A megfelelő pákahegy kiválasztása – 4. rész

Lapos penge hegyTovábbi speciális pákahegyek

Sorozatunk előző részeiben áttekintettük a pákahegyek kiválasztásának alapvető szempontjait, az elterjedt általános geometriai formákat, valamint a gyártók kínálatában gyakran megtalálható, különféle alkatrész-tokok kezeléséhez (jellemzően kiforrasztásához) alkalmazható speciális pákahegy formákat.

Továbbra is a bonyolultabb geometriai formáknál maradva, a jelen részben a kevésbe alkatrész-specifikus, inkább egyes műveletekre vagy műveletcsoportokra optimalizált hegyformákat vesszük górcső alá.

Lapos penge formájú hegyek

lapos pengeA gyártók leírásaiban ez a forma általában „penge” vagy „spatula” elnevezéssel szerepel, amely elnevezés egy, a pákahegy szárára merőleges, viszonylag széles, egyenletesen fűtött éllel rendelkező formát takar. A méretek jellemzően 10 mm-től kezdődnek és jellemzően 32-35 mm-ig terjednek, de egyes cégek kínálatában akár 40 mm vagy azt meghaladó méretekkel is találkozhatunk. Ezeknek a legfőbb alkalmazási területe a komplex formájú integrált áramkörök (BGA, QFP stb.) helyének kiforrasztás utáni tisztítása, de e mellett egy sorban elhelyezkedő kivezetések (pl. élcsatlakozók forrasztási pontjai) egyidejű melegítésére is alkalmasak. A forma előnye, hogy egy viszonylag széles területen egyidejűleg megolvasztja az összes ott található ónt, ezért –egyebek mellett – kiválóan alkalmas nagyobb területek kiforrasztó rézsodrat („ónharisnya”) alkalmazásával történő tisztítására.

(a videót a Metcal bocsátotta rendelkezésemre)

Késpenge formájú hegyek

késpenge hegyAz előbb említett lapos pengéktől eltérően, ezek a pákahegyek egy keskenyebb (jellemzően 3-6 mm széles) éllel rendelkeznek, amely 45° szögben áll a páka szárához viszon
yítva. Így a lapos pengéhez hasonló módon használható él mellett a páka egy kisebb pontok forrasztására kiválóan alkalmas, csúcsos heggyel is rendelkezik. Némi ügyességgel forgatva, ezzel a pákával számos, eltérő méretű forrasztófelületet igénylő be- és kiforrasztó műveletet el lehet végezni, valamint tisztítása, ónhidak eltávolítására is alkalmas. Talán ez a forma áll legközelebb a sorozatunk bevezetőjében megfogalmazott, minden műveletre alkalmas hegy iránti igény kielégítéséhez. Persze, mint a műszaki megoldások terén kivétel nélkül minden esetben, az előnyök mellett hátrányokkal is kell számolni, ezért ezt a formát sem tekinthetjük csodafegyvernek. A legnagyobb hátránya, hogy a nagyobb felületekhez csak penge kialakításából adódó szögben lehet hozzáférni. Tapasztalataim szerint a használata általában a dolgozók késpenge hegy használatkézügyességére jobban összpontosító távol-keleti cégekre jellemző. Találkoztam már ennek a típusnak egy, az alaptípus egyenesei helyett íves formákból kialakított változatával is. A gyártó cég szándékai szerint ez a forma megkönnyítette a páka többcélú használatát. Ez is rendelkezik egy pontforrasztásra alkalmas csúccsal, a nagyobb felületet igénylő forrasztási helyekhez, az íves formának köszönhetően több szögből is hozzá lehet férni. Volt alkalmam személyesen kipróbálni ezt a hegyet is és valóban egy nagyon jól eltalált formának tartom, viszont a gyártó cég – személyes véleményem szerint túlbecsülve az egyébként jó ötletben rejlő lehetőségeket – túl magasra árazta ezt a típust, meglehetősen lekorlátozva az elterjedését.

