KOMPONENTTIEN, JOHTIMIEN YMS.KÄSITTELY



24.2.2013

Toisaalla kotisivullani on käsitelty myös tätä aihetta. Asenteeni työn suorittamiseen on aika kriittinen kuten jatkossa voi havaita.
Olen sitä mieltä, että varsinkin harrastehommissa on aikaa tehdä työ kunnolla aivan päinvastoin kuin kiireisessä massatuotannossa jossa jopa tarkoituksellisesti tehdään huonoa työtä ja suunnittelua jotta laite ei kestäisi liian pitkään.
Tekemällä laite kunnolla ottaen huomioon myös se käyttöolosuhteet ja niiden asettamat vaatimukset on mahdollista rakentaa laitteita jotka kestävät toimintakuntoisina vuosikymmeniä. Lisäksi siististi tehtyä työtä kehtaa näyttää muillekin.

Tässä vaiheessa en käsittele pintaliitoskomponenttien asennusta. Siitä on tulossa lisäystä tähän myöhemmin.

Asennettaessa komponentteja piirilevylle ei nykyisin ole tapana taivuttaa niiden johtimia komponenttien paikallaanpitämiseksi koska varsinkin teollisuudessa on jo pitkään ollut tapana käyttää kokoonpanoalustoja, joissa joustava materiaali painaa osat kiinni piirilevyyn.
Tämä asennustapa helpottaa huomattavasti korjaustoimenpiteitä, koska taivuteltujen juotettujen johtimien irroittaminen piirilevyltä on aina enemmän tai vähemmän hankalaa.

Komponentti pysyy tietenkin mekaanisesti paremmin piirilevyllä, mikäli johtimet ovat juotospuolelta taivutetut ja komponentti myös komponenttipuolelta tukeutuu piirilevyyn.
Kuitenkin vaativaan sotilaskäyttöön tehdyissä piirilevyissä ei raskaiden osien pysyvyyttä varmisteta niinkään sähköisten liitosten tukevuudella vaan komponenttien sitomisella, liimaamisella jne.



Ylläolevasta Military Specification MIL-S-45743E mukaisesta kuvasta on nähtävissä miten aksiaalikomponentti tulisi asentaa.
Normaalisti ei johtimia tarvitse - kuten aiemmin mainitsin - taivuttaa juotospuolelta.
Tästä johtimien taivutustavasta juotospuolella on sittemmin luovuttu militäärikäytössäkin. Kuvasta on nähtävissä oikeaoppinen johtimien taivutus eli johtimet ovat komponentin akselinsuuntaiset taivutukseen asti.
Taivutus tulisi tehdä joko tarkoitukseen tehdyllä taivutusvälineellä tai sitten pihdeillä, joiden reunat ovat hivenen pyöristetyt.
Tämä tarkoittaa siis sitä, ettei komponenttilangan taivutusta tehdä liian terävästi, koska se teräväreunaista pihtiä käytettäessä voi jo tässä vaiheessa osittain leikkautua tai murtua.



Kuvassa on nähtävissä kaksi työvirhettä eli taivutuspihdit ovat vahingoittaneet vastuksen johdinta ja tina ei ole noussut komponenttipuolelle.



Tässä kuvassa ihan käytössä olleen laitteen piirilevyn yksityiskohta jossa näkyy taivutusvälineen litistämät diodien johtimet

Irroitettaessa rakenteeltaan herkästi murtuvia osia kuten kerkoja, jotka on pakattu automaattikoneissa käytettäville nauhoille on normaalisti syytä leikata komponentin langat sivuleikkureilla nauhan vierestä poikki eikä yrittää vetää osaa irti nauhasta.

Tärkeää on mekaaniselle rasitukselle alttiissa oloissa se, että komponentti on kiinni piirilevyssä.
Toisaalta taas lämpenevä komponentti - kuten tehovastus - on juotettava yleensä siten, että se on selvästi irti piirilevyn pinnasta. Tällöin on komponenttilankoihin tehtävä piirilevyn komponenttipuolelle taivutukset estämään folioiden irti repeämistä juotospuolella komponentin mahdollisesti liikuessa piirilevyn suuntaan.



Kuvassa on pari Philipsin 1W vastusta jotka on teollisesti taivutettu siten, että komponentti jää edellä mainitulla tavalla irti piirilevystä ja
toisen taivutuksen takia pysyy myös paikoillaan juotettaessa. Työ on vaan tehty huolimattomasti ja vastus ei ole keskeisesti rasterijaolla

Aiemmassa militäärispeksin mukaisessa kuvassa on nähtävissä hauenleuan käyttö jäähdytyksessä. Tätä voidaan joskus tarvita esim. arkoja diodeja tms. juotettaessa.

