सोल्डरिंग डिमिस्टिफाइड: सोल्डरिंग में सफल होने के लिए मूल बातें समझना

सोल्डरिंग हासिल करना आश्चर्यजनक रूप से आसान कौशल है बशर्ते आप जानते हों कि आप क्या कर रहे हैं। उत्तरार्द्ध महत्वपूर्ण है क्योंकि शिल्प में 650 ° F पर संचालित होने वाले उपकरण के साथ अधिकतम 250 ° F का सामना करने के लिए रेटेड घटकों में हेरफेर करना शामिल है।

यहां त्रुटि की गुंजाइश काफी कम है और गलतियां अक्सर भयावह और महंगी होती हैं, जो अधिकांश शुरुआती को शुरुआती विफलताओं के माध्यम से बने रहने से हतोत्साहित करती हैं। हालांकि, शुरुआत में ही बुनियादी बातों को ठीक कर लेने से इससे पूरी तरह बचा जा सकता है।

सोल्डरिंग के मूल सिद्धांतों को जानने के लिए पढ़ें और अपने आप को जले हुए इलेक्ट्रॉनिक्स और टूटे हुए सपनों की भयावहता से बचाएं।

आपको सोल्डरिंग से परेशान क्यों होना चाहिए?

सबसे बुनियादी स्तर पर, सोल्डरिंग प्रवाहकीय धातु घटकों के बीच विश्वसनीय विद्युत (और फलस्वरूप यांत्रिक) कनेक्शन बनाता है। इसमें एक मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) पर तारों की एक जोड़ी या एक इलेक्ट्रॉनिक घटक को जोड़ना शामिल है।

आप में से महत्वपूर्ण विचारकों को आश्चर्य हो सकता है कि क्यों न सिर्फ तारों को एक साथ मोड़ें या नट और बोल्ट का उपयोग करके पीसीबी पर घटकों को संलग्न करें। इस दृष्टिकोण के साथ दो मुख्य समस्याएं हैं। शुरुआत के लिए, ऐसे कनेक्शन गति या कंपन के तहत यांत्रिक रूप से स्थिर नहीं होते हैं। दूसरे, हालांकि यंत्रवत् ध्वनि, फास्टनरों विद्युत रूप से स्थिर नहीं हैं।

हमने सोल्डरिंग के कुछ और तकनीकी पहलुओं पर स्पष्टता के लिए भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान दिल्ली में सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग विभाग से डॉ लक्ष्मी नारायण रामसुब्रमण्यम से इनपुट मांगा।

संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक्स को उत्पाद के पूरे जीवनकाल में लगातार चालकता बनाए रखने के लिए कम प्रतिरोध वाले विद्युत कनेक्शन की आवश्यकता होती है। फास्टनरों के साथ केवल घटकों को जोड़कर हासिल करना मुश्किल है। ऐसे जोड़ों में घटकों के बीच अपरिहार्य वायु अंतर ऑक्सीकरण (या लौह धातुओं के लिए जंग) की ओर जाता है, जो विद्युत चालकता को काफी कम कर देता है। ये बाधाएं लो-वोल्टेज सटीक इलेक्ट्रॉनिक्स अनुप्रयोगों के लिए सोल्डरिंग को अपरिहार्य प्रदान करती हैं।

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जब आप दो घटकों को मिलाते हैं, तो मिलाप स्वयं धातु (आमतौर पर तांबा) के साथ मिलकर एक पूरी तरह से नया मिश्र धातु बनाता है। सोल्डरिंग अनिवार्य रूप से आणविक स्तर पर घटकों को बांधता है, जिससे कोई वायु अंतराल नहीं होता है और इस तरह ऑक्सीकरण की संभावना समाप्त हो जाती है। अतिरिक्त यांत्रिक स्थिरता एक स्वागत योग्य बोनस है।

गलनक्रांतिक मिलाप मिश्र धातु और धातु विलायक क्रिया

धातुओं को एक साथ पिघलाकर बंधना एक जोखिम भरा प्रस्ताव है, यह देखते हुए कि अधिकांश अर्धचालक घटकों को 250 ° F के अधिकतम तापमान पर संचालित करने के लिए कैसे रेट किया जाता है। एक पीसीबी पर पैड के साथ एक एकीकृत चिप की लीड को फ्यूज करने के लिए गर्मी का उपयोग करना संभव नहीं है क्योंकि तांबा 1984 डिग्री फ़ारेनहाइट पर पिघलता है। विश्वसनीय जोड़ स्थापित करने से बहुत पहले आप घटक को भूनने के लिए बाध्य हैं।