Ezzel elérkeztünk a speciális pákahegy-formák Akhilleusz-sarkához: a gazdasági szempontokhoz. Bár egyes műveleteket nagyon egyszerűen és gyorsan végre lehet hajtani ezekkel a hegyekkel, nem vitatható, hogy ezek a hegyek meglehetősen drágák. Az adott művelet szinte minden esetben elvégezhető gazdaságosabb eszközökkel, általános célú pákahegyekkel vagy – bonyolultabb alkatrészek esetén – meleg levegővel. Ugyanakkor az általános hegyek használata lassítja a műveletet, a meleg levegő pedig kevésbe ellenőrzötten fűt, ami főleg a javítás alatt lévő alkatrésszel szomszédos területeken lehet káros. Egy átfogó gazdasági elemzés persze kimutathatja a drágább, de hatékonyabb módszer megtérülését, de ez az elemzés önmagában is idő- és forrásigényes. A cégek többsége pedig ezért nem is foglalkozik ezzel az elemzéssel, hanem alapból az alacsonyabb beszerzési árú megoldás mellett dönt.

Egyedi kialakítású hegyek

Végezetül meg kell említenünk még egy lehetőséget: az egyedi kialakítású pákahegyeket. Ha egy olyan forrasztást kell elvégeznünk, amely – a korlátozott hozzáférés, speciális forma vagy bármely más ok miatt – problémás lehet a gyártók szabványos kínálatában szereplő hegyekkel, mindig fennáll a lehetőség, hogy megtervezzünk és legyártassunk egy egyedi kialakítású hegyformát. A nagy gyártók is általában kínálnak ilyen szolgáltatást, de erre szakosodott kisebb cégeket is találhatunk.  Persze nem szabad elfelejtenünk, hogy ilyen esetben a tervezési és technológiai előkészítési költségeket is meg kell fizetnünk, amelyek egy kisebb sorozat esetén fajlagosan elég magasak lehetnek.

A megfelelő pákahegy kiválasztása – 2. rész

A megfelelő pákahegy kiválasztása - 2. részMiután korábban, cikksorozatunk bevezető részében, áttekintettük a pákahegy fő funkcióját, a művelethez szükséges hőenergia átvitelét a forrasztási pontra, most a legelterjedtebb hegyformákkal ismerkedünk meg, hogy a későbbiekben áttérhessünk egyes speciális formájú hegyekre is. A pákahegyeket gyártó cégek kínálatában az általános hegygeometriák általában három alapforma méret- és kialakítási változataiban szerepelnek.

Általános pákahegy-formák – kúpos hegyek

Ezeket a hegyeket az angol nyelvű szakmai anyagokban általában „conical” néven említik, magyarul pedig elterjedt a „ceruza” elnevezés. Amint a neve is mutatja, ez egy szabályos kúp, amely a csúcsánál egy adott sugárral (amely általában 0,2 vagy 0,5 mm) gömbformára kerekített.  A forma sajátosságaiból következik, hogy ez a forma elég kis érintkezési felületet biztosít a forrasztás során, tehát a teljesítmény átvitele eléggé korlátozott. Ennek ellenére, a kis forrasztási pontokhoz és a szűk helyekre való könnyű hozzáférés miatt a használata eléggé elterjedt.  Mivel ezzel a formával jobbára csak egy pontban – a csúcsával – lehet dolgozni, a nagy igénybevétel miatt ebben a pontban fokozottan kopásnak van kitéve, és hamar elhasználódik a hegy, így ez a típus az élettartam szempontjából sem gazdaságos. A fokozott sérülékenység miatt, ezt a formát kizárólag olyan alkalmazásokban ajánlott használni, amelyekben egyetlen pontból elvégezhető a forrasztás, nem kívánják meg a hegy vízszintes síkban végzett mozgatását.

