Lutowanie

Podstawowe urządzenia lutownicze – lutownice kolbowe

Najprostszym i najczęściej spotykanym rodzajem lutownicy – i to już od kilku dekad – jest klasyczna lutownica kolbowa, zwana w elektronicznym żargonie „grotówką”. Jej budowa opiera się na podłużnej, cylindrycznej grzałce ceramicznej, która – poprzez sprężenie termiczne z grotem – przekazuje ciepło do jego końcówki, co umożliwia uzyskanie temperatury wystarczającej do rozgrzania lutowia (popularnie zwanego „cyną”) oraz łączonych elementów elektronicznych. Zdecydowana większość lutownic kolbowych pozwala na wymianę grotu, który stopniowo, ale nieuchronnie zużywa się podczas pracy. Zużycie to wynika z niewielkich (lecz kumulujących się w miarę czasu użytkowania) uszkodzeń mechanicznych powierzchni – szczególnie podatna na zniszczenie jest specjalna, metaliczna powłoka, ułatwiająca lutowanie i poprawiająca parametry użytkowe grotu. Powłoka ta uszkadza się także w wyniku reakcji (przede wszystkim utleniania), które swoje źródło mają w agresywności chemicznej wielu substancji i – dodatkowo – wysokiej temperaturze, sprzyjającej wszelkim przemianom chemicznym. Dlatego zawsze warto mieć pod ręką zapasowe groty kompatybilne z używaną lutownicą. Typowe lutownice kolbowe do użytku amatorskiego mają moc od 20 W do 40 W, lepsze modele mogą osiągać moc rzędu 60 W. Dobrym przykładem jest wysokiej jakości lutownica ZD-721 o mocy 40 W z wygodnym, ergonomicznie wyprofilowanym uchwytem.

Lutownice transformatorowe

Innym rodzajem lutownicy, szczególnie popularnym w Polsce w latach 80. i 90. ubiegłego wieku, jest lutownica transformatorowa. Jak sama nazwa wskazuje, została ona wyposażona w specjalny transformator sieciowy – jego zadanie polega na wielokrotnym obniżeniu napięcia przy jednoczesnym zwiększeniu maksymalnej wartości prądu wyjściowego uzwojenia wtórnego. Dzięki temu możliwe staje się podgrzewanie grota w formie… kawałka miedzianego, odpowiednio grubego drutu. Takie rozwiązanie nie tylko znacznie obniża koszty eksploatacji lutownicy (większość elektroników wykonuje groty samodzielnie z kawałka kabla instalacyjnego), ale daje także ogromną elastyczność, niedostępną dla jakiejkolwiek lutownicy kolbowej – grot „transformatorówki” można bowiem ukształtować odpowiednio do potrzeb, uzyskując nawet najbardziej nietypowy kształt, potrzebny w konkretnym przypadku. Lutownice transformatorowe mają dodatkową przewagę nad ich kolbowymi odpowiednikami – najczęściej dysponują sporą mocą (nawet rzędu 100 W), co znakomicie ułatwia wykonywanie szczególnie trudnych prac lutowniczych, np. lutowanie grubych przewodów czy nawet kawałków miedzianej folii albo cienkiej blachy. Duża moc jest niezbędna, gdy łączone detale mają sporą pojemność cieplną, lub – inaczej mówiąc – z łatwością odbierają i magazynują dużą ilość ciepła. W takich sytuacjach lutownice kolbowe najczęściej nie pozwoliłyby na osiągnięcie odpowiednio wysokiej temperatury, tracąc ją na rzecz wspomnianej pojemności cieplnej. Dlatego zawsze warto mieć pod ręką oba rodzaje lutownic – kolbową do prac precyzyjnych i delikatnych oraz transformatorową – do dużych, trudnych do wykonania połączeń.