यह वह जगह है जहां सोल्डर की अनूठी संरचना और थर्मोडायनामिक गुण काम में आते हैं।

सोल्डर एक यूटेक्टिक मिश्र धातु है जिसमें सीसा और टिन होता है। यूटेक्टिक बिट महत्वपूर्ण है क्योंकि यह मिश्र धातु को उसके घटक धातुओं की तुलना में काफी कम तापमान पर पिघलाने की अनुमति देता है। जबकि शुद्ध सीसा और टिन क्रमशः 620 ° F और 450 ° F पर पिघलते हैं, 63:37 के अनुपात में मिश्रित इन दो धातुओं से युक्त एक मिलाप मिश्र धातु सिर्फ 361 ° F पर प्रवाहित होने लगती है।

जबकि सोल्डरिंग ऐसा लग सकता है कि इसमें तांबे के तारों को पिघलाना शामिल है या घटक पीसीबी पर ले जाता है, वास्तव में, प्रक्रिया सोल्डर की धातु विलायक क्रिया का लाभ उठाकर काम करती है। जब तांबे के घटक लीड में गर्म मिलाप पेश किया जाता है, तो यह उजागर तांबे की सतहों को भेदने और भंग करने वाले विलायक के रूप में कार्य करता है। यह विलायक क्रिया उन्हें आणविक स्तर पर इंटरमेटेलिक परत में एक पूरी तरह से नया मिश्र धातु बनाने के लिए फ़्यूज़ करती है।

इस घटना को गीला करने की क्रिया कहा जाता है और यह सोल्डरिंग की प्रक्रिया के लिए बिल्कुल महत्वपूर्ण है-अर्थात, असमान घटकों को हाइब्रिड मिश्र धातु के निरंतर और विद्युत प्रवाहकीय शरीर में बदलना।

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फ्लक्स के साथ ऑक्सीकरण को हराना

मिलाप की धातु विलायक क्रिया सफल टांका लगाने वाले जोड़ों की नींव है। हालाँकि, व्यावहारिक रूप से, मिलाप अपने आप गीला करने की क्रिया शुरू नहीं कर सकता है। यह प्रक्रिया सोल्डर और कॉपर कंपोनेंट लीड दोनों को गर्मी की आपूर्ति करके उत्प्रेरित होती है।

यह एक समस्या है क्योंकि गर्मी भी उजागर तांबे की सतहों को हवा की उपस्थिति में तेजी से ऑक्सीकरण करने का कारण बनती है। आगामी ऑक्साइड सीमा परत एक बाधा के रूप में कार्य करती है जो गीलापन को असंभव बना देती है। घटक सतहों पर मौजूद गंदगी, जमी हुई मैल, उंगली के तेल, ग्रीस और अन्य दूषित पदार्थों से समस्या और भी बदतर हो जाती है। ये आगे एक सफल टांका लगाने वाले जोड़ के लिए आवश्यक धातु विलायक क्रिया को रोकते हैं।

आप सतहों को साफ करके स्क्रब करने का प्रयास कर सकते हैं, लेकिन जैसे ही आप तांबे के लेड पर फिर से गर्मी लगाते हैं, आप एक बिल्कुल नई ऑक्साइड परत का सामना करेंगे। यदि केवल सोल्डरिंग करते समय ऑक्साइड परत को हटाने का कोई तरीका था। ठीक यही फ्लक्स करता है।

फ्लक्स रसिन से बना होता है, जो पौधों से प्राप्त राल का एक ठोस रूप है। इलेक्ट्रॉनिक्स के उद्देश्य के लिए, रोसिन का उपयोग या तो अपने आप में किया जाता है या हल्के सक्रियकों के साथ मिलाया जाता है जो परिणामी प्रवाह को कमरे के तापमान पर गैर-संक्षारक और गैर-प्रवाहकीय रहने की अनुमति देता है। पर्याप्त गर्मी के साथ आपूर्ति किए जाने पर ऑक्साइड और अन्य दूषित पदार्थों को रासायनिक रूप से साफ़ करने के लिए यह पर्याप्त रूप से सक्रिय हो जाता है।

जब आप फ्लक्स के साथ सोल्डर की जाने वाली सतहों को कोट करते हैं, तो सोल्डरिंग प्रक्रिया के दौरान लगाई गई गर्मी फ्लक्स को उत्प्रेरित करती है और अशुद्धियों को दूर करती है। यह शुद्ध तांबे को उजागर करता है और गीला करने की क्रिया को संभव बनाता है। फ्लक्स को सोल्डरिंग से पहले घटकों पर लागू किया जा सकता है, लेकिन इसे सोल्डर वायर के माध्यम से प्रक्रिया के दौरान भी पेश किया जाता है।