Általános pákahegy-formák - kúpos

Ennek formának a változata a hajlított kúpos („bent conical”) kialakítás, amely még jobban megkönnyítheti a szűk helyekhez való hozzáférést. A hajlítás negatívan befolyásolja a hővezetési képességet, így ezeket a hegyek még gyengébb hatásfokúnak gondolnánk, mint az egyenes változatot. A hajlítás révén azonban ezt a pákacsúcsot nem csak a hegyével, hanem a hajlítás külső ívén az oldalával is odaérinthetjük a forrasztási ponthoz, megnövelve így a hőátadási felületet. Mindezek mellett ez a forma csak abban az esetben ajánlott, ha a forrasztási ponthoz való hozzáférés azt tényleg megköveteli.

Általános pákahegy-formák - hajlított kúpos

Általános pákahegy-formák – lapított hegyek

Talán a legelterjedtebb hegyforma a hegy tengelyére merőleges élben végződő lapított kialakítása, amely az angol nyelvű szakmai anyagokban „chisel”, magyarul pedig –ennek tükörfordításaként – „véső” néven szerepel. Ez a típus bárhol alkalmazható, ahol a forrasztási pont formája lehetővé teszi, hogy egy adott hosszúságú egyenes szakaszon érintsük hozzá a pákát és – a megfelelő méret kiválasztása esetén – stabil érintkező felületet biztosít a hőenergia átadásához. Az él legkisebb hossza 0,8 mm, a legnagyobb – az elektronikai forrasztásokhoz alkalmazott pákák esetén – 5 vagy 6 mm. Bár a hozzáférés a forrasztási ponthoz távolról sem olyan ideális, mint a kúpos pákacsúcsok esetén, a páka elég tág dőléstartományban biztosítja az egyenletes érintkező felületet, így ez a hegyforma is jól alkalmazható még szorosan egymás mellé helyezett alkatrészek forrasztásához is. Ha megfelelő helyünk van arra, hogy élesebb szögben döntve tartsuk a pákát, a hegy oldallapja is felhasználható a forrasztáshoz, tovább növelve a hőátadó felületet.  A legtöbb gyártó kínálatában megtalálhatók ennek a hegyformának a hajlított változatai is, amelyek – mint a hajlított pákahegyek általában – a hőátadó képesség csekély csökkentése árán jobb hozzáférést biztosítanak egyes rejtettebb pontokhoz. Ilyen hegyformák esetében, a forrasztás közben megengedett vízszintes síkban, az éllel párhuzamos irányban végzett mozgatás is, de mindenképpen ajánlott olyan méret használata, amely segítségével mozgatás nélkül is kialakítható a forrasztott kötés.

Általános pákahegy-formák - véső

Általános pákahegy-formák – ferdén vágott hegyek

A pákahegyek harmadik elterjedt kialakítása a ferdén vágott hegy, amely egy hengeres vagy kúpos forma a forgástengellyel egy adott szöget (általában 45° vagy 60°, ritkábban 30°) bezáró síkban történő metszésével kerül kialakításra, egy ellipszis alakú talpfelületet képezve. Az angol szaknyelv ezt a formát „bevel” néven említi, magyarul a „szalámiforma” terjedt el. Ilyen kialakítás mellett a legmagasabb a hőátadásban aktívan résztvevő felület aránya, így ezt a hegytípust a legjobb hőátadó képesség és a legalacsonyabb mértékű kopás, azaz a leghosszabb élettartam jellemzi. Mint minden előnynek, ennek is megvan a maga ára: ezek a tulajdonságok csak akkor érvényesülnek, ha a pákát úgy tudjuk tartani, hogy a talpfelület megfeküdjön az áramköri kártyán, így a ferde sík szöge meghatározza, hogy milyen szögben kell tartanunk a pákát, erősen korlátok közé szorítva a hozzáférést a sűrűn beépített áramköri panelek alkatrészeihez.

