Spájka: definícia, typy, zloženie a použitie v elektronike a inštalatérstve

Spájka: definícia, typy, zloženie a použitie — prehľad mäkkých a tvrdých spájok, olovnaté vs. bezolovnaté, tavidlá a bezpečné spájkovanie v elektronike a inštalatérstve.

Spájka je kov alebo zliatina, ktorá sa taví pri nižšej teplote než materiály, ktoré má spájať. Používa sa na vytváranie pevného elektrického a mechanického spoja medzi kovovými dielmi bez toho, aby sa museli taviť základné materiály. Proces použitia spájky sa nazýva spájkovanie. Spájky delíme podľa teploty topenia a použitia na dve hlavné skupiny: mäkké a tvrdé spájky.

Typy spájok

Mäkká spájka sa taví pri relatívne nízkych teplotách (typicky 180–250 °C) a používa sa predovšetkým v elektronike a elektrotechnických prácach. Mäkkú spájku zvyčajne roztavujeme spájkovačkou alebo pájkovačkou (spájkovačky) a na zlepšenie mokrenia povrchu sa často používa tavidlo vo forme jadra spájky alebo samostatného tavidla.

Tvrdá spájka (brazovanie) sa taví pri vyšších teplotách (často nad 450 °C) a na jej roztavenie sa používa horák alebo pec. Tvrdé spájky obsahujú zliatiny s vyšším bodom topenia (napr. zliatiny na báze striebra alebo medi) a používajú sa pri montážach, kde je potrebná vyššia pevnosť spoja alebo pri spájaní hrubších kovov. Existujú aj špeciálne spájky určené na spájanie skla s kovom alebo pri zasklievaní, ktoré sa taví pri približne 450–550 °C.

Zloženie bežných mäkkých spájok

Medzi najpoužívanejšie mäkké spájky patria olovené a bezolovnaté zliatiny.

• Olovená spájka – tradičné zloženie je približne 60 % (alebo 63 %) cínu a 40 % (alebo 37 %) olova. Eutektická zmes Sn63Pb37 má bod topenia približne 183 °C (často sa zaokrúhľuje na ~185 °C). Olovo zlepšuje tok spájky a znižuje bod topenia, čo uľahčuje spájkovanie. Nevýhodou je, že olovo je toxické, môže sa uvoľňovať do životného prostredia a do vody, preto má obmedzené použitie v inštalatérstve a spotrebiteľských výrobkoch.
• Bezolovnatá spájka – ako náhrada za olovené spájky sa vyvinuli spájky na báze cínu s prídavkami ako striebro a meď (napr. zliatina SAC305: Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5). Tieto spájky majú bod topenia iný, typicky okolo 217–220 °C, a často vyžadujú trochu iné pracovné postupy (vyššie teploty, odlišné tavidlá). Do niektorých bezolovnatých systémov sa pridáva indium, aby sa znížil bod topenia alebo zlepšila húževnatosť spoja, no indium je drahé.

Právne a ekologické súvislosti

V roku 2006 Európska únia, Čína a Kalifornia zaviedli prísnejšie obmedzenia na používanie olova v spotrebiteľských výrobkoch (napr. smernica RoHS v EÚ). To viedlo k širokému prechodu na bezolovnaté spájky v elektronike, hoci olovené spájky sa stále používajú v niektorých špecializovaných aplikáciách a pri opravách.

Úloha tavidla

Pri spájkovaní sa na povrchu kovov často vytvára tenká vrstva oxidov, ktorá zabraňuje dobrému priľnutiu spájky. Práve tavidlo reaguje s týmito oxidmi a „čistí“ povrch, čím umožní spájke správne sa roztekať a vytvoriť dobrý spoj. Kalafuna (rosin) je jedno z najbežnejších tavidiel v elektronike. Existujú rôzne typy tavidiel:

• Kalafunové (rosin) tavidlá – tradičné, pri práci sa po spájkovaní často nechávajú alebo sa čiastočne zvyšujú (R, RMA, RA podľa aktivity).
• Vode zmyvateľné organické tavidlá – dajú sa ľahko odstrániť vodou a sú preferované tam, kde je potrebné dôkladné čistenie plošných spojov.
• Tavidlá s jadrom spájky – spájka drôtového tvaru často obsahuje vnútorné tavidlo, ktoré sa uvoľní pri tavení.

