Vysokofrekvenční pájení

Datum: 27.06.2017

Kategorie: Ruční pájení

Základní myšlenkou principu je schopnost některých magnetických materiálů měnit své magnetické vlastnosti se zvyšující se teplotou.

Magnetické materiály je možno rozdělit na šest základních druhů:

diamagnetické látky se skládají z atomů bez magnetického momentu. Jestliže se tato látka vloží do magnetického pole, zeslabuje jí procházející magnetické siločáry,

paramagnetické látky; atomy těchto látek mají sice vlastní magnetický moment, ale jsou neuspořádané. Látka se jako celek jeví jako nemagnetická. Po vložení látky do magnetického pole se atomy orientují ve směru vnějšího pole a zesilují ho. Mimo magnetické pole se látky chovají jako nemagnetické,

feromagnetické látky; mají atomy s vlastním magnetickým momentem. Po vložení do vnějšího magnetického pole se atomy s vlastním magnetickým momentem paralelně srovnají v oblastech zvaných domény (makroskopické oblasti látky) s vnějším polem. Po zrušení vnějšího magnetického pole vykazuje látka trvalé magnetické účinky.

Dále se látky dělí na: antiferomagnetické, ferimagnetické, metamagnetické; tyto se chovají při vyšších teplotách jako paramagnetické.

Zde je velmi důležité poznamenat vliv teploty a vysvětlit tzv. Curierův bod. Curierův bod (C. teplota, bod magnetické přeměny) je teplota, při níž zaniká feromagnetismus látek; při této teplotě tepelný pohyb atomů překoná vnitřní síly působící spontánní magnetizaci a látky se stávají paramagnetické.

Princip je tedy jednoduchý. Vloží-li se feromagnetická látka do střídavého magnetického pole, vznikají v této látce hysterezní ztráty a ztráty vířivými proudy. Důležité jsou hlavně hysterezní ztráty. Ty jsou přímo úměrné objemu látky, frekvenci střídavého magnetického pole a ploše hysterezní smyčky. Ztráty se projevují zahříváním látky. To znamená, že feromagnetická látka se ve střídavém magnetickém poli vlivem hysterezních ztrát zahřívá, jakmile teplota dosáhne Courierova bodu, látka se změní na paramagnetickou a hysterezní ztráty klesnou (mění se plocha hysterezní křivky). Jak látka chladne, stává se opět feromagnetickou. Tento děj se neustále opakuje, tudíž teplota látky je na Courierově bodu. Každá látka má Courierův bod různý, např. železo 769°C, nikl 358°C, atd). Vhodnou slitinou je možné docílit požadované teploty.

Tento princip nejprve využila firma Weller, která dodává pájedla s klasickým vyhříváním, ale s hrotem, který má magnetické tělísko udržující sepnutý kontakt pro žhavení hrotu pájedla. Jakmile stoupne teplota, při níž se toto magnetické tělísko změní na paramagnetické, neudrží (ztrácí své magnetické vlastnosti) již sepnutý spínač žhavení. Takto se velmi přesně stabilizuje teplota hrotu pájedla.

Další firmou, která založila celý svůj výrobní program na tomto principu, je americká společnost Metcal. Tato firma úplně vyloučila klasické tepelné těleso vyhřívající hrot pájedla napájené nízkým napětím. Využila vlastního zahřívání žhavícího tělesa hysterezními ztrátami. Pájedlo se skládá ze zdroje vf napětí o kmitočtu 13,56 MHz a 470 kHz (výkon 40 W, resp. 35 W) a pájecího hrotu, jež jsou spojeny koaxiálním kabelem. Hrot obsahuje cívku, ve které je vloženo tělísko z feromagnetického materiálu. Tímto uspořádáním se podařilo zlepšit využití energie a zvýšit účinnost celého zařízení. Pájecí hroty jsou zhotoveny z různých slitin lišícím se Courierovým bodem a nabízeny pro teploty např.: 270 °C, 330 °C a 395 °C. Podle firemních údajů je teplota udržována s přesností ±1,1°C.

Sortiment dodávaných pájedel je dostatečně široký. Velká škála hrotů je schopna postihnout většinu problémů, které se vyskytují v klasické i povrchové montáži. Tyto hroty se tvarem nijak výrazně neodlišují od klasických hrotů tepelně vyhřívaných pájedel.

Mezi nesporné výhody patří:
rychlá odezva na zatížení. Například pájí-li se velké plochy, které odvádí velké množství tepla, udržuje si hrot stále stejnou teplotu, pájená plocha se postupně taví a nastává velký přenos energie ze zdroje vf napětí do pájecího hrotu. Podobný případ nastává, jestliže je pájeno na keramickou podložku. Zde je také potřeba velkého množství tepla. V běžné praxi se používají pro snazší zpracování elektricky vyhřívané “plotny”, které usnadní pájení. U vysokofrekvenčních pájedel nejsou nutné.

Velmi dobrá teplotní stabilita hrotu a náběh teploty oproti klasicky vyhřívanému hrotu.
Není nutná kalibrace teploty, teplota hrotu je daná materiálem vyhřívacího tělíska (Couriérův bod).
Jednoduchá údržba, velmi snadná výměna hrotu. Vlastní hroty mají menší objem.
Pro výše uvedené výhody si tato pájedla jistě najdou své místo v elektrotechnickém průmyslu. Závěrem je třeba podotknout, že podobných výsledků lze dosáhnout i dokonalou zpětnou vazbou. Existují výrobci, kteří dosahují stejných pájecích charakteristik.

Na obrázku je znázorněno zapojení vysokofrekvenčního pájedla.