Laatikkomaiset komponenttikotelot, joita on esimerkiksi polyesteri - ja tantaalikondensaattoreissa asettuvat ilman muuta oikeaan asentoon kun ne painetaan piirilevyyn kiinni.
Epämääräisempiä ovat mielestäni monet pienet elektrolyytit, tippatantaalit ja kerkot, joita ei niiden mallin takia oikein saa koskaan asennettua tukevasti ilman liimausta.
Ammattielektroniikassa ei muutenkaan ole yleensä suosittu tippatantaaleja ja "japanilaistyyliin" asennettuja pikku lyyttejä.

Palataan tässä nyt sitten vähän vanhempaan aikaan ja tutkitaan "vanhan hyvän ajan" siistin asennuksen ongelmia.
Olen käyttänyt aikoinani paljon AVX:n 100nF konkkia logiikkapiirien jännitesyötöissä. Ne asentuvat laatikkomaisina hyvin piirilevyn pintaan asti.
Mutta kuinkas käykään samankaltaisten pienempien konkkien kanssa kun kotelo on jostain syystä pitänyt pienentää, mutta johtimet on tehtaalla taivutettu isommalle rasterille.
Teollisessa kokoonpanossa käytetyillä välineillä on aika hankala saada noita pysymään ojennuksessa. Jos komponentin kotelomalli on laatikko niin johdot pitää tulla siitä suorina
ulos oikealla rasterilla. Tässä taivutettujohtoisessa mallissa on lisäksi se mahdollisuus, että komponentin lujempi painaminen sitä asennettaessa piirilevyä päin rikkoo kondensaattorin kotelon.



Seuraavan kuvan Fiskarsin tekemällä kortilla kaikki muut komponentit ovat asentuneet kohtuullisen hyvin paitsi nämä konkat



Ja vielä vähän lähempää katsottuna



Transistorien alla on perinteisesti käytetty ammattielektroniikassa eristeaineisia aluslevyjä piirilevyn ja komponentin välissä. Niitä voidaan käyttää hyvin muidenkin komponenttien alla kuten seuraavan kuvan metallikannuisessa RF-releen asennuksessa on menetelty,



Seuraavan kuvan releen asennus vaikuttaa kyllä hienolta siinä kun on jousikiinnike kannusta maahan ja se maadoittaa kuoren hyvin. Sen sijaan tämä asennus
ei estä tärinän tai iskujen repimästä juotospuolen folioita koska releen alla ei ole aluslevyä eikä jousikiinnikkeessä mutkaa tai muuta estettä komponenttipuolella.



Isot komponentit - kuten suuret elektrolyyttikondensaattorit - on ilman muuta kiinnitettävä muullakin tavalla kuin pelkän johdinliitosten juottamisen avulla.
Joissain elektrolyyttimalleissa on kiinnitykseen tarkoitettuja juotoskorvia tai piikkejä.
Aksiaalinen iso komponentti voidaan kiinnittää nippusiteiden avulla piirilevyyn porattujen reikien kautta alustaansa kuten seuraavien kuvien elektrolyyttikondensaattori - nippuside on tosin tässä 30 v. vanhassa kortissa vähän löystynyt!.



Seuraavassa kuvasssa on lisäksi näkyvissä mainittu piirilevystä irti olevien komponenttien lankojen taivutus asennetuina paikoilleen



Erityisen kovaan tärinään tai G-voimille alttiisiin paikkoihin tulevissa laitteissa on esim. kannoille tulevat (ja muutkin suuret) mikropiirit syytä kiinnittää sitomalla kantaan tai vieläkin lujemmin piirilevyyn tehtyjen reikien kautta sidenauha asentamalla.



Kuvassa on piirilevyllä kaksi Mini-UHF-liitintä (onkohan suunnattu myös USA:n markinoille kun tuommoisia on käytetty?) Joista toisen kiinnitysruuvi on unohtunut pois? Liitintä joka lähtee laitteesta ulos ei normaalisti saa jättää pelkkien piirilevyjuotosten varaan koska liittimeen kohdistuu helposti vääntöä mikä murtaa juotokset. Kuvan liitinmalli on muutenkin kummallinen koska kyllä tämmöiseen kiinnitykseen pitäisi olla liittimessä kaksi ruuvinpaikkaa ja lisäksi vielä mielellään kiinnitys koteloon liitinkierteeseen kierretyllä mutterilla.



