Гимн качеству

в исполнении ERSA GmbH

Общественное мнение о качестве продукции того или иного производителя формируется постепенно. А если инструмент вам понадобился уже сегодня - как правильно сорентироваться на многоголосом рынке? Ведь каждый продавец хвалит имеено свой товар, и порой даже сам убежден в его превосходстве над другими... Выход один: если вы не склонны перекладывать бремя принятия решений на чужие плечи, то вам придется сформировать свой взгляд на вещи, опираясь на собственный опыт и/или здравый смысл. Следующий ниже материал аппелирует как к первому, так и (в основном) ко второму.

Что означает привычное словосочетание "качественный инструмент"? В перечне его потребительских свойств есть ярко выраженная доминанта: высококачественный паяльный инструмент - это тот, который обеспечивает высокое качество пайки, не так ли? Значит, разговор надо начинать именно с качества пайки.

Определяющая характеристика качества паяного соединения - это его долговременная прочность. Компьютерный контроль параметров в автоматических паяльных машинах гарантирует соблюдение технологических норм и, как следствие, обеспечивает качество результата. Возможно ли обеспечить сравнимое качество при ручной пайке? Вопрос не праздный для тех, чьи изделия должны выдерживать проверку на надежность в сложных условиях эксплуатации. Задача быстрой, качественной и недорогой ручной пайки усложняется в условиях массового перехода к технологии поверхностного монтажа (SMT): ведь эффективная площадь соприкосновения объектов при SMT в сотни раз меньше, чем при пайке компонентов в отверстия!

Для выполнения большинства видов паяльных работ (в том числе c монтажом на поверхность, за исключением новейших корпусов) по-прежнему может использоваться паяльник. Однако это уже не "обычный" паяльник, а инструмент в составе паяльной станции. Основа паяльной станции - электронный блок стабилизации температуры инструмента. Два фактора: стабильность температуры и достаточная (но не избыточная) продолжительность пайки играют при прочих равных условиях ключевую роль в обеспечении качества паяного соединения. При ручной пайке продолжительность операции находится во власти радиомонтажника, а обеспечение стабильности температуры возлагается на инструмент. Согласно утверждениям ученых, формирование идеального паяного соединения осуществляется в течение двух секунд при температуре 220°C. Реально в конвекционных печах температура на фазе оплавления поддерживается в диапазоне 225°C..235°C, в инфракрасных печах - 225°C..250°C, а в машинах пайки волной - 240°С..250°C. При ручной пайке миниатюрных электронных узлов температуру инструмента стремятся держать в диапазоне 235°C..295°C, а время пайки каждого соединения в последнем случае сокращают приблизительно до одной секунды. К сожалению, температура “обычного” паяльника существенно изменяется при выполнении серии паек: сначала (и после пауз) она находится далеко за верхним пределом оптимальной рабочей зоны (например, 375°C..400°C), а после нескольких операций за короткий промежуток времени опускается ниже оптимальной рабочей зоны. Длительность пайки постепенно увеличивается, а температура может снизиться вплоть до области холодной пайки. Холодная пайка имеет место при температурах выше 183°C, но ниже 220°C - когда припой уже оплавился, но диффузия металлов на достаточную глубину еще не произошла. Прочность такого соединения низка. С другой стороны, завышенная температура пайки или избыточное время нахождения припоя в жидком состоянии тоже влияют на прочность, уменьшая эластичность соединения. Исследования свидетельствуют (см. график), что максимальная прочность паяного соединения достигается при глубине диффузионного слоя 0,5 микрона. При меньшей глубине пайка является "холодной", при большей - ухудшаются характеристики эластичности, тогда как именно это свойство позволяет компенсировать напряжения, возникающие в паяном соединении из-за разницы температурных коэффициентов расширения материалов, из которых изготовлены печатная плата, проводники и контактные площадки, корпус и выводы электронных компонентов.