Általános pákahegy-formák - ferdén vágott

Ennek a formának egy módosított változata is nagyon népszerűvé vált a nagyobb méretű, két- vagy négy oldalon forrasztott felületszerelt integrált áramköröket alkalmazók körében. Ezeknél a hegyeknél a talp nem egy teljesen sík, hanem egy homorú felülettel került kialakításra. Az így kialakított mélyedésben a hegy nagyobb mennyiségű, akár egy lábsor teljes forrasztására elegendő olvadt forraszanyagot képes felvenni, jelentősen megkönnyítve ezen áramkörök forrasztását. Az ilyen hegyeket nevezzük „kanalas” pákahegynek. Miután egyes gyártók szabadalmaztatták a homorú hegyformát, más gyártók domború kialakítással is kísérleteztek, hasonló eredménnyel.

A másik két típussal ellentétben, a ferdén vágott és a kanalas pákacsúcsok legtöbb alkalmazása kifejezetten megkívánja a páka vízszintes síkban történő mozgatását, amelyre ez a hegyforma minden irányban – akár az alkatrész lábainak irányában, akár arra merőlegesen – kifejezetten alkalmas.

(a videót a Metcal bocsátotta rendelkezésemre)

Bár nem kizárható, hogy egyes speciális alkalmazások megkívánhatják a ferdén vágott pákahegyek hajlított kialakítását, – egy, a speciális hegyek között ismertetésre kerülő kivételtől eltekintve – az ilyen hajlított hegyek nem szerepelnek egyik jelentősebb gyártó elsődleges kínálatában sem.

Sorozatunk következő részében a speciálisan kialakított pákahegyeket vesszük szemügyre.

A megfelelő pákahegy kiválasztása – 1. rész

t18-s4 solderingA kézi forrasztóeszközök használatát támogató munkám során gyakran szegezték nekem a kérdést, hogy ajánljak egy olyan formájú pákahegyet, amellyel minden műveletet el lehet végezni egy adott terméken és nem kell cserélgetni. Erre csak azt mondhatom, mint az egyszeri székely bácsi, aki az állatkertben először látott zsiráfot: „ilyen állat pedig nincs”. Ugyanakkor az is tény, hogy a megfelelő hegy kiválasztásával jelentősen fokozhatjuk a munkánk hatékonyságát és a létrehozott forrasztások minőségét, ezért célszerű áttekinteni néhány irányelvet, amelyek segítségével könnyebben megtalálhatjuk az ideálishoz legjobban közelítő megoldást és optimalizálhatjuk a folyamatainkat.

Egy ilyen áttekintés segítségünkre lehet abban is, hogy jobban kiismerjük magunkat a gyártók kínálatában, akik egy felkapottabb forrasztópákához olykor ötvenet is meghaladó különféle hegyformát ajánlanak.

Kezdjük hát az elejéről…

Mi a pákahegy célja?

A pákahegy elsődleges célja, hogy biztosítsa a forrasztott kötés kialakításához szükséges hőenergiát. Ez az energia aktiválja a folyasztószert, amely előkészíti a felületeket a forrasztáshoz, olvasztja meg az ónötvözetet és biztosítja a forrasztandó felületek megfelelő hőmérsékletét. Ezt a hőt természetesen nem csak a pákahegy hozzáérintésével tudjuk biztosítani, elég csak a meleg levegős újraömlesztéses eljárásra gondolnunk, valamint egyéb, az általunk elsődlegesen vizsgált elektronikai forrasztások esetén kevésbe elterjedt módszerek is léteznek, mint pl. a nyílt lánggal végzett forrasztás, de a pákás megoldás legnagyobb előnye, hogy ez a módszer képes a legjobban lokalizálni a forrasztott alkatrészeket érő hőhatást.

Másodlagos célként megemlíthetjük azt is, hogy a pákahegy „szállítja” a forrasztás helyére a kötés kialakításához szükséges forraszanyag (ónötvözet) egy részét. Ez a kijelentés azonban már nem általánosítható, mert a forrasztási műveletek zömében a pákahegy ónozása csak az energia hatékony átvitelét segíti és – néhány speciális eset, mint például a húzó forrasztás kivételével – a kötéshez felhasznált mennyiséget nem a pákahegyen lévő ón biztosítja, az ahhoz szükséges forraszanyagot más módon kell a forrasztás helyére juttatni. Ennek a legáltalánosabb módja az ónhuzal „rátolása”, közvetlenül a kötésre és nem a pákahegyre.