Kuvassa pari asennusvirhettä jotka voivat olla vaikutukseltaan pahoja. Piirilevyn pesu on muuten suoritettu isopropanolin kera harjaamalla siten että ylärivissä
pesu on tehty välittömästi juottamisen jälkeen ja alarivissä n. kuukausi juottamisesta. Ero tuloksessa on huomattava!

Johtimien päät tulee katkaista juotospuolelta aina ennen juottamista, sillä johtimen katkaisu voi vioittaa juotosta tai pakottaa johdinta liikkumaan juotoksessa.
Johdin on katkaistava siten, että päätä jää vähintään 2 x johtimen halkaisija juotospuolen folion pinnasta katsottuna.
Kuitenkaan pää ei saa olla liian pitkä, mikä voi aiheuttaa oikosulun taipuessaan läheisiä juotospisteitä tai folioita päin.



Sama levy kuin aiemmassa kuvassa ennen pesua. Aika epäsiisti on pesemätön levy ja myös työvirheitä on vaikea nähdä hartsin alta

Ennenkuin piirilevyn reikien läpikuparointi yleistyi käytettiin putkinnittejä tai langanpätkää läpivientiin piirilevyn puolelta toiselle. Myös vioittuneen läpikuparoinnin korjauksessa voidaan käyttää pientä putkiniittiä.
Seuraavissa kuvissa on niittiä käytetty sekä läpivientiin että komponentin tai siltauksen "pitimenä". Tuote joku Nokian telelaite 70-luvulta





Piirilevyssä olevat läpikuparoidut reiät tulee myös juottaa. Koneellisessa juotoksessa tämä taphtuukin ilman muuta automaattisesti.
Se on sitä tärkeämpää mitä heikompi oletetaan piirilevyn valmistuslaadun olevan ja jos näitä pisteitä jää piiloon esim. komponenttien alle.
Joskus voi tapahtua läpikuparoiduissa reijissä juotoksen "räjähtäminen" johtuen piirilevyn epäpuhtauksien tai kosteuden höyrystymisestä.
Tällöin voi jossain tapauksessa läpikuparointi jopa katketa, joten tämmöisiä tilanteita on syytä tarkkailla.
Niin uusien levyjen kokoamisessa kuin huoltotöissäkin on syytä mm. edellämainitun syyn takia huolehtia siitä, että piirilevyt ovat kuivia ja tarvittaessa kuivata niitä ennen juottamista vaikkapa uunissa.
Lämpötila kuivatuksessa piirilevyille, joissa ei vielä ole komponentteja asennettuna saa olla 120°C ja korjattavissa tai asennettuja osia käsittävässä levyssä 50°C.

Piirilevyn juotoksenestolakkaus helpottaa työtä huomattavasti myös käsin juotettaessa koska ei tavitse varoa kovinkaan paljoa tinan menemistä väärään paikkaan. Seuraavassa kuvassa on pala 1990-luvun piirilevyä joka on koneellisesti juotettu ja varustettu juotoksenestomaskilla.



Erilaisissa itsetehdyissä ja muuten laatuluokittelemattomissa levyissä onkin syytä tarkistaa erityisesti komponenttipuolen "piiloon jäävien" folioiden laatu mahdollisten katkosten ja oikosulkujen varalta.
Niiden korjaaminen kun on jälkikäteen kovin työlästä.
Valmistusvirheitä olen vuosien mittaan tavannut tunnettujenkin piirilevytehtaiden protosarjoissa.

Piirilevyjen ja komponenttien varastointia pakkamattomana on syytä välttää, sillä ollessaan kosketuksissa ilman ja siinä olevien epäpuhtauksien kanssa niiden pinnoille muodostuu kerros, joka tekee kunnollisin juottamisen mahdottomaksi ilman perusteellista puhdistusta.

Juotoskorviin johtoja kiinnitettässä puojetaan lanka korvasta läpi ja kierretään 90 - 270°.
Liiallinen johtimen kiertäminen korvan ympäri hankaloittaa liitoksen irrottamista eikä kuitenkaan ole sähköisesti mitenmkään hyödyksi.

Viereisissä kuvissa on esitetty oikeaoppisia tapoja kiinnittää johdinpää juotoskorvaan tai juotostornin päähän.