Подытожим: при использовании обычного паяльника лишь небольшое число паяных соединений в каждой серии выполняется при оптимальной температуре, а значит прочность большинства соединений будет невысока. Данный факт определяется свойством инструмента, а не уровнем мастерства радиомонтажника/ремонтника. Об этом стоит напомнить тем, кто выполняет ответственные работы "обычным" паяльником (а также их заказчикам...)

Как и многое в этом мире, паяльные станции различаются по техническим возможностям, ценам и иным потребительским характеристикам; причем, цены не всегда строго пропорциональны качеству инструмента... Профессиональная паяльная станция обладает следующими свойствами:

• эффективное управление температурой жала (контроль фактической температуры в области пайки с помощью того или иного вида термодатчика в контуре автоматической системы регулирования);
• достаточный запас мощности для быстрой подкачки тепла в точку пайки и стабилизации температуры при пайке массивных соединений, когда потребление тепла особенно велико;
• воспроизводимость результатов пайки независимо от степени износа жала или при его замене;
• полностью антистатическое исполнение не только паяльника, но также электронного блока управления и всех соединительных шнуров;
• удобство эксплуатации, эргономичный дизайн;
• безотказность при непрерывной работе паяльной станции в течение длительного срока;
• долговечные паяльные жала для пайки разнообразных типов компонентов;
• в наиболее совершенных станциях - возможность подключения к компьютеру для управления, регистрации или документирования параметров технологического процесса в соответствии с требованиями стандарта качества ISO9000.

Хронологически первый и поныне используемый подход заключается в размещении монолитного паяльного жала внутри медного сердечника с нихромовым (NiCr) проволочным нагревателем. Контроль температуры осуществляется помощью сенсора, расположенного довольно далеко от фактической точки пайки, и потому данная схема обладает значительной инерционностью. В целях оперативной (в небольших пределах) термокомпенсации как паяльное жало, так и прилегающая к нему часть конструкции паяльника выполнены из меди очень массивными. Они представляют собой локальный "резервуар тепла", оперативно расходуемый при снижении температуры, пока нагреватель не успел разогреться до необходимой степени в ответ на показания датчика о снижении температуры. При отстутствии зазоров в крепеже паяльное жало имеет максимальную площадь теплового контакта с нагревателем, что считается основным достоинством данного подхода наряду с рекордной ударопрочностью паяльника (необходимость которой, впрочем, важнее для молотка).

Альтернативный подход ERSA, основанный на прогрессивных технологиях, заключается в использовании полых жал и трубчатых керамических нагревательных элементов, электрическое сопротивление которых увеличивается с ростом температуры (PTC = Positive Temperature Coefficient). Cвойство PTC керамических нагревателей ERSA используется двояко. Во-первых, форсированная передача мощности на стадии нагрева приводит инструмент в рабочее состояние гораздо быстрее, чем при использовании нихромовых нагревателей (см. графики ниже). Во-вторых, становится возможной пайка массивных соединений и многослойных плат на невысоких температурах, что является условием обеспечения прочности.


Поддержание стабильной температуры в точке пайки (в идеале - независимо от массы и теплопроводности объекта) предполагает ее контроль как можно ближе к фактической точке пайки, и быструю "подкачку" тепла при малейшем охлаждении жала в ходе пайки. Как реализованы эти условия в инструменте с керамическим нагревателем ERSA?

В технологии ERSA SENSOTRONIC термодатчик в составе нагревателя вводится в полость паяльного жала: наиболее глубоко - в жалах серии 612 для паяльника TechTool, в меньшей степени - в жалах серии 832/842 для паяльника PowerTool, а также в вакуумном термоотсосе X-Tool. Область нагрева локализована на конечном отрезке керамического нагревателя. В результате жало разогревается не по всей длине равномерно, а эффективно в рабочей области. Термодатчик расположен вблизи фактической точки пайки на расстоянии единиц миллиметров (ближе всего в жалах серии 612 - см. на фото). Это обеспечивает максимальную оперативность и точность измерения температуры.