Mekkora legyen a pákahegy?

hegy-meretÚgy a forma, mint a méret kiválasztásánál, az fő szempont, hogy a pákahegy minél jobban teljesíthesse a rendeltetését, azaz elsősorban minél hatékonyabban adja át a szükséges hőmennyiséget a kötésnek. Az energia átadása pedig az érintkező felületeken keresztül történik, így a szükséges hegy méretét a forrasztandó felületek mérete határozza meg. Akkora hegyet célszerű használni, hogy az minél nagyobb felületen érintkezzen a forrasztási ponttal, de ne legyen annál lényegesen nagyobb, mivel akkor a hegy hőenergiájának egy része jobb esetben csak simán elvész, de az is könnyen előfordulhat, hogy más alkatrészekhez is hozzáér, azok nem kívánt melegedését okozva. A túl kicsi hegy pedig értelemszerűen csak lassabban tudja átadni a szükséges energiamennyiséget, azaz kisebb átvitt teljesítménnyel számolhatunk.

 Mit jelent a teljesítmény?

Forrasztópákánk műszaki adatai között előkelő helyen szerepel a teljesítmény, amely a legtöbb, a szokásos elektronikai műveletekhez használt pákák esetén egy 50 – 100 W közötti érték. Ez viszont a páka fűtőteljesítményét jelzi, nem pedig azt, hogy a páka milyen teljesítményt képes leadni a forrasztáshoz, ami elsősorban a hegy kialakításától és az érintkezés minőségétől függ. A páka névleges teljesítménye csak egy elméleti maximum, amelyet a gyakorlatban soha nem lehet 100%-ban kihasználni. Az egyik legfőbb szempontunk a pákahegy kiválasztásában, hogy olyan méret és forma kombinációt válasszunk, amely a legjobban kihasználja a rendelkezésre álló teljesítményt.

(A videót a Metcal bocsátotta rendelkezésemre)

A fenti videóbejátszásban például megfigyelhető, hogy, bár mindegyik pákahegy megolvasztja az ónt, ez leggyorsabban a mintegy 40 W átviteli teljesítményt átvitelét lehetővé tévő nagy méretű, lapos pákaheggyel ez lényegesen gyorsabban történik, mint a mindössze 14 W átvitelére alkalmas kis hegyes heggyel.

Cikksorozatunk további részeiben az általánosan elterjedt formákat és azok alkalmazását fogjuk áttekinteni.

FX-100: a pákahegyek élettartamának nyomon követése

Bár a blogunk elsősorban műszaki szempontból célozza meg a kézi forrasztás területét, a jelen bejegyzésben az új Hakko FX-100 egy olyan funkcióját ismertetjük, amely elsősorban a munkafolyamat gazdasági vonatkozásában érintettek érdeklődésére számíthat.

A kézi forrasztásFX-100 működés közben üzemi költségeinek jelentős hányadát képezi a pákahegyek ára, a pákahegyek élettartama pedig, az objektív tényezők mellett, nagyban függ a forrasztást végző személy szakértelmétől és tapasztalatától. Ezért, elsősorban olyan üzemekben, ahol nagyszámú operátor végez kézi forrasztást, hasznos lehet egy egyéni nyilvántartás arról, hogy egy adott pákahegy hány forrasztást végzett és mennyi ideig működött.

Ilyen megközelítésben lehetnek hasznosak az FX-100 új funkciói, amelyek segítségével meg lehet jeleníteni a pákahegy használatára vonatkozó információkat a készülék kijelzőjén. Az egyik ilyen paraméter a pákahegy üzemideje, amely a felfűtött állapotban eltöltött üzemórákat számolja. Az üzemidőbe a lekapcsolt („hibernált”) állapotban eltöltött idő nem kerül beszámításra. Az üzemórák egyszerű számlálása mellett beállítható, hogy egy adott üzemóra után a rendszer figyelmeztesse a felhasználót a hegycsere esedékességére.