Kytkettäessä putkenpitimiä, liittimiä, kytkimiä yms. joissa on liikkuvia tai joustavia juotoshylsyjä tai -korvia tulee ehdottomasti käyttää hienosäikeistä kytkentäjohdinta joka mahdollistaa em. osien liikkuvuuden.

Kytkentälankojen suhteen on huomattava, että monisäikeistä johtoa juotettaessa pitää johtimen kierre ensin aukaista, sitten leikata pää viistosti poikki ja kiertää johtimet alkuperäisen punonnan suuntaan yhtä kireäksi kuin alkuperäinen kierre.
Vasta tämän jälkeen johtimen pää on tinattavassa tai liitokseen juotettavassa kunnossa.

Johtimien kuorinta tulee suorittaa varoen, jottei säikeitä pääse katkeamaan.

Sotilaskäytössä katsotaan hyväksyttäviksi seuraavat johdinten vioittuneisuudet mikäli laatutasoa ei ole erikseen paremmaksi määrätty:

AWG alle 5 - ei yhtään viallista säiettä
AWG 6...10 - 1 viallinen säie
AWG 11..20 - 2 viallista säiettä
AWG yli 21 - 10% säikeiden lukumäärästä viallisia.

Juotettaessa monisäikeisiä johtimia juotoshylsyihin on varottava, ettei käytetä liikaa tinaa.
Liiallinen juotemäärä imeytyy kapillaarivoiman johdosta ylemmäs johtimeen.
Tällöin johdin tulee jäykäksi ja katkeaa helposti taivuteltaessa.
Jyrkkiä taivutuksia aivan juotoksen vierestä on vältettävä.

Tinattaessa johdinpäätä tai juotettessa juotoskorvaan tai -torniin on suurta apua "Anti Wicking" - tyypisistä pinseteistä.
Niillä estetään tinan nousu haluttua pidemmälle säikeelliseen johtimeen ja samalla suojataan johtimen eriste
vaurioitumiselta. Näitä pinsettejä pitää olla omansa jokaiselle johdinkoolle. Opastusta näistä löytyy
militääripuolen juotosoppaista.





Edellisessä kuvassa on esimerkki siitä, miten suoria johdinpäitä tulisi "oikeaoppisesti" jatkaa.
Kytkentälangasta tehdyn spiraalin sisään työnnetyt johtimet pysyvät lisäksi hyvin paikoillaan juotettaessa.
Muun muassa Nokia on käyttänyt em. menetelmää runsaasti aikoinaan erilaisissa ammattielektroniikan kytkennöissä.



Tässä kuvassa on käytetty juotospiraaleja koaksiaalireleen ohjausjohtimien liitoksissa. Releessä on kylläkin perinteiset juotostornit, mutta näin saadaan hyvä liitos tehtyä myös helposti.



Kahta johdinta toisiinsa kytkettässä on yhtenä vaihtoehtona tehdä niiden päihin koukut, joilla ne ovat mekaanisesti kiinni toisissaan ennen juottamista.
Myös joissain "ei-piirilevyasennukseen" tarkoitetuissa komponenteissa voi liitäntätapana olla juotoskoukku - kuten seuraavan kuvan hermeettisesti suljetussa releessä.



Vanhat monisäikeiset johtimet ovat usein huonosti juotettavia niiden pinnalle muodostuneiden oksidi ja likakerrosten takia.
Tällainen johdinpää tulee huolellisesti puhdistaa hienolla hiomapaperilla tms. ennen juottamista.
Joidenkin käämilankatyyppien emalieriste palaa pois johdinpäätä riittävästi sulassa tinassa "uittamalla". Muussa tapauksessa eriste on poistettava esim. hiomapaperilla ennen juottamista.
Tarkoitukseen on saatavissa myös kemiallisia eristeenpoistoaineita, mutta niiden käyttö ei harrastelijan vähäisen käyttötarpeen takia liene järkevää.
Juotettavien pintojen epäpuhtauksia voi mekaanisten toimenpiteiden lisäksi poistaa sopivilla liuottimilla esim. trikloorietyleenillä muistaen kuitenkin sen, että käyttää liuotinta joka ei vahingoita ympäristössä olevia eristeaineita yms.
Esimerkiksi asetoni sulattaa joitain muovilaatuja varsin tehokkasti.
Tehtäessä korjaustoimenpiteitä on oltava kemikaalien kanssa tarkkana, ettei vahingoita voimakkaalla liuottimella esim. piirilevyn lakkakerroksia yms. muualta kuin juotettavalta kohdalta.

JUOTTAMINEN