Skocz do zawartości

[Materiały] Cynowanie płytek drukowanych niskotopliwym stopem Lichtenberga we wrzątku


Pomocna odpowiedź

Jakiś czas temu postanowiłem podjąć temat taniego, prostego i efektywnego cynowania płytek drukowanych w domowym zaciszu. Nie ja pierwszy i pewnie nie ostatni stanąłem przed dylematem wyboru najlepszej dla siebie metody cynowania.

W polskim internecie jest wiele popularnych i udokumentowanych sposobów na wykonanie powłoki cynowej, jednak poza zaletami posiadają wiele wad:

1. Cynowanie płytki typowym stopem lutowniczym rozgrzanym grotem i plecionką.

+ metoda nie wymaga żadnych dodatkowych, narzędzi poza tymi które już sie posiada

+ stosowany jest standardowy i niedrogi stop LC60 (w cenie 35pln za 250gram)

+ powłoka metaliczna o bardzo dobrej lutowalności również po upływie dłuższego okresu czasu

- czasochłonny proces nanoszenia

- konieczność stosowania dużych ilości topników, które następnie należy usunąć

- podczas pracy wydziela się dużo szkodliwych oparów topnika

- istnieje ryzyko przegrzania cienkich ścieżek a w efekcie ich zerwanie lub odklejenie od laminatu

2. Cynowanie w tyglach

+ bardzo skuteczne i szybkie

- wymaga kosztownego osprzętu

- z racji gabarytów i cen tygli metoda stosowana zazwyczaj do pobielania przewodów, sporadycznie do cynowania niewielkich płytek

3. Cynowanie z użyciem pasty lutowniczej do lutowania SMD

+ świetnie nadaje sie do rozpływowego lutowania SMD

+ powłoka metaliczna o bardzo dobrej lutowalności również po upływie dłuższego okresu czasu

+ Możliwość zestalania powłoki w piekarnikach lub z użyciem stacji hotair

- łatwe ale czasochłonne nanoszenie za pomocą igły i strzykawki

- bardzo wysokie ceny preparatów do cynowania (od 10pln za 10 gram)

- z racji cen metoda zarezewwana wyłącznie dla płytek z soldermaską do montażu powierzchniowego

4. Cynowanie pastami Sn97Cu3 do lutowania rur C.O.

+ duża szybkość wykonania płytki

+ korzystne ceny pasty w stosunku do dedykownych past SMD (od 45pln za 250gram)

+ łatwe nanoszenie za pomocą pędzelka lub szpatułki

+ Możliwość zestalania powłoki w piekarnikach lub z użyciem stacji hotair

- po procesie nanoszenia powłoka jest matowa a z racji jej silnego utlenienia lutowalność jest słaba i ulega pogorszeniu z upływem czasu

- agresywny i bardzo reaktywny topnik - chlorek cynku ZnCl2 - który powoduje korozję scieżek

- tendencje do bardzo szybkiego rozpuszczania warstwy miedzi w temperaturach bliskich 300*C

- w przypadku grzania płytki w niższych temeraturach powłoka jest bardzo cienka

- chlorek cynku zawarty w paście niszczy powierzchnię soldermaski z folii nakładane laminatorem. Topnik powoduje matowienie i głębokie wżery na powierzchni soldermaski (sprawdzono na dostępnej na polskim rynku soldermasce, oraz przemysłowej soldemrasce DuPont)

- z racji obecności agresywnego topnika konieczność bardzo dokładnego płukania , najlepiej neutralizacji w roztworze sody lub mleka wapiennego

5. Cynowanie chemiczne bezprądowe

+ powierzchnia powłoki lustrzana i bardzo estetyczna

+ lutowalność zaraz po wykonaniu procesu cynowania dobra

- lutowalność z czasem znacznie się pogarsza

- wysoka cena preparatu do cynowania (od 12pln za 45gram)