Stacje lutownicze

Szczególnie przydatną i pożądaną w każdej pracowni elektronicznej odmianą lutownicy jest stacja lutownicza. Składa się ona ze specjalnej lutownicy kolbowej oraz elektronicznego sterownika, którego zadaniem jest utrzymywanie zadanej temperatury z dużą dokładnością. Budowa takiej rączki lutowniczej musi być zatem bardziej skomplikowana, niż w przypadku prostej lutownicy kolbowej. Konieczne jest tu zastosowanie czujnika temperatury (zintegrowanego z grzałką), umożliwiającego kontrolerowi pomiar rzeczywistej temperatury grzałki (a pośrednio także grota) i dzięki temu pozwalającego na ustalenie odpowiedniego poziomu mocy, dostarczanej do grzałki. Stacje lutownicze okazują się niezbędne w lutowaniu niewielkich elementów SMD, ale doskonale sprawdzają się także we wszystkich innych rodzajach prac lutowniczych. Pewną odmianą klasycznej stacji kolbowej jest lutownica z regulatorem wbudowanym w rączkę – np. popularna lutownica oporowa z regulacją ZD-708. Rozwiązanie takie stanowi kompromis pomiędzy możliwościami typowej stacji lutowniczej, a niską ceną prostej lutownicy kolbowej i – dzięki temu – doskonale zdaje egzamin w podstawowych pracach, w szczególności w warsztatach amatorskich czy podczas nauki lutowania. Bardziej zaawansowani elektronicy sięgają także po tzw. stacje „hot air”, czyli – inaczej mówiąc – stacje lutownicze na gorące powietrze. Urządzenie tego typu to nic innego, jak specjalna dmuchawa połączona z wydajną grzałką i działająca na zasadzie miniaturowej, precyzyjnej suszarki do włosów (z tą różnicą, że osiąga wielokrotnie wyższe temperatury, wystarczające do stopienia lutowia bez fizycznego kontaktu lutownicy z wykonywanym połączeniem). Ten rodzaj urządzeń jest niezbędny do wykonywania szczególnie skomplikowanych prac serwisowych oraz montażowych, których nie da się wykonać za pomocą jakiegokolwiek typu ręcznej lutownicy (np. lutowania i wylutowywania układów w obudowach BGA czy WLCSP).

Materiały eksploatacyjne i dodatkowe narzędzia

Do niezbędnego wyposażenia każdej pracowni elektronicznej należą także najważniejsze materiały lutownicze i narzędzia ręczne, umożliwiające wykonywanie niektórych prac. Podstawowym jest oczywiście lutowie, zwane popularnie „cyną” – czyli stop kilku metali (najczęściej cyny i ołowiu lub cyny, miedzi i srebra – tzw. „cyna bezołowiowa”), uformowany w postaci cienkiego, miękkiego drutu, nawiniętego na szpulę. Co ciekawe, cyna lutownicza ma zazwyczaj postać cieniutkiej rurki, wewnątrz której znajduje się, często niewidoczna gołym okiem, ilość topnika – specjalnej substancji, ułatwiającej lutowanie poprzez chemiczną redukcję ilości tlenków znajdujących się na powierzchni łączonych elementów. Najczęściej jednak, do uzyskania pożądanych efektów lutowania, konieczne jest zastosowanie dodatkowego topnika w postaci stałej (kalafonia lutownicza), ciekłej (np. topnik RF800 15ml) lub żelu (np. doskonały Flux RMA 223). Spośród podstawowych narzędzi do prac lutowniczych warto wymienić wyposażenie służące do odsysania cyny podczas demontażu elementów – w takich zastosowaniach świetnie sprawdza się plecionka lutownicza oraz odsysacz cyny. Warto mieć także pod ręką zestaw pęset, ułatwiających lutowanie elementów SMD oraz nieodzowne w każdej pracowni obcinaczki. W zależności od rodzaju wykonywanych zadań i osobistych preferencji, wyposażenie warsztatu elektronika może się nieco różnić – warto wypracować własny standard i w praktyce sprawdzić, jakie narzędzia będą optymalne w konkretnych zastosowaniach oraz projektach.