Juottaminen

Juottamisella tarkoitetaan metallien liittämistä toisiinsa käyttäen liitoksessa metallia tai metalliseosta, jonka sulamispiste on alhaisempi kuin liitettävien materiaalien. Suosittuja juotosaineita ovat muun muassa sinkki ja tina. Menetelmää, jossa myös liitettävät aineet sulavat kutsutaan hitsaamiseksi.

Pehmeä- tai pehmytjuottamisessa juotteen sulamislämpötila on alle 450 °C erotuksena kovajuotosta, jossa juote sulaa yli 450 °C:n lämpötilassa. Kovajuottoa käytetään muun muassa putkitöissä, mitä nimitetään myös kapillaarijuotoksi.

Elektroniikka

Tinaimurin ja juottimen käyttöä.

Elektroniikan valmistuksessa juottamisella eli juotolla tarkoitetaan metallisten pintojen liittämistä toisiinsa sulalla yleensä tinapitoisella metalliseoksella eli juotteella. Elektroniikassa juotosliitoksen pääasiallinen tarkoitus on liittää pinnat sähköisesti toisiinsa.

Juotettaessa juotettavien pintojen, esimerkiksi kupari (Cu), hopea (Ag) tai nikkeli (Ni) materiaalit eivät sula. Sen sijaan pintojen väliin muodostuu niin sanottua välimetallia, joka on sekoitus juotettavien pintojen ja juotteen aineista. Esimerkiksi kun juotetaan kuparijohdinta piirilevyyn, muodostuu juotettavien pintojen välille kupari-lyijy-tina-seosta. Juotosliitos on mikrorakenteeltaan ja sähkönjohtokyvyltään erilainen kuin itse juoteseos tai liitettävien pintojen metallit. Juottaessa tarvitaan juotosapuaineina (juoksutteita) eli flukseja, joiden tehtävänä on muun muassa siirtää lämpöä juotettaville pinnoille, pelkistää epämetallisia yhdisteitä(metallioksideja) sekä suojata uudelleen hapettumiselta, alentaa sulan metallin pintajännitystä, ja edistää siten juotteen tasaista leviämistä. Juottamista edistää myös juotettavien pintojen pinnoittaminen hyvin juottuvalla materiaalilla, kuten esimerkiksi tinalla (Sn), kullalla (Au), hopealla (Ag) tai orgaanisilla suojapinnoitteilla. Juottumisen laatu voidaan nähdä pääsääntöisesti ns. kastumiskulmista, jotka voi nähdä juotteen ja liitettävän pinnan kulmina.

Elektroniikassa käytetyt juotemetalliseokset ovat tavallisesti sulamislämpötiloiltaan matalia, sillä elektroniikkakomponenttien kotelomateriaalit ja niiden rakenteet eivät kestä juuri korkeampia lämpötiloja kuin 260 °C. Puolijohteet, kuten diodit ja transistorit tuhoutuvat jo noin 150-175 °C:n lämpötilassa. Tyypillisin juoteseos on ollut tina-lyijy (SnPb), jossa niiden keskinäinen suhde vaihtelee käyttökohteesta riippuen. Yleisin käytetty koostumus on tinaa 63 painoprosenttia ja lyijyä 37 painoprosenttia, eutektisen seossuhteen ollessa tarkasti Sn 61,9 Pb 38,1.

Kuumuudelle arempia komponentteja juotettaessa voi liian lämmön johtaa vaikka pihteihin.

Tinaimuri.

1. heinäkuuta 2006 alkaen EU-maissa on rajoitettu tiettyjen haitallisten aineiden käyttöä sähkö- ja elektroniikkalaitteissa (RoHS-direktiivi). Tämän lainsäädännön vaikutuksesta kulutuselektroniikan juotemateriaaleista on poistunut lyijy. Tina-lyijyn korvaajaksi on tullut useita eri vaihtoehtoja, joista Sn96,5-Ag3-Cu0,5 on yleisin ns. SAC-juote. Myös juotteet ilman hopeaa (Ag) ovat osoittautuneet toimiviksi, esimerkiksi aaltojuotosprosessiin soveltuva juoteseos tina-kupari Sn99,3Cu0,7. Pitää kuitenkin huomata, että lyijyttömien juotteiden käyttö vaatii suuremman lämpötilan ja enemmän tietoa sekä taitoa harrastelijalta saada hyvä kontakti juotospintojen välille. Varsinkin aloittelijoiden on helpompi aloittaa perinteisellä tina-lyijyllä 60/40 tai 63/37 suhteella.

Tina-lyijyjuotteen korvaavilta juotteilta on haettu useita ominaisuuksia, joista tärkeimmät ovat eutektisuus, juotosliitoksen lujuus eri rasitusolosuhteissa (lämpöliikunnot, iskut ja viruminen) ja taloudellisuus.

Aaltojuotos on juottamismenetelmä, jota käytetään piirilevyjen juotosautomaatiossa.

Juotin (puhekielessä "kolvi") on työkalu, jolla yksittäisiä komponentteja tai johtimia juotetaan käsin, esimerkiksi laboratoriossa tai korjaamossa. Juotettaessa juottimella ei saisi koskettaa tinaa, vaan ensin lämmitetaan sekä piirilevyn kuparia ja komponentin jalkaa, jonka jälkeen tinalankaa voidaan työntää molempia pintoja vasten. Epäonnistunutta juotosta kutsutaan kylmäjuotokseksi eikä sellainen johda sähköä luotettavasti. Eräs onnistuneen juotoksen tuntomerkki on juotoksen kiiltävyys.

Putkien juottaminen

Pääartikkeli: Kovajuottaminen

Kovajuottaminen on metallien liittämistä toisiinsa käyttäen liitoksessa metallia tai metalliseosta, jonka sulamispiste on alhaisempi kuin liitettävien materiaalien.

Työturvallisuus

Korkeiden lämpötilojen vuoksi juottamisessa on palovammojen ja tulipalojen vaara. Kuumista lisäaineista