अधिकांश आधुनिक सोल्डर तारों में रोसिन फ्लक्स से भरा एक आंतरिक कोर होता है जो सोल्डरिंग के दौरान स्वचालित रूप से फैल जाता है।

कब मिलाप करना है और कब मिलाप नहीं करना है

अब जब हमने सोल्डरिंग के पीछे के विज्ञान का पता लगा लिया है, तो यह जानना भी उतना ही महत्वपूर्ण है कि कब सोल्डर करना है और कब ऐसा करना एक बुरा विचार है। कुछ भी जिसमें पीसीबी शामिल है, लगभग विशेष रूप से मिलाप किया जाता है। प्रक्रिया उत्कृष्ट विद्युत चालकता और यांत्रिक बन्धन की एक उचित डिग्री प्रदान करती है, जबकि आपकी इलेक्ट्रॉनिक्स परियोजनाओं के समग्र आकार को काफी कम करती है।

हालांकि, कभी-कभी यह जानने के लिए भुगतान करता है कि आपको सोल्डरिंग का सहारा नहीं लेना चाहिए।

जबकि तारों को या तो एक दूसरे से या पीसीबी पर मिलाया जा सकता है, जब भी वांछित अनुप्रयोग में गति या कंपन की कोई डिग्री शामिल हो, तो आपको पुनर्विचार करना चाहिए। ऑटोमोटिव, रोबोटिक्स और 3डी प्रिंटिंग एप्लिकेशन ऐसे बेहतरीन उदाहरण हैं जहां सोल्डरिंग आमतौर पर पीसीबी तक ही सीमित है और सभी केबल टर्मिनेशन के लिए स्पष्ट रूप से इससे बचा जाता है।

ऐसा इसलिए है क्योंकि टांका लगाने वाले जोड़ कठोर होते हैं, लेकिन भंगुर होते हैं और इसलिए झुकने वाली थकान की चपेट में आते हैं। निरंतर कंपन और गति के अधीन विद्युत जोड़ों के लिए निश्चित रूप से एक वांछनीय विशेषता नहीं है। ऐसे अनुप्रयोगों में टांका लगाने वाले केबल झुकने की थकान से गुजरते हैं और परिणामस्वरूप भंगुर जोड़ों में विफल हो जाते हैं।

यही कारण है कि इस तरह के बलों के अधीन केबल टर्मिनेशन को इन अनुप्रयोगों में मिलाप करने के बजाय समेट दिया जाता है।

हालांकि यह उल्टा लग सकता है, सोल्डरिंग गैस-तंग, ऑक्सीकरण-प्रतिरोधी जोड़ों को प्राप्त करने का एकमात्र तरीका नहीं है। क्रिम्पिंग के दौरान उत्पन्न जबरदस्त दबाव तांबे को आणविक स्तर पर ले जाता है, जो उन्हें पूरी तरह से गैस टाइट बनाता है।

वास्तव में, समेटे हुए जोड़ यांत्रिक रूप से और साथ ही विद्युत रूप से अपने सोल्डर किए गए समकक्षों से बेहतर होते हैं, जबकि झुकने वाली थकान के लिए भी प्रतिरोधी होते हैं। डॉ. रामसुब्रमण्यम क्रिम्प्ड कनेक्शनों में इंटरमेटेलिक्स की अनुपस्थिति का हवाला देते हुए शुद्ध तांबे के इंटरफेस के लिए प्राथमिक कारण के रूप में बेहतर चालकता के साथ-साथ सोल्डर जोड़ों का प्रदर्शन करते हैं।

वह यह भी बताते हैं कि समेटे हुए जोड़ों का तांबा-से-तांबे का संबंध स्वाभाविक रूप से मजबूत होता है क्योंकि समान परमाणु मजबूत, स्थिर बंधन बनाते हैं। दूसरी तरफ, टांका लगाने वाले कनेक्शन में पाए जाने वाले असमान तांबा, सीसा और टिन परमाणु अपेक्षाकृत कमजोर बंधन बनाते हैं जो निरंतर तनाव में होते हैं, जो बदले में यांत्रिक तनाव के तहत थकान को तेज करता है।

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यही कारण है कि आपको अपने वाहन के इंजन डिब्बे में एक भी सोल्डरेड केबल टर्मिनेशन नहीं मिलेगा। निरंतर कंपन और गति के अधीन 3डी प्रिंटर और किसी भी अन्य डिवाइस के लिए ठीक वैसा ही।

जितना अधिक आप जानते हैं

सोल्डरिंग के अंतर्निहित यांत्रिकी को जानना और जब इसे अपनी परियोजनाओं पर लागू करना उचित हो, तो सफलता और क्षतिग्रस्त इलेक्ट्रॉनिक्स में सौ डॉलर के बीच का अंतर होगा।