Pozor: niektoré aktivačné tavidlá môžu po zvyškovom zvyšovaní spôsobiť koróziu alebo vodivostné cesty; preto je v citlivej elektronike dôležité vybrať vhodný typ tavidla a podľa potreby po spájkovaní povrch vyčistiť.

Metódy spájkovania a techniky

• Ručičná spájkovačka – najbežnejšia pri opravách a drobných úpravách.
• Pájkovanie horákom – používa sa pri tvrdých spájkach a pri hrubších dieloch.
• Reflow – pri výrobe plošných spojov sa používa spájkovacia pasta nanesená na kontakty a následné prechádzanie v peci s regulovaným teplotným profilom.
• Vlnové spájkovanie – pri sériovej výrobe predovšetkým pre plošné spoje s predrátovanými súčiastkami.
• Pájkovacia pasta a SMD technológia – pre montáž povrchových súčiastok sa používa pasta, sieťotlač a reflow proces.

Bežné problémy pri spájkovaní

• Studený spoj – nedostatočné prehrievanie alebo znečistený povrch, výsledkom je krehký a elektricky nestály spoj.
• Mostíky (bridging) – nadmerné množstvo spájky medzi susednými vývodmi, časté pri jemných rozostupoch vývodov.
• Horúce miesta a prehriatie súčiastok – môže poškodiť citlivé elektronické súčiastky.
• Tombstoning – pri SMD čipoch sa jedna strana súčiastky zvedie od dosky v dôsledku nerovnomerného povlakovania pastou alebo rozdielov vo vlhkosti.

Bezpečnosť a ochrana zdravia

Pri práci so spájkou treba dbať na niekoľko zásad:

• Pracovať v dobre vetranom priestore alebo používať odsávanie dymu – pri tavení spájky a tavidiel sa uvoľňujú výpary, ktoré môžu dráždiť dýchacie cesty.
• Pri práci s olovnatými spájkami používať ochranné pomôcky a dôsledne dodržiavať hygienu (nejesť ani nepitie pri pracovisku, umývanie rúk).
• Chrániť oči a pokožku pred špliechajúcou spájkou a používať nástroje s dobrou manipuláciou, aby sa predišlo popáleninám.
• Bezpečne likvidovať odrezky a zvyšky spájky, obzvlášť tie obsahujúce olovo.

Použitie spájok

Spájky sa používajú v mnohých odvetviach:

• Elektronika a elektrotechnika – spojovanie súčiastok na plošných spojoch, opravy a montáž káblov.
• Inštalatérstvo – v minulosti sa používali olovené spájky na potrubie, dnes sú povinné iné materiály alebo bezolovnaté postupy, pretože olovo sa môže uvoľňovať do vody.
• Šperky a umelecké práce – jemné spájkovanie, často s použitím strieborných alebo zlatých tvrdých spájok.
• Priemyselné spoje a opravy – tvrdé spájky (brazovanie) na spoje vyžadujúce väčšiu pevnosť.
• Speciálne aplikácie – spájkovanie skla, keramických výplní alebo hermetické tesnenie pomocou sklovitých spájok (fritových skiel).

Zhrnutie

Spájka je nenahraditeľný materiál pri spojovaní kovov v elektronike, inštalatérstve aj v priemysle. Výber vhodnej zliatiny (olovnatá vs. bezolovnatá), správne tavidlo, teplota a technika spájkovania rozhodujú o kvalite a životnosti spoja. Pri práci je dôležité dodržiavať bezpečnostné a ekologické pravidlá, obzvlášť pri používaní olova a pri manipulácii s tavidlami a výparmi.

Otázky a odpovede

Otázka: Čo je to spájka?

Otázka: Aké sú dva druhy spájky?

Otázka: Aké sú dva hlavné typy mäkkej spájky?

Otázka: Pri akých teplotách sa tieto rôzne typy spájok tavia?

Otázka: Prečo sa kedysi používalo olovo v konzervách na potraviny?

Otázka: Používa sa olovo v elektronike aj dnes?

Otázka: Čo sa pridáva do kovov pred spájkovaním?

Hľadajte podľa písmena