Микропроцессорный вычислитель в электронном блоке цифровой паяльной станции осуществляет регулирование температуры с учетом параметров подключаемых к нему инструментов различной мощности, а также динамики потребления тепла, зависящей от массы и теплопроводности объектов пайки. Другая, более экономичная, но менее прецизионная технология - ERSA RESISTRONIC, - основана на определении температуры как функции переменного электрического сопротивления керамического нагревателя. Данная технология применена в паяльниках MicroTool, CT20, ErgoTool, BasicTool, MiniTip, MultiTip, MultiPro, TC65, а также в термопинцетах и термофене ERSA. Удачный баланс точности измерения и регулировки температуры имеет место в популярных аналоговых станциях ERSA.

Быстрая термокомпенсация обеспечивается двумя факторами. Во-первых, керамические нагревательные элементы способны форсированно передавать гораздо большую мощность, чем нихромовые. Во вторых, для ускорения теплопередачи в оконечной части новейших жал ERSA наряду с гальванической медью используется серебро. Локальная теплопередача и отсутствие массивных элементов в конструкции паяльника избавляют его от побочного нагрева, и тепловая энергия передается в точку пайки почти без потерь. При работе монтажника не покидает ощущение комфорта: паяльник ERSA необычайно легкий, рукоятка не греется (поскольку расстояние до области нагрева максимально – сравните на рисунке выше).

Интересно отметить, что по пути использования керамических нагревателей идут не только европейцы ERSA, но и японцы, чью продукцию в том числе используют тайваньские производители дешевых паяльных станций. Однако, несложный электротехнический эксперимент показывает отсутствие температурной зависимости сопротивления керамических нагревателей, используемых в распространенных тайваньских станциях. Вывод: керамика - керамике рознь... Уместен вопрос: не слишком ли дорой ценой обходится замена обычного паяльника на паяльную станцию в погоне за "невидимой" прочностью? Ответ зависит от того, насколько технологически сложные и дорогостоящие изделия вы производите (ремонтируете), и как важна при этом производительность труда. Здесь самое время посетить страничку "микроволна" и сделать заключение о том, что приобретение паяльной станции ERSA может быть выгодным для предприятия решением.

Еще одна важнейшая координата - это паяльные жала, насадки, наконечники. Долговечность и разнообразие их форм отражают уровень Hi-Tech "металлургической составляющей качества", и именно их цена (!) в конечном итоге определит общую сумму затрат при интенсивной эксплуатации паяльной станции в течение многих лет.

Наконец, о контроле (в данном контексте - о визуальной оценке) качества пайки. Диапазон методов весьма широк: от наблюдения невооруженным глазом до использования самых совершенных технических средств ERSASCOPE. Заключение о качестве пайки компонентов на поверхность производят по точности их размещения и виду галтелей припоя после охлаждения: они должны быть симметричными, гладкими, блестящими, вогнутыми; верхние грани контактных областей chip-компонентов должны хорошо просматриваться. У навесных компонентов галтели остывшего припоя должны быть гладкими, блестящими, вогнутыми, а контуры объектов хорошо просматриваться - то есть припоя не должно быть слишком мало или слишком много. Признаком добротного монтажа в отверстия является угол растекания припоя в галтели: до 25 градусов при машинной пайке и до 50 градусов при ручной (иными словами, высота галтели над печатной платой должна быть приблизительно равна радиусу отверстия). Помните, что низкая надежность паяного соединения может быть следствием как недостатка тепла (холодная пайка), так и избытка тепла (превышение температуры и/или времени формирования паяного соединения). В этом и состоит главный, хотя и не единственный секрет качества пайки.

Охват паяльного направления продукцией ERSA

СЕГМЕНТЫ РЫНКА

ЛУЧШИЕ ПРОДУКТЫ

Авангардные применения Hi-End Профессиональный инструмент Hi-Tech Электротехнический и массовый рынок инструмента Hi-Q

ERSASCOPE, ремонтные центры IR550A/PL/RPC Паяльно-ремонтные станции IR500A, Digital2000A, Analog60A, воздухоочистка Паяльные ванны и паяльники всех типов