- rozrobiony preparat traci z czasem swoje własności (znajdujący się w rotworze cynującym aktywny chlorek cynku SnCl2 - hydrolizuje i strąca się w formie nierozpuszczalnego wodorotlenku cyny Sn(OH)2)

- konieczność zachowania wysokiej czystości kąpieli cynującej (niezbędne jest rozrabianie preparatu w wodzie demineralizowanej lub destylowanej)

- mała wydajność (jedna torebka wystarcza raptem na kilka niedużych płytek)

- konieczność perfekcyjnego przygotowania powierzchni miedzi z polerowaniem włącznie w przeciwnym wypadku powłoka naniesie sie selektywnie

- uzyskanie wyśmienitych efektów cynowania (gdy płytka posiada soldermaskę, krawędzie otworów mają zadziory, powierzchnia miedzi posiada wżery po trawieniu) jest utrudnione a czasem niemożliwe

Jak widać każda z tych metod poza zaletami ma również swoje wady.

Dlatego też moja uwagę przykuła metoda cynowania we wrzątku z użyciem osprzętu jaki znajdziemy w niemalże każdym domu. Metoda ta robi furorę za wschodnią granicą, za sprawą filmu wrzuconego w sieć we wrześniu 2009 roku.

Film pokazujący proces cynowania PCB stopem Rosego w kąpieli wodnej z dodatkiem kwasku cytrynowego można obejrzeć tutaj.

Film ten pojawił sie już kiedyś na polskich forach, ale nie wyniknęły z tego żadne praktyczne wnioski a jedynie mało wiążąca dyskusja ze strzępkami informacji. Przypuszczam, że głównym tego powodem jest niedostępność zastosowango w filmie stopu, lub stopu o podobnych własnościach, w detalicznej ilości.

Stop Rosego z filmu to stop Bi50Pb32Sn18 o temeraturze topnienia 97,6*C.

Po kilkunastu minutach poszukiwań ustaliłem, że prezentowaną na filmie 100gramową paczuszkę stopu w można kupić w Rosji za 350Rubli (około 35pln) a na Ukrainie dla zakupu hurtowego 740UAH/1kg (okolo 280pln/1kg)

Nadszedł czas na znalezienie źródła tego stopu na lokalnym rynku. ... tu zaczęły się schody.

Wg polskiej normy stop Rosego to stop TOC13 o składzie Pb50Bi25Sn13Cd12 (Temeraturza topnienia Tt=146*C).

Ze względu na zawartość kadmu i zbyt wysoką temeraturę topnienia nie nadaje się do cynowania w temepraturach z okolic 100*C.

z oczywistych względów zacząłem szukać informacji o innych stopach niskotopliwych, które swoimi własnościami fizycznymi były zbliżone do stopu Rosego (wg rosyjskiej normy).

Tym sposobem zacząłem analizować możliwość zastosowania stopu Newtona TBC19 o składzie Bi50Pb31Sn19 (Tt=96*C) oraz stopu Lichtenberga TBC20 o składzie Bi50PB30Sn20 (Tt=91,6*C).

Stopy Lipowitza i Wooda odrzuciłem ze względu na zbyt niską temeraturę topnienia oraz zawartość toksycznego kadmu, który dodatkowo negatywnie wpływa na wytrzymałość połączenia lutowanego (struktura stopu z dodatkiem kadmu jest ziarnista i krucha).

Gdy do głosu doszła jeszcze kwestia dostępności na polskim rynku tych stopów na placu boju pozostał jedynie STOP LICHTENBERGA.

Udało mi się zorganizowac niewielką ilość tego stopu do testów praktycznych.

I na podstawie doświadczeń i spostrzeżeń dopracowałem metodę cynowania, którą przedstawiam poniżej.

Potrzebne narzędzia

- Niski pojemnik (najlepiej ze stali nierdzewnej), ja użyłem kuwety ze szkła żaroodpornego pyrex bo taki posiadałem

- narzędzie do rozprowadzania stopu po powierzchni płytki (ja na zywam je kowadełkiem)

- silikonowa łopatka do zdejmowania nadmiaru stopu z powierzchni płytki

- Źródło ciepła (kuchenka gazowa lub kuchenka elektryczna, w ostateczności grzałka nurkowa).

