A létfenntartó oxigén káros hatásai
Életünk szempontjából talán valamennyi elem közül legfontosabb az oxigén. Teljes földi létünk ettől a gáztól függ, nélküle nem működik a szervezetünk, és elképzelhetetlen a fennmaradásunk. Ugyanez az oxigén azonban a fémekhez nem minden esetben ilyen barátságos; a legtöbb fém szerkezetének gyilkosa az oxigénnel fellépő vegyi reakció, az oxidáció. Ez a folyamat elsősorban a fémek felületén fejti ki hatását, és különösen káros lehet olyan eljárások esetén, amelyek a különféle fémfelületek kölcsönhatásán alapulnak, mint például a forrasztás. Ha csak a pákás kézi forrasztásra összpontosítunk, egyrészt az oxidált felületeken nem tapad meg az ón, emellett pedig a pákahegy oxidált vasbevonata hőszigetelő réteget képez, így a forrasztási pont nehezebben kapja meg a szükséges hőenergiát, lassítva ezzel a kötés létrejöttét. A kialakult oxidréteg az elektromos vezetést is befolyásolja, ami kihathat az elkészült termék működésére is. Tovább bonyolítja a helyzetet az oxidáció azon tulajdonsága, hogy magas hőmérsékleten fokozattan jelentkezik, márpedig a forrasztás magas hőmérsékleten zajló folyamat – az ólommentes forrasztóanyagok elterjedésével pedig a hőmérséklet még tovább emelkedett.
Természetesen a forrasztás technológiájában megtalálható e káros hatás ellenszere is: a folyasztószer, amelynek elsődleges feladata az oxidrétegek eltávolítása a folyamatban részt vevő felültetekről és a további oxidáció kialakulásának megakadályozása. Sajnos azt is elmondhatjuk, hogy a folyasztószer legalább annyi gondot okoz, mint amennyit megold. Megfelelő adagolása a teljes folyamat kulcskérdésévé válik: a túl kevés folyasztószer nem látja el megfelelően a feladatát, ha pedig túl sok van belőle, egyrészt szintén káros lehet az érintett fémfelületekre, például a pákahegy vasbevonatára, másrészt a terméken maradó szer károsan befolyásolhatja annak későbbi működését. Emiatt szükség lehet a termék tisztítására, további idő- és költségigényes lépésekkel megnehezítve a gyártási folyamatot.
Nemesgáz – drága mulatság
A fenti nehézségek ismeretében joggal merül fel a kérdés: vajon a levegő, annak oxigéntartalmával együtt, valóban megfelelő környezet-e a forrasztáshoz? Túlzás nélkül állíthatjuk, hogy az oxigénre csak a forrasztást végző személynek van szüksége. Egy nemesgázból álló atmoszféra technológiai szempontból ideális környezetet teremthet: mivel e gázok semmilyen más anyaggal nem lépnek reakcióba, nem zavarják meg a kötés kialakulását, és teljes mértékben kiküszöbölik a fentebb felsorolt gondokat. Ám, ha a gazdasági oldalt is figyelembe vesszük, a kép árnyaltabbá válik, a nemesgázok ugyanis csak nagyon kis mennyiségben találhatók meg a természetben, előállításuk költséges, így a folyamat megfizethetetlen lesz.
Légből kapott megoldás
Van azonban egy másik gáz, amely bőségesen áll rendelkezésre, hiszen a Föld légkörének csaknem négyötödét alkotja, és csak nagyon csekély, szinte elhanyagolható mértékben lép vegyi reakcióba a fémekkel: a nitrogén. A kizárólag nitrogénből álló környezet, legalábbis a forrasztási folyamat számára lényeges szempontokból tekintve, a nemesgázokkal majdnem megegyező tulajdonságokkal bír. Egy ilyen közeg számos előnyös tulajdonsággal bír: gyorsabb és tisztább lesz a forrasztás folyamata. Mivel a folyasztószer szerepe csak a kezdeti oxidréteg eltávolítására korlátozódik, kevesebb és kevésbé aktív összetétel is megfelelő, csökkentve a maradványok képződésének lehetőségét. Mivel utólagos tisztítás ilyen esetben általában nem szükséges, a környezetet sem terhelik a tisztítószerek. Emellett a nitrogén a légkörből származik, és a folyamat során természetes közegébe, a légkörbe kerül vissza, így nem szennyezi a környezetet és nem gerjeszt üvegházhatást.
Mi kell hozzá?
Míg az automatikus gyártási folyamatoknál alkalmazott kemencék elég jól elkülönített terében viszonylag egyszerűen létrehozható a nitrogénes környezet, a kézi forrasztás nyílt térben történik, amelynek akár részleges leválasztása is bonyolult és kényelmetlen lenne. Itt az egyetlen járható út, ha a pákacsúcson kialakított fúvókával a forrasztási pontra fúvatunk egy kis mennyiségű, megfelelően előmelegített, nagy tisztaságú nitrogént, és az így keletkező enyhe túlnyomás kiszorítja a forrasztás pont közvetlen környezetéből a levegőt, melynek eredményeként a forrasztás csaknem teljesen tiszta nitrogénes környezetben zajlik le.
A módszer legnagyobb előnye, hogy csak kis mennyiségű nitrogént igényel, amely helyben előállítható, például sűrített levegőből való kiválasztással, egy helyi nitrogéngenerátor segítségével. Szükségünk lesz még egy, az áramlást szabályzó nyomáscsökkentő egységre és egy speciálisan kialakított, a nitrogént a pákacsúcshoz vezető járatokat tartalmazó pákára. A melegítést egy szokásos, a levegőben végzett forrasztásnál is használatos fűtésszabályzó egység végezheti. Egy ilyen munkaállomás kialakításával a következő hatásokra számíthatunk:
- gyorsabb lesz a forrasztás folyamata,
- alacsonyabb hibaszázalékkal készülnek a forrasztások,
- nő a pákahegyek élettartama.
Egyes gyártók, mint például a japán Hakko, teljes, a fentebb felsorolt minden funkciót ellátó, egymással összehangolt elemekből álló rendszereket kínálnak a módszert bevezetni kívánók részére.
Akkor ez egy csodaszer?
A műszaki megoldások terén nincsenek csodaszerek, így a nitrogénes forrasztás sem az. Bár a fentebb felsorolt pozitív hatások minden esetben jelentkeznek, a mértéküket nehéz lenne előzetesen megbecsülni. Kutatások kimutatták, hogy a nitrogén hatásai nagymértékben függenek a nyomtatott áramköri kártyák forrasztófelületeinek kiképzésétől, az alkatrészek forrasztott kivezetéseinek anyagától, valamint a forrasztóötvözet és a folyasztószer összetételétől. Egyes esetekben kiugró mértékű javulást lehetett kimutatni, más helyzetben pedig az eredmények alig haladták meg a levegős forrasztásnál tapasztalt értékeket.
Ezért minden termék és minden munkafolyamat gondos mérlegelést igényel. A nagy értékű alkatrészeket tartalmazó, magas minőségi követelményeket támasztó áramkörök esetében minden bizonnyal könnyen megtérülnek a befektetett erőforrások.