Mivel a forrasztóállomás elektronikája folyamatosan nyomon követi a pákahegy által felvett teljesítményt is – amely információn például a „Power Assist” funkció is alapul -, a készülék a hegyet ért terhelési ciklusok, azaz a hőterhelés miatt bekövetkező lehűlések és az azt követő felfűtések számát is nyilvántartja és igény esetén megjeleníti. A szokásos használat esetén egy ilyen ciklus általában egy pont megforrasztásának felel meg, ez a paraméter jó közelítéssel megfelel az adott pákaheggyel megforrasztott pontok számának. A rendszer természetesen nem tudja megkülönböztetni a forrasztás során és az egyéb okokból, például a nedves szivacs miatt bekövetkezett hőciklusokat, így ez az érték csak tájékoztató jellegű, de még így is jól jellemzi a hegy használatát.

A pákahegyek élettartamának nyomon követése az FX-100 kijelzőjén

Amennyiben élni kívánunk ezekkel a lehetőségekkel, nem szabad elfelednünk, hogy a hegy cseréjével együtt a számlálók értékét nullára kell állítanunk.

A Hakko FX-100 forrasztóállomásról, valamint a Hakko egyéb termékeiről a hivatalos magyarországi forgalmazótól kérhet bővebb tájékoztatást.

Új HAKKO termékek

Hakko_logo

Új termékekkel bővítette kínálatát a professzionális forrasztóberendézesek japán gyártója, a HAKKO.

FX100

Elsőként a HAKKO gyártmányai között első ízben alkalmazott indukciós fűtéssel rendelkező FX-100 típusjelű forrasztóállomást említhetjük meg. Ennek sajátos, indukciós elven működő fűtési rendszerét nem a beépített elektronika szabályozza, hanem a pákahegyben lévő betét egyik fizikai jellemzőjétől függ, amely egyrészt egy egyedülállóan pontos hőtartást biztosít – az üresjárati hőingadozás ±1,1°C -, másrészt pedig, mivel a hőmérsékletet kizárólag csak az adott hegyben alkalmazott fémötvözet összetétele határozza meg, egy hegy csak egy adott hőfokon működhet, így biztosítva a technológai fegyelmet.

A jelenleg elterjedt forrasztóanyagokhoz alkalmazkodva, jelenleg kétféle hegysorozat kapható az FX-100 állomáshoz, 400°C, valamint 450°C hőmérséklettel. Mindkét sorozat az tartalmazza a széles körben elterjedt hegyformákat. Az állomás felismeri a behelyezett hegyet és a beépített nagy méretű LCD-kijelzőn megjeleníti annak típusát.

hakko_fm2032_img

Következő újdonságunk az FX-951, FM-203 vagy FM-206 állomásokhoz alkalmazható FM-2032 mikropáka, valamint az abba helyezhető T30-as hegycsalád. A páka kis méretei és könnyű kivitele kiválóan alkalmassá teszi a kis méretű és alacsony hőigényű alkatrészek precíz forrasztásához.

fm2032_reszletes

A mikropáka elsősorban a miniatűr SMT alkatrészek (pl. 0402, 0603 tokok) javító-újramunkáló forrasztásához alkalmas.

FR810-img

A meleglevegős technológiák kedvelőit sem hagyta újdonság nélkül a HAKKO. Részükre fejlesztették ki az új FR-810 hőlégfúvót, amelynek nem csak a hőmérséklete, hanem a légárama is digitálisan szabályozott és az új kialakítású fúvókák egyetlen mozdulattal cserélhetők. A rendszer alapfunkciói között megtalálható az energiatakarékos hibernált üzemmód is. Az FR-810 várhatóan ez év második felétől lesz rendelhető.

A bemutatott készülékekről a HAKKO termékek hivatalos magyarországi forgalmazójától, a Pro Forelle Bt-től kérhet részletes tájékoztatást.