Potrzebne odczynniki

- woda destylowana lub woda z sieci wodociągowej (ja użyłem destylowanej - produkt uboczny działania osuszacza powietrza)

- kwasek cytrynowy

- stop Lichtenberga

Proces cynowania - krok po kroku

1. Do ogrzewanego pojemnika nalewamy 5-6cm wody i rozpuszczamy w niej kwasek cytrynowy (na każde 100ml wody dosypujemy około 5gram kwasku cytrynowego)

2. Do wrzącej wody z kwaskiem cytrynowym wrzucamy kawałek stopu Lichtenberga i czekamy aż się roztopi.

3. Pozbawioną warstwy tlenków i odtłuszczoną płytkę drukowaną wkładamy do gotującego się roztworu.

4. Miedzianym "kowadełkiem" rozprowadzamy stop po powierzchni cynowanej płytki.

(Trzymając kowadełko w gotującym się roztworze nie tracimy czasu na ponowne jego rozgrzanie - na przykład przy cynowaniu drugiej strony płytki)

5. Silikonową łopatką zbieramy nadmiar stopu z powierzchni cynowanej płytki.

6. Wyjmujemy płytkę z kąpieli (używam do tego tej samej silikonowej łopatki, którą ściągam nadmiar stopu)

7. Zestawiamy pojemnik wrzątkiem z ogonia, a po jego przestygnięciu odławiamy kuleczki stopu Lichtenberga.

(Do zbierania pozostałego po cynowaniu stopu można użyć kowadełka i pozostawić go na jego powierzchni do kolejnego cynowania).

Wady i zalety metody

+ bardzo dobra lutowaloność powłoki, również po upływie dłuższego czasu

+ powierzchnia powłoki połyskliwa i bardzo estetyczna

+ brak konieczności stosowania drogich odczynników

+ duża wydajność przy pokrywaniu stopem, porównywalna z wydajnością cynowania zwykłym stopem LC60

+ krótki czas przygotwania do cynowania, jak i sam proces (po zagotowaniu wody z kwaskiem, cynowanie trwa kilka kilkanascie sekund).

+ stosunkowo niska cena wykorzystywanego stopu Lichtenberga (około 26pln za 100gram)

+ sam stop Lichtenberga doskonale nadaje się również do lutowania wrażliwych na temeraturę komponentów elektronicznych (np. diody laserowe)

- ograniczony dostęp do stopu na polskim rynku

FAQ

Czy cynując ścieżki stopem Lichtenberga, można później lutować elementy zwykłą cyną ?

Tak, ponieważ składniki stopowe Stopu Lichtenberga oraz typowych stopów cynowo-ołowiowych stworzą jednorodną mieszaninę w której domieszka bizmutu tylko nieznacznie obniży temeraturę topnienia spoiny.

Temperatura topnienia zwykłej cyny LC60 to okolice 190*C. Niewielka domieszka bizmutu w spoinie pochodząca z powłoki cynowej tylko nieznacznie obniży tę temeraturę.

Wpływ będzie tym mniejszy im cieńszą warstą pocynujemy płytkę.

Czy połączenie lutowane z domieszką Bizmutu pochodzacego ze stopu Lichtenberga będzie słabsze od takiego które Bizmutu nie zawiera ?

Nie ponieważ o sile spoiny decyduje w tym przypadku duza zawartość cyny, która ma tendencję do powierzchniowego rozpuszczania bardzo cienkiej warstweki miedzi (istota procesu lutowania).

Domieszka bizmutu wpływa jedynie nieznacznie na obniżenie temperatury topnienia, Bizmut podobnie jak ołów poprawia własności mechaniczne wypadkowej spoiny.

