïntegreerde chip te smelten met de pads op een PCB is niet haalbaar, aangezien koper smelt bij een oogverblindende 1984 ° F. Je bent gebonden aan het bakken van het onderdeel lang voordat je een betrouwbare joint hebt gemaakt.
Dit is waar de unieke samenstelling en thermodynamische eigenschappen van soldeer in het spel komen.
Soldeer is een eutectische legering bestaande uit lood en tin. Het eutectische bit is belangrijk omdat het de legering laat smelten bij een aanzienlijk lagere temperatuur in vergelijking met de samenstellende metalen. Terwijl puur lood en tin smelten bij respectievelijk 620°F en 450°F, begint een soldeerlegering bestaande uit deze twee metalen gemengd in een verhouding van 63:37 te vloeien bij slechts 361°F.
Terwijl solderen lijkt alsof het gaat om het smelten van koperdraden of componentleidingen op een PCB, in werkelijkheid werkt het proces door gebruik te maken van de metaaloplossende werking van soldeer. Wanneer heet soldeer in de leidingen van de kopercomponent wordt gebracht, werkt het als een oplosmiddel dat de blootgestelde koperoppervlakken penetreert en oplost. Deze oplosmiddelwerking versmelt ze op moleculair niveau tot een volledig nieuwe legering in de intermetallische laag.
Dit fenomeen wordt de bevochtigingsactie genoemd en is absoluut cruciaal voor het proces van solderen - dat wil zeggen, het transformeren van ongelijksoortige componenten in een continu en elektrisch geleidend lichaam van hybride legering.
Verwant: Spannende doe-het-zelf-elektronicaprojecten om onder de $ 15 aan te pakken
Oxidatie verslaan met Flux
De metaaloplossende werking van soldeer is de basis van succesvolle soldeerverbindingen. In de praktijk kan soldeer echter zelf geen bevochtigingsactie initiëren. Dit proces wordt gekatalyseerd door warmte toe te voeren aan zowel de soldeer- als kopercomponenten.
Dat is een probleem omdat hitte er ook voor zorgt dat blootgestelde koperen oppervlakken snel oxideren in aanwezigheid van lucht. De resulterende oxidegrenslaag fungeert als een barrière die bevochtiging onmogelijk maakt. Het probleem wordt erger met vuil, roet, vingeroliën, vet en andere verontreinigingen die aanwezig zijn op het oppervlak van de onderdelen. Deze remmen verder de metaaloplossende werking die nodig is voor een succesvolle soldeerverbinding.
Je kunt proberen de oppervlakken schoon te schrobben, maar je zult een gloednieuwe oxidelaag tegenkomen op het moment dat je opnieuw warmte aanbrengt op de koperen leidingen. Was er maar een manier om de oxidelaag te verwijderen tijdens het solderen. Nou, dat is precies wat flux doet.
Flux is samengesteld uit colofonium, een vaste vorm van hars die wordt verkregen uit planten. Voor elektronica wordt hars ofwel alleen gebruikt of gecombineerd met milde activatoren die ervoor zorgen dat de resulterende flux bij kamertemperatuur niet-corrosief en niet-geleidend blijft. Hetzelfde wordt voldoende actief om oxiden en andere verontreinigingen chemisch weg te schrobben wanneer het van voldoende warmte wordt voorzien.
Wanneer u oppervlakken bedekt die bedoeld zijn om te worden gesoldeerd met vloeimiddel, katalyseert de warmte die tijdens het soldeerproces wordt toegepast het vloeimiddel en verwijdert onzuiverheden. Dit legt zuiver koper bloot en maakt de bevochtigende werking mogelijk. Flux kan voorafgaand aan het solderen op componenten worden aangebracht, maar wordt tijdens het proces ook via de soldeerdraad zelf ingebracht.
De meeste moderne soldeerdraden hebben een binnenkern gevuld met harsvloeimiddel dat automatisch wordt afgegeven tijdens het solderen.
Wanneer wel en wanneer niet solderen?
