Újdonság a forrasztástechnikában

Forrasztás alatt azokat az eljárásokat értjük, amikor úgy hozunk létre oldhatatlan kötést, hogy egy harmadik anyag, a forraszanyag olvasztott állapotában kapcsolódik az összekötendő munkadarabokhoz. Jellegzetessége, hogy az összeforrasztandó anyagok olvadáspontjánál lényegesen alacsonyabb olvadáspontú forraszanyaggal diffúziós kötést hozunk létre. A diffúzió lényege, hogy az összeforrasztandó anyag és a forraszanyag atomjai kölcsönhatásba lépnek egymással, ez biztosítja az erős forrasztott kötést. A forraszanyag olvadási hőmérséklete alapján lágy és kemény forrasztási eljárást különböztetünk meg. Általában 450 fokig lágyforrasztásról beszélünk, míg a magasabb hőfokon történő forrasztást keményforrasztásnak nevezzük.

Ólommentes forrasztás

Egészen a közelmúltig a lágyforrasztás kedvelt forraszanyaga az ón-ólom ötvözet volt. Az ROHS európai direktíva és az annak megfelelő 16/2004. KvVM. rendelet szerint 2006 július 1-től bizonyos termékeket tilos ólomtartalommal forgalomba hozni. Ezt a változást a szigorodó környezetvédelmi előírások indokolják. Az ólom mindaddig nem jelent veszélyt az élővilágra, amíg elektronikai hulladék formájában nem kerül a talajba. A környezetbe került elektronikai hulladékból a talajvíz lassan kioldja az ólmot, és az a táplálékláncon keresztül a szervezetünkbe kerül.
Az ólommentes forrasztást újabban nagy érdeklődés veszi körül. Korábban is foglalkoztak már vele, ám mára már megkerülhetetlenné és égető fontosságúvá vált, hogy foglalkozzunk a témával. Az ólom mérgező hatása évszázadok óta ismert az egész világon. Az ólomfogyasztás százalékos eloszlását figyelve nem túl szembetűnő az elektronikában ezen belül a forrasztás technikában használt ólom mennyisége (kb. 0,5%). A legtöbb ólmot az elemek gyártása emészti fel (kb. 80%), de korántsem elhanyagolható az a tény, hogy ezeknek 100%-a újrahasznosítható, és a szelektív hulladékgyűjtésnek köszönhetően körülbelül 60%-át újra is hasznosítják. Ez a kis szám azonban megtévesztő, mert pontosan emiatt előszeretettel ürítik az ólomhulladékot a folyókba, illetve temetik be földdel. Egyes kimutatások szerint az álló- és folyóvizek ólomtartalma a megengedett határ több százszorosa.
Az ólommentes forrasztáshoz kapcsolódó nagy érdeklődés mellett a változtatásokkal szemben az ellenző vélemények is előkerültek. Az ellenérvek két nagy csoportja: a költség és a megbízhatósági aggályok, azaz az ár és a hagyomány. Mivel az ólom az egyik legkevésbé drága anyag a földön, azt egy másik anyaggal helyettesíteni az árak emelkedését okozza. Továbbá nem tekinthetünk el a kapcsolódó költségektől sem, mint pl. az ólommentes ötvözetekkel való forrasztást végző személyek oktatási költségei.
A megbízhatóság szintén aggályokat vet fel az ólommentes forrasztás kérdésénél. Habár az ólommentes ötvözetek bizonyították a több mint kielégítő tulajdonságaikat, a mérnökökben kifejlődött egy bizonyos kényelmi tényező az ón-ólom iránt az elmúlt évtizedek alatt, mellyel nehéz versenyre kelni. Mivel az ólommentes ötvözetek olvadáspontja magasabb, mint az ólom ötvözeteké ezért nyilvánvaló, hogy a forrasztási hőmérsékletnek is növekednie kell. Ez a hőmérsékletnövekedés azonban nem lehet túlzott mértékű, hiszen a hőre érzékeny alkatrészek, mint például a nyáklapok forrasztása sokkal kockázatosabb lenne. A forrasztási hőmérséklet növekedésével a pákahegy precízebb hőfokszabályozására van szükség. A forrasztóállomás által leadott hőteljesítmény, illetve a pákahegy hőteljesítményének különbsége 10%-nál kevesebb kell legyen. Elég csak arra gondolni, hogy ha egy 400°C-os névleges teljesítményre képes forrasztóállomás esetében ez az ingadozás 40°C-ot jelent.