Czy jakość stopu Lichtenberga ma wpływ na efekty cynowania ?

Tak. Cynowanie stopem Lichtenberga jest procesem fizykochemicznym, i jak każdy proces fizykochemiczny czystość materiałów użytych do jego produkcji oraz ich precyzyjne proporcje ma duże znaczenie w procesie cynowania.

Odpowiedni skład chemiczny stopu jest istotny nie tylko z punktu widzenia łatwości jego nanoszenia w określonej temperaturze, ale także na podatność powłoki na starzenie i kruche pękanie (w branży elektronicznej potocznie zwane zimnymi lutami)

Na przestrzeni lat odmiana tego stopu pod, potoczną nazwą "White metal", stosowana była do odlewania figurek, gdzie podstawowym kryterium była lejność i twardość, a tę poprawiały niewielkie domieszki antymonu.

Antymon powszechnie stosowany w stopach ołowiu w powłoce cynującej nie jest pierwiastkiem pożądanym (zwiększa twardość kosztem odporności na wspomniane już kruche pękanie).

Inną istotną kwestią jest obecność w stopie tlenków metali zwłaszcza tlenków ołowiu, które mogą się negatywnie odbić na jakości powłoki.

Ołów wykazuje bardzo wysokie powinowactwo do tlenu w podwyższonej temeraturze, dlatego istotne jest aby procesy wytopu oraz porcjowania zachodzące w wyższych temeraturach odbywały się w środowisku ochronnym bez dostępu do powietrza.

Czy konieczne jest stosowanie wody destylowanej ?

Nie, nie ma takiej konieczności, powłoka nie straci na jakości jeśli użyjemy zwykłej wody z sieci wodociągowej.

Czy roztwór kwasku cytrynowego mogę wykrozystać powtórnie ?

Tak, roztworu można uzyć powtórnie, wystarczy jedynie uzupełniać jej ubytki spowodowane parowaniem.

Czy konieczne jest dodanie kwasku cytrynowego do wody w której przeprowadzony będzie proces cynowania ?

Nie, nie jest to konieczne, ale dodanie go w ilości 5gram na każde 100ml wody podnosi temepraturę wrzenia o 4-5*C co znacząco ułatwia cynowanie.

Dodatkowo kwasek cytrynowy w kąpieli wodnej do cynowania, pełni funkcję łagodnego topnika usuwającego z powierzchni płytki drukowanej luźno związane tlenki miedzi.

Czy proces cynowania mogę przeprowadzić na palniku w kuchi ?

Tak, proces cynowania we wrzątku nie jest szkodliwy dla zrowia, nie jest wymagana żadna odziez ochronna , kąpiel do cynowania to najwyzklejsza woda z kwaskiem cytrynowym, a jedyne wyziewy to para wodna.

Jak oczyścić powierzchnię płytki drukowanej przed cynowaniem ?

Proces cynowania we wrzątku nie wymaga bardzo wysokich czystości i polerowania powierzchni miedzi, jak w przypadku cynowania chemicznego.

Po zmyciu powłoki ochronnej z procesu trawienia wystarczy powierzchnię lekko przeszlifować drobnym papierem lub wyczyscić mleczkiem i dokładnie wypłukać.

Jeśli płytka leżała dłuższy okres bez cynowania, to również należy powierzchnię lekko oczyścić.

Gdy posiadamy płytki z soldermaską, to przeszlifowanie punktów lutowniczych papierem wodnym lub mleczkiem do czyszczenia jest mocno utrudnione.

W tym przypadku utlenioną w procesie wypalania soldermaski powierzchnię miedzi należy przemyć gąbką nasączoną używanym środkiem trawiącym do momentu aż wszystkie punkty uzyskają charakterystyczny matowy wygląd.

Tak zmatowiona i oczyszczona powłoka po dokładnym wyplukaniu resztek środka trawiącego jest gotowa do cynowania.

W jakim naczyniu najlepiej przeprowadzić proces cynowania ?

