Spajka: definicija, vrste, sestava in uporaba

Vse o spajki: definicija, vrste (mehka/trda, svinčeva/brezsvinčna), sestava, fluks in uporaba pri elektroniki, vodovodu ter spajkanju.

Spajka je kovina ali zlitina, ki se topi pri relativno nizki temperaturi in služi za trajno povezovanje dveh ali več delov. Postopek uporabe spajke pri spajanju kovin imenujemo spajkanje. Spajke delimo v glavne skupine glede na temperaturo taljenja in način uporabe: mehka spajka (soft solder) in trda spajka oziroma lemljenje/brazing. Mehka spajka se običajno topi pri temperaturah do približno 450 °C in se uporablja z ročnim spajkalnikom in se pogosto uporablja v elektroniki in elektriki. Trda spajka oziroma lemljenje se izvaja pri višjih temperaturah (nad približno 450 °C) z gorilnikom ali v peči in ustvarja močnejše spoje, primerne za mehanske obremenitve.

Vrste mehkih spajk

Obstajata dve glavni skupini mehkih spajk:

• Svinčeve spajke – klasične spajke vsebujejo kositra in svinca. Najpogostejše razmerje je 60/40 (približno 60 % kositra in 40 % svinca) ali 63/37 (63 % kositra in 37 % svinca). Eutektčna zlitina 63/37 ima talno točko okoli 183 °C, medtem ko 60/40 utegne imeti nekoliko širše območje taljenja. Ker vsebujejo svinec, so te spajke strupene in zlasti problematične pri stiku s hrano ali pitno vodo.
• Spajke brez svinca – zaradi okoljskih predpisov (npr. Evropska unija, Kitajska, Kalifornija in drugi) iz leta 2006 naprej je v mnogih potrošniških elektronskih izdelkih obvezna uporaba spajk brez svinca. Najpogostejše brezsvinčne zlitine so na osnovi kositra z dodatki srebra in bakra (npr. SAC z okoli 96,5 % Sn, 3,0 % Ag, 0,5 % Cu – pogosto imenovana SAC305), ki talijo pri približno 217–220 °C. V nekaterih formulacijah je dodan indij za znižanje temperature taljenja in izboljšanje lastnosti, vendar je indij drag.

Sestave in alternative

Poleg omenjenih obstajajo tudi druge mešanice in specialne zlitine: Sn–Bi zlitine (nizka temperatura taljenja, uporabne za popravila pri občutljivih komponentah), Sn–Cu (cenejša brezsvinčna možnost), in spajke z dodatkom srebra ali bakra za boljše mehanske lastnosti. V preteklosti so se svinčene spajke uporabljale tudi v pločevinkah za hrano, kar je pozneje privedlo do zastrupitev, ker je svinec prehajal v živila; zato je uporaba svinčenih spajk v vodi in večini potrošniških izdelkov zdaj omejena ali prepovedana.

Flux (topilo) in tehnika spajkanja

Pri spajkanju pogosto nastane oksidacija kovin, ki na površinah tvori plast kovinskega oksida, ta plast pa preprečuje pravilno vlaženje in oprijem spajke. Zato uporabljamo fluks (topilo), ki reagira z oksidi in jih odstrani ali pretvori nazaj v kovino, kar omogoči, da se spajka pravilno oprime podlage. Najpogostejše oblike topil so:

• Kalafonija – tradicionalno topilo za elektroniko; particlodno nežno. (Original: Kalafonija je običajno topilo.)
• Vodotopna topila – bolj aktivna, po spajkanju jih je običajno treba sprati z vodo, da ne povzročajo korozije.
• No-clean – topila, ki po spajkanju pustijo zelo malo ostankov in jih ni treba čistiti v večini primerov.

Spajka se lahko dovaja v žici s jedrom s topilom (kjer je topilo v notranjosti žice), v obliki past (s strojno nanašanimi pastami za SMT komponente), ali kot trdni trak za lemljenje v peči. Pri industrijskih postopkih se uporabljata reflow (za SMT) in wave soldering (za skozi-vodno tehnologijo) kot množična metoda.

Trde spajke in spajke za steklo

Trda spajka oziroma lemljenje (brazing) uporablja zlitine, ki se topijo pri višjih temperaturah in dajejo bolj trdne ter temperaturno odporne spoje. Obstajajo tudi posebne spajke za povezovanje stekla ali keramike z drugimi materiali; take spojine ali steklena spajka (stekleni friti ali posebni lepili) se lahko talijo pri približno 450–550 °C in se uporabljajo v steklarstvu, vitražih in pri tesnjenju/poravnavanju steklenih komponent.

Tehnične in varnostne opombe

• Pri spajkanju svinčenih zlitin obstaja tveganje za izpostavljenost svincu — zato je pomembna dobra ventilacija, uporaba izvlečnih naprav za hlape in skrb za higieno (umivanje rok, ne jesti pri delovni površini).
• Spajkalne pare in produkti topil lahko povzročajo draženje dihal; vedno uporabljajte lokalno odsesavanje ali respirator po potrebi.
• Pri brezsvinčnih spajkah so temperature taljenja višje, kar lahko ob nadaljnjem segrevanju poškoduje občutljive komponente. Tudi pojav tin whiskers (rast kosmatega kositra na površinah) je pri nekaterih brezsvinčnih premazih tveganje, zato industrija uporablja različne ukrepe za zmanjšanje tega pojava.
• Po zakonodaji (npr. EU) so nekatere uporabe svinca v potrošniških izdelkih omejene ali prepovedane; kljub temu so izjeme in industrijske aplikacije, kjer je dovoljena uporaba svincevih zlitin zaradi tehničnih zahtev.

Praktični nasveti

• Izbirajte spajko glede na aplikacijo: 63/37 (eutektik) je primeren za natančno elektroniko (kratek prehod v tekoče stanje), SAC-zlitine so standard za brezsvinčno industrijsko spajkanje.
• Uporabljajte ustrezno topilo za material in postopek; pri občutljivi elektroniki so no-clean fluksi praktični, vendar je za kritične spoje priporočljivo čiščenje ostankov.
• Poskrbite za primerno temperaturo spajkalnika in čas segrevanja, da ne povzročite hladnih spojev ali termičnih poškodb komponent.
• Za večje mehanske obremenitve ali visoke temperature uporabite trdo spajko oziroma lemljenje.

Na kratko: spajka je ključni material pri spajanju kovin in drugih materialov v elektroniki, vodovodnih instalacijah, steklarstvu in industriji. Poznavanje vrst zlitin, topil, postopkov in varnostnih zahtev omogoča zanesljive in trajne spoje.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je spajka?

V: Kateri sta dve vrsti spajk?

V: Kateri sta dve glavni vrsti mehke spajke?

V: Pri kakšnih temperaturah se te različne vrste spajk talijo?

V: Zakaj so nekoč uporabljali svinec v pločevinkah za hrano?

V: Ali se svinec danes še vedno uporablja v elektroniki?

V: Kaj je topilo, ki se doda kovinam pred spajkanjem?

Išči po črki