Nu we de wetenschap achter solderen hebben doorgrond, is het net zo belangrijk om te weten wanneer te solderen en wanneer het een slecht idee is om dat te doen. Alles wat met PCB's te maken heeft, wordt bijna uitsluitend gesoldeerd. Het proces biedt een uitstekende elektrische geleidbaarheid en een behoorlijke mate van mechanische bevestiging, terwijl de totale omvang van uw elektronicaprojecten aanzienlijk wordt verminderd.
Soms loont het echter om precies te weten wanneer u niet moet solderen.
Hoewel draden aan elkaar of op PCB's kunnen worden gesoldeerd, moet u opnieuw overwegen wanneer de gewenste toepassing enige mate van beweging of trillingen omvat. Automotive-, robotica- en 3D-printtoepassingen zijn geweldige voorbeelden waarbij solderen meestal beperkt is tot PCB's en categorisch wordt vermeden voor alle kabelaansluitingen.
Dat komt omdat soldeerverbindingen hard, maar bros zijn en daardoor kwetsbaar voor buigmoeheid. Absoluut geen wenselijke eigenschap voor elektrische verbindingen die onderhevig zijn aan constante trillingen en bewegingen. Gesoldeerde kabels in dergelijke toepassingen ondergaan buigmoeheid en falen daardoor bij de brosse verbindingen.
Dat is precies de reden waarom kabelaansluitingen die onderhevig zijn aan dergelijke krachten, in deze toepassingen worden gekrompen in plaats van gesoldeerd.
Hoewel dit misschien contra-intuïtief klinkt, is solderen niet de enige manier om gasdichte, oxidatiebestendige verbindingen te bereiken. De enorme druk die tijdens het krimpen wordt gegenereerd, smelt koperdraden op moleculair niveau, waardoor ze perfect gasdicht zijn.
In feite zijn gekrompen verbindingen zowel mechanisch als elektrisch superieur aan hun gesoldeerde tegenhangers, terwijl ze ook bestand zijn tegen buigvermoeidheid. Dr. Ramasubramanian noemt de afwezigheid van intermetallische verbindingen in gekrompen verbindingen als de belangrijkste reden voor de zuivere koperen interface die verbeterde geleidbaarheid vertoont ten opzichte van soldeerverbindingen.
Hij legt ook uit dat de koper-naar-koper verbinding van gekrompen verbindingen inherent sterker is omdat vergelijkbare atomen de neiging hebben om sterke, stabiele verbindingen te vormen. Aan de andere kant vormen de ongelijke koper-, lood- en tinatomen die in gesoldeerde verbindingen worden gevonden relatief: zwakkere bindingen die onder constante spanning staan, wat op zijn beurt vermoeiingsscheuren versnelt onder mechanische spanning.
Verwant: Een beginnershandleiding voor doe-het-zelf Voron 3D-printers
Dat is ook de reden waarom u geen enkele gesoldeerde kabelaansluiting in de motorruimte van uw voertuig zult vinden. Idem voor 3D-printers en elk ander apparaat dat onderhevig is aan constante trillingen en bewegingen.
Hoe meer je weet
Het kennen van de onderliggende mechanica van solderen en wanneer het gepast is om het op uw projecten toe te passen, zal het verschil maken tussen succes en honderdduizenden dollars aan beschadigde elektronica.
Als je interesse hebt in elektronica, heb je een soldeerbout nodig. Hier zijn de beste soldeerbouten voor jou.
Lees volgende
- doe-het-zelf
- Elektronica
Nachiket heeft gedurende een carrière van 15 jaar verschillende technologische beats behandeld, variërend van videogames en pc-hardware tot smartphones en doe-het-zelf. Sommigen zeggen dat zijn doe-het-zelfartikelen als excuus dienen om zijn 3D-printer, aangepast toetsenbord en RC-verslaving als 'zakelijke uitgaven' aan de vrouw door te geven.
Abonneer op onze nieuwsbrief
Word lid van onze nieuwsbrief voor technische tips, recensies, gratis e-boeken en exclusieve deals!
Klik hier om je te abonneren