Proces cynowania można przeprowadzać w naczyniach do których nie przylgnie stop Lichtenberga.

Dopuszczalne zatem sa emaliowane rondelki, nierdzewne brytwanki, pokryte lakierem zabezpieczającym puszki, szklane naczynia żaroodporne.

Najlepsze efekty uzyskuje się w niskich metalowych naczyniach niewiele większych od cynowanej płytki gdzie bedziemy mogli nalać 5-6cm wody bez ryzyka jej rozlania.

Ma to związek z tym ze metalowe naczynia (w przeciwieństwie do tych szklanych) szybciej się nagrzewają, a na dnie takiego naczynia panuje wyższa temeratura.

Mniejsze naczynia to mniejsza powierzchnia parowania wody a co za tym idzie łatwiej przeprowadzic proces cynowania.

Czym nanosić roztopiony stop na powierzchnię cynowanej płytki ?

Najszybszym sposobem jest użycie prostego narzędzia wykonanego z kawałka blachy miedzianej lub fragmentu laminatu z dwustronnego z dolutowanym uchwytem.

do powierzchni tego narzędzia przyklei się pewna porcja stopu, którą w łatwy sposób rozprowadzimy po cynowanej płytce przez pocieranie - postęp cynowania jest od razu widoczny.

Ważne jest by krawędzie takiego narzędzia były gładkie i bez zadziorów, w przeciwnym wypadku możemy poprzecinać cieńsze ścieżki lub uszkodzic soldermaskę (jeśli płytka takową posiada).

W przypadku gdy posiadamy naczynie z płaskim dnem a na dnie zgromadzona jest większa ilość stopu wystarczy odwrócić płytkę ścieżkami do dołu i pozwolić by do płytki przylgnął stop.

Czy zbieranie nadmiaru stopu Lichtenberga z cynowanej płytki drukowanej jest konieczne ?

Nie, nie jest konieczne, aczkolwiek usunięcie jego nadmiaru jest wskazane z innych powodów.

Stop Lichtenberga w fazie ciekłej wykazuje bardzo dużą adhezję do powierzchni miedzianych oraz ma duże napięcie powierzchniowe.

W kontakcie z miedzią doskonale do niej przylega. W przypadku niewielkich odległosci pomiędzy punktami lutowniczymi mogą powstawać pomiedzy nimi "mostki".

Usunięcie nadmiaru stopu silikonową łopatką lub szpatułką eliminuje ten problem.

Mniejsza ilośc stopu na ściezkach to mniejsza ilośc bizmutu w spoinie po procesie lutowania elementów, a co za tym idzie spoina tylko nieznacznie niższą temeraturę topnienia w stosunku do stopu LC60.

Czym usuwać nadmiar stopu z płytki drukowanej ?

Nadmiar stopu możemy zbierać różnego rodzaju narzędziami które nie uszkodzą cynowanej powierzchni. może to być kawałek plastikowej szpachelki,

szpatułka owinięta gazą, najlepsze jednak efekty uzyskuje się elastycznymi silikonowymi łopatkami z prostymi krawędziami (im szersza tym lepsza).

Ile gram stopu potrzeba zeby pocynować płytkę drukowaną ?

Wszystko zalezy od grubości stopu jaką pozostawimy na płytce, jej wymiarów, oraz obecności soldermaski.

Widoczne na zdjęciach płytki drukowane mają wymiary 43x82mm i posiadają soldermskę, a na wykonanie 7 sztuk tej płytki zużyto 1,2grama stopu (pomiar wagą z dokładnoscią 0,1grama)

Mile będą widziane opinie osób które tę metodę wypróbują. Mam nadzieje, że ten sposób cynowania płytek spodoba się wam tak bardzo jak mnie, i stanie się przez to popularniejszy.

IMG_536a7b991df167421.thumb.jpg.1d99a96a404f900daef5f185a5bc33b2.jpg

Link to post
Share on other sites

Rozumiem, że to swego rodzaju reklama, jednak temat ciekawy i może kogoś zainteresuje więc zostawiam 😉

Poprawiłem formatowanie, aby było zgodne z naszym regulaminem oraz regulaminem działu.

Link to post
Share on other sites

Strasznie z tym dużo zabawy, a powstałą powłokę i tak pewnie będzie trzeba zabezpieczyć. Jeszcze pozostaje ryzyko poparzenia. Raczej pozostanę przy roztworze kalafonii w acetonie.

Link to post
Share on other sites

Ja się pokusiłem o taki sposób cynowania i jestem z niego bardzo zadowolony. Istnieje ryzyko poparzenia, ale chyba umiemy zrobić tak, żeby się nie poparzyć, prawda?

Link to post
Share on other sites

artykuł fajny, metoda ciekawa, chętnie bym wypróbował. Dodajcie do oferty to całe kowadełko i silikonową łopatkę to może się skuszę 😅

Link to post
Share on other sites
artykuł fajny, metoda ciekawa, chętnie bym wypróbował. Dodajcie do oferty to całe kowadełko i silikonową łopatkę to może się skuszę 😅

Witam, kowadełko jest do nabycia na allegro, szpatułkę do ściągania na chwilę obecną można zorganizować we własnym zakresie, na przykład w markecie (te którego ja prywatnie używam jest firmy TIROSS).

Co do oparzeń to w tym przypadku ryzyko jest takie samo jak podczas mieszania zupy 🙂.

Efekt jaki uzyskujemy po procesie jest zdecydowanie trwalszy i estetyczniejszy, niż po użyciu kalafonii z acetonem, a przede wszystkim, metoda zapewnia dużo lepszą lutowalność powłoki.

Pod względem lutowalności, można ta metodę porównać do powłoki nałożonej metodą HAL.

Link to post
Share on other sites

"ryzyko poparzenia"

A to przy lutowaniu nie ma takiego ryzyka 😃?

Mi taka metoda bardzo pomaga przy lutowaniu, płytka jest już wstępnie pokryta cyną i ładnie zabezpieczona. Przy odrobinie wprawy powierzchnia jest gładka i ładnie się prezentuje.

Ilości zużywane na jedną płytkę są bardzo małe i do tego to co za dużo się rozpuści powrotem można odzyskać, kulki stopu jak w terminatorze trzeba zgonić do jednego miejsca i po ostudzeniu mamy kawałek do ponownego użycia.

Przed takim pokryciem polerka miedzi papierami wodnymi, na końcu pryskam delikanie Cilit Bang kamień i brud (zawiera kwas mrówkowy) opłukujęi osuszam płytkę pod strumieniem powietrza.

Link to post
Share on other sites
Zarejestruj się lub zaloguj, aby ukryć tę reklamę.
Zarejestruj się lub zaloguj, aby ukryć tę reklamę.

jlcpcb.jpg

jlcpcb.jpg

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

Dołącz do dyskusji, napisz odpowiedź!

Jeśli masz już konto to zaloguj się teraz, aby opublikować wiadomość jako Ty. Możesz też napisać teraz i zarejestrować się później.
Uwaga: wgrywanie zdjęć i załączników dostępne jest po zalogowaniu!

Anonim
Dołącz do dyskusji! Kliknij i zacznij pisać...

×   Wklejony jako tekst z formatowaniem.   Przywróć formatowanie

  Dozwolonych jest tylko 75 emoji.

×   Twój link będzie automatycznie osadzony.   Wyświetlać jako link

×   Twoja poprzednia zawartość została przywrócona.   Wyczyść edytor

×   Nie możesz wkleić zdjęć bezpośrednio. Prześlij lub wstaw obrazy z adresu URL.

×
×
  • Utwórz nowe...

Ważne informacje

Ta strona używa ciasteczek (cookies), dzięki którym może działać lepiej. Więcej na ten temat znajdziesz w Polityce Prywatności.