[Elettronica] Saldatore e Stazione saldante


Share

La saldatura a stagno, conosciuta anche con il nome di “brasatura dolce”, è quell’operazione che ci permette di collegare tra loro dei pezzi realizzati in metallo, utilizzando un metallo d’apporto (in questo caso lo “stagno al piombo”), senza la fusione dei pezzi da assemblare. Il metallo d’apporto, una volta fuso, andrà a penetrare per capillarità fra i pezzi da assemblare e, una volta che si sarà freddato, li unirà insieme.

La saldatura a “stagno al piombo”, conosciuta anche come “brasatura a stagno”, è utilizzata in campo elettronico ed è caratterizzata dall’utilizzo di un materiale d’apporto (in questo caso “stagno-piombo con titolo 60/40”) che ha la caratteristica di fondere a temperature inferiori ai 450°. La stazione saldante è quell’apparecchio che ci serve per effettuare proprio questo tipo di saldatura. È generalmente costituita da due parti principali: la stazione e lo stilo, a cui spesso può essere integrata una seconda stazione saldante ad aria calda. Da qualche anno si sono imposte sul mercato le nuove stazioni saldanti digitali, dotate di un microprocessore interno e di uno o più display esterni, grazie ai quali è possibile interfacciarsi con la stazione per poterne preimpostare la temperatura, programmare la riduzione della temperatura, bloccare le temperature, regolare l’airflow (nel caso dell’aria calda), la calibrazione e tante altre cose. L’aspetto tecnico più importante che le caratterizza è sicuramente la presenza della stabilizzazione termica, che avviene per mezzo di un regolatore PID “Proportional-Integral-Derivative”, il quale ha il compito di mantenere stabile la temperatura della punta. Quando la punta tenderà a raffreddarsi, perché a contatto con la superficie da saldare, il regolatore, registrando tale variazione di temperatura, aumenterà automaticamente il voltaggio riportando la punta alla giusta temperatura. Con l’avvento sul mercato di questi nuovi prodotti le “vecchie” stazioni saldanti analogiche stanno ormai andando in dismissione. Se in un anno effettuate poche saldature, è consigliabile acquistare un semplice saldatore a stilo. Questo tipo di saldatori hanno potenze comprese tra i 15W ed i 40W e non hanno nessun tipo di regolazione, quindi la riuscita e la sicurezza della saldatura dipendono esclusivamente dal tempo in cui la punta del saldatore resta a contatto con la parte da saldare. Arrivando a temperature vicine ai 400°, se non si presta la dovuta attenzione, si può rischiare sia un eccessivo riscaldamento delle parti sensibili al calore, in particolar modo dei materiali semiconduttori, sia la perforazione della scheda su cui stiamo saldando.

Se optate per l’acquisto di un saldatore a stilo, evitate quelli da pochi euro e cercate di acquistare un apparecchio il cui costo si aggiri su una trentina di euro e che abbia una potenza di circa 20-30W. Se invece non potete fare a meno di costruire modelli e fare saldature, è il caso di puntare su una bella stazione saldante. In questo caso avrete la possibilità di scegliere tra tre tipi: quelle dotate del solo saldatore a stilo – “stazioni standard”, quelle dotate della sola pompa ad aria calda – “stazioni saldanti ad aria calda”(quest’ultima risulta essere comodissima se intendete effettuare saldature e dissaldature su componenti SMD e i microchip BGA) e infine quelle che combinano insieme entrambi i sistemi – “stazioni saldanti combinate”. A seconda del modello e della marca hanno potenze che oscillano tra i 50W e i 150W. Anche se la temperatura di esercizio della punta dello stilo può arrivare a raggiungere i 500°, quella ottimale oscilla tra i 250° ai 320°.