Az ólommentes forrasztás eszközei

Néhány cég már régóta kutatásokat folytat a témában és már teljesen átállt az ólommentes forrasztásra is alkalmas berendezések gyártására. Például az előbb említett százalékláb a JBC termékeinél 1% alatt van a Metcal termékeinél ez kb. 3%. Akik már ólommentes forrasszal dolgoznak, tapasztalták, akik még nem, bizonyára hallottak róla, hogy ólommentes forraszhuzal használata mellett a pákacsúcsok kétszer-háromszor gyorsabban mennek tönkre, mint azelőtt. Ennek oka részben a magasabb üzemi hőmérséklet, részben a magas óntartalmú forraszömledék, amely erősen igénybe veszi a pákacsúcs bevonatát. A pákacsúcsok munkafelületét kopásálló vasbevonat védi. A használat során azonban a pákacsúcs munkafelületén óhatatlanul keletkeznek kisebb, felületi sérülések, amelyek idővel egyre mélyülnek. Ha a vasbevonat átlyukad, a magas óntartalmú forrasz igen rövid idő alatt hatalmas üreget old ki a pákacsúcs réz testéből, amely így használatra alkalmatlanná válik.
Az ERSA különleges, automatikus ellenőrző berendezést fejlesztett ki a pákacsúcsok élettartamának vizsgálatára. A vizsgált csúccsal felszerelt páka ónozott rézhuzalra készít forrasztási csomópontokat gyantás forraszhuzal segítségével. A berendezés megadott időnként megméri egy referenciaponton a pákacsúccsal megvalósítható felmelegítési sebességet.
A pákacsúcs tönkremenetelekor a hőátadás jelentősen romlik, a felmelegítéshez szükséges idő megnő. Természetesen a pákacsúcsok élettartama a gyakorlatban számos tényezőtől függ. Minél hegyesebb a pákacsúcs, annál gyorsabban megy tönkre. A gyengébb hőátadás miatt magasabb hőmérsékleten kell dolgozni. A hegyes felületen a galvanizált réteg könnyen elvékonyodik. Csak akkor dolgozzunk vékony, hegyes csúccsal, ha az elkerülhetetlen! Ugyancsak befolyásolja az élettartamot az alkalmazott folyasztószer agresszivitása, a forrasztott felületek kialakítása, a pákát használó dolgozó munkamódszere.

Milyen pákát használjunk

Forrasztópáka vásárlásánál érdemes végiggondolni, hogy milyen célra fogjuk majd használni az eszközt. Egy-két ezer forintért már kaphatók olyan elektromos pákák melyek nem tartalmaznak hőmérsékletszabályozó egységet. Ezek az egyszerűbb típusok alkalmi és nem túl finom javításokra alkalmasak. Ilyen fontos feladat például ha egy sodort rézvezeték végét szeretnénk bevonni ónnal. (Ennek egyébként több előnye is van; egyrészt megkönnyíti a későbbi forrasztást, nem engedi kirojtosodni a kábel végét, javítja az áramvezetést és a megkönnyíti a bekötés, valamint véd az oxidáció ellen is.)
Szintén a nem túl finom, időszakos munkákhoz ajánlható a jól ismert gyorspáka. Ennek az eszköznek a lelke egy meghajlított, rendszerint réz huzal, melyen egy transzformátor szekunder köreként áram folyik keresztül, ezáltal felmelegszik, és képes megolvasztani a forraszanyagot. Hátránya, hogy a páka általában pontos munkákhoz nehezen használható, hőmérséklete állandóan változó (a bekapcsolás pillanatától folyamatosan melegszik a maximumig), és a forraszanyag óntartalma gyorsan reakcióba lép a rézzel, így gyakran kell azt cserélni. (A nem réz anyagú forrasztócsúcsok viszont sokkal tovább bírják.) E hátrányokkal szemben viszont a pákahegy könnyen cserélhető, a különböző huzalátmérőkhöz különböző maximális hőmérséklet és elektromos teljesítmény tartozik, sőt a forrasztó huzal helyett speciális feltétek (vezeték csupaszító, műanyag hegesztő, műanyag vágó stb.) is felszerelhetők. Általános célokra tehát nagyon hasznos lehet egy ilyen páka.
Ha igényesebb feladatokra is alkalmas forrasztópákát keresünk, akkor érdemes olyat választani, ami képes egy beállított hőmérsékletet tartani. Ilyen eszközöket árulnak a neves gyártók (Weller, JBC stb.). Az új, ólommentes forrasztásra is alkalmas állomások a névlegeshez képest akár 3%-on belül is tarthatják a hőmérséklet-ingadozást. Hőre érzékeny elektronikai alkatrészeket (tranzisztorok, diódák stb.) csak szabályozott hőmérsékletű pákával szabad forrasztani, a szükséges legalacsonyabb hőfokon és a lehető legrövidebb ideig melegítve.
A forrasztópáka kiválasztásánál fontos paraméter a teljesítmény. Nagyobb teljesítményű pákával olyan helyen is forraszthatunk, ahol nagy a hőelvonás (pl. nagy fémfelület), viszont elektronikai célokra éppen a kisebb teljesítményű, hegyes vagy kúpos heggyel rendelkező páka a célszerű. Nagyon jó hővezetésű és nagy tömegű (vagy felületű) anyagok forrasztásához léteznek gázos forrasztópákák is, különböző fejkialakításokkal. Elektronikai alkatrészek forrasztásánál fontos szempont, hogy ne jöhessen létre sztatikus feltöltődés, vagy ahogy a külföldi gyártók jelölik: ESD (Electostatic discharge). Az ESD ártalmatlannak tűnik, azonban nagyon komoly károsodást okozhat az elektronikai alkatrészekben, ezáltal meghibásodást a berendezésekben. Ez a gyártás során magas számú selejt képződéséhez vezet. A megoldás a feltöltődés elkerülése érdekében az lehet, hogy olyan anyagokat használunk, amelyek elvezetik a feltöltődés okozta elektromosságot. Erre a célra találták ki a vezető anyagból készült munkafelületet és karpántot is. Kaphatóak olyan forrasztópákák is, melyek védettek a feltöltődés ellen.