Le stazioni saldanti permettono di impostare la temperatura di esercizio più corretta per la punta del nostro stilo, in base al tipo di saldatura che dobbiamo effettuare e sono in grado di spegnere quest’ultimo automaticamente quando lo si ripone nel suo contenitore. La regolazione della temperatura è sicuramente la funzione fondamentale che deve possedere una stazione saldante. Nel caso si debbano saldare o dissaldare componenti sensibili, come resistenze, circuiti integrati o simili, si rischia sempre di rimanere troppo tempo con la punta del saldatore appoggiata sul componente con il rischio di bruciarlo; potendo quindi impostare la temperatura si diminuirà il rischio di andare incontro a tale problema. Se dobbiamo effettuare, per esempio, una saldatura di precisione su un piccolo circuito integrato con la punta fine dello stilo (da 1 mm) e stiamo usando un filo di stagno da 0,7 mm, imposteremo la nostra temperatura tra i 250°e i 300°. Se stiamo lavorando, invece, su dei circuiti più grandi (per riempire piazzole di massa o saldare fili di un certo diametro, dove il calore non darà fastidio ad altri componenti), useremo una punta dello stilo e del filo di stagno più grandi, di conseguenza imposteremo la temperatura tra i 310° e 340°. Vanno poi considerate anche le superfici su cui andremo a saldare; infatti ognuna dissipa il calore in modo diverso, quindi ci vorrà più o meno tempo per trasferire il calore dalla punta dello stilo alle parti da saldare. Superfici di piccole dimensioni, con spessori esigui, raggiungeranno la temperatura in pochissimo tempo, richiedendo quindi temperature della punta dello stilo più basse e tempi di contatto con quest’ultima più brevi (usare temperature troppo alte e tempi di contatto eccessivi su superfici di piccole dimensioni e con spessori esigui può causarne la foratura); superfici più ampie, con spessori più grandi, avranno bisogno di temperature più alte e tempi di contatto maggiori. Con l’entrata in vigore della direttiva europea 2002/95/CE nota anche come RoHS “Restriction of Certain Hazardous Substances”, la saldatura LFS o lead-free soldering “senza piombo” è diventata obbligatoria per legge per tutte le apparecchiature elettroniche immesse sul mercato. Ragion per cui, da qualche tempo, è possibile trovare sul mercato anche delle stazioni saldanti in grado di effettuare della saldature senza piombo. Il funzionamento è identico alle stazioni saldanti per saldature al piombo, ma hanno punte specifiche e maggiori potenze e temperature di utilizzo.

Anche i microcontrollori PIC sono più avanzati e in grado di minimizzare il tempo di stabilizzazione della temperatura. Possono essere usati tranquillamente anche per effettuare saldature con stagno al piombo.

Le stazioni saldanti “standard” possono, anche loro, effettuare le saldature con stagno senza piombo, ma devono lavorare a temperature più alte che comportano un cambio più frequente delle punte, a meno che non si usino punte specifiche il cui costo non è proprio contenuto. Per il momento la direttiva europea non interessa gli utilizzatori privati, quindi, nel nostro piccolo, possiamo ancora usare il classico stagno al piombo. E’ comunque buona norma, essendo il piombo tossico, effettuare le nostre saldature in luoghi ventilati e usare delle mascherine protettive, per evitare di inalare i vapori rilasciati dalla saldatura. Le punte che vanno montate sui nostri saldatori sono costruite internamente in rame e rivestite successivamente da uno strato sottile di acciaio nichel-cromo. Questo accorgimento garantisce alla punta un’ottima resistenza chimica e meccanica e la preserva dalla corrosione generata dalla fusione della lega di stagno e piombo. Esistono in commercio numerose punte intercambiabili per saldatori, prodotte in forme e dimensioni diverse. Normalmente, per i nostri  lavori hobbistici, possiamo usare la classica punta sottile che ci consente di praticare saldature di precisione.

Per poter rimuovere un componente o un cavo elettrico da un circuito, si rende indispensabile sciogliere e rimuovere lo stagno; questa operazione può essere fatta, in tutta sicurezza, utilizzando un dissaldatore elettrico. Ne esistono due tipi:

  • quelli con potenze che oscillano tra i 15W e i 30W, dotati di aspira stagno meccanico, con sistema di funzionamento a scatto, hanno generalmente costi piuttosto economici;
  • quelli con potenze da oltre 50W corredati di un aspira stagno, dotato di pompa del vuoto elettrica (che viene attivata per mezzo di un pulsante integrato nell’impugnatura), hanno generalmente un costo non proprio economico.

Se non si vuole affrontare la spesa di un dissaldatore elettrico, è possibile rimuovere lo stagno sciogliendolo prima con un comune saldatore e poi aspirandolo con un apposito aspira stagno meccanico, il cui costo è veramente irrisorio.

Le stazioni saldanti ad aria calda presentano un funzionamento molto semplice: una turbina, mossa generalmente da un motore brushless, genera un getto d’aria che passa attraverso un potente elemento riscaldante, grazie al quale l’aria raggiunge la temperatura impostata. Una volta raggiunta la corretta temperatura, l’aria esce attraverso un ugello posto sulla punta della pistola e può così raggiungere il pezzo da saldare. Le stazioni di saldatura ad aria calda sono molto utilizzate per saldare componenti come chip SOIC, QFP, PLCC, BGA, SMD etc. Possono essere anche impiegate per: il riscaldamento di guaine termorestringenti, la dissoluzione di adesivi, le riparazioni di saldature, il riscaldamento di parti metalliche nella manutenzione o nel montaggio, etc. I valori di temperatura raggiunti da queste stazioni saldanti sono sufficienti per poter effettuare saldature con o senza piombo. Dotate di diversi ugelli intercambiabili, possono assorbire potenze che oscillano tra i 400W e gli 800W, a seconda del modello. In commercio esistono due tipi di stazioni saldanti ad aria calda: analogiche e digitali, dotate di microprocessore interno e di un display esterno grazie ai quali è possibile interfacciarsi con la stazione, per poterne preimpostare le varie funzioni.

Parliamo infine del materiale di apporto che ci permette di saldare tra loro i vari componenti in metallo.

Lo stagno al piombo è di fatto una “miscela eutettica”, ovvero una miscela di sostanze il cui punto di fusione è più basso di quello delle singole sostanze che la compongono. In questo caso la miscela è composta per il 60% da stagno “Sn” e per il rimanente 40% da piombo “Pb” e fonde ad una temperatura di 190°, che è sotto la temperatura di fusione sia del piombo che dello stagno. Variando le percentuali dei metalli che compongono la miscela, varierà anche il punto di fusione. Ad esempio: con il 38% di piombo e il 62% di stagno, la miscela fonde completamente a 183°. Se si effettuano saldature con stagno senza piombo, introdotte, come già detto, dalla normativa “RoHS”, il materiale di apporto sarà stagno-rame con titolo 99,3/0,7 e stagno-argento con titolo 96/4.
Lo stagno viene fornito sotto forma di filo, con diametro di varie misure. Solitamente, sono in vendita due tipi di stagno: il primo è quello costituito da fili puri di stagno al piombo, mentre il secondo presenta nel centro un flussante (un prodotto chimico utilizzato per preparare la superficie metallica alla saldatura). Se si decide di usare il primo tipo, sarà opportuno acquistare a parte del flussante o della pasta salda. Mi raccomando, non riutilizzate mai lo stagno vecchio che si trova sulla punta del saldatore, poiché il flussante è già completamente evaporato, quindi non pulirebbe il pezzo da saldare, con il rischio di avere dell’ossido sulle saldature. Altra regola basilare: non pulite mai la punta del saldatore con carta vetrata o lime (la punta è ricoperta da uno strato di materiale antiossidante, per questo si usa la spugna umida).

Share

Gettermachine

Informazioni su Gettermachine

Credo che il modellismo abbia fatto sempre parte del mio DNA, ricordo infatti che sin da piccolo avevo la passione di lavorare con degli attrezzi, costruire oggetti, aprire giocattoli per verificare come fossero fatti al loro interno e per capirne il loro funzionamento. A consacrare questa mia passione fu una macchinina radiocomandata con motore a miscela che mi fu regalata per il mio decimo compleanno nel lontano 1986. Negli anni, questa mia passione si è sempre più consolidata fino ad abbracciare diversi settori modellistici e collezionistici, gokin, A/F, prop repliche, busti, auro r/c etc. Dal 1991 sono sulla rete come vortice11 e gettermachine, e dal 2006 ho dato vita al forum MetalRobot e ai siti gokin.it, metalrobot.it e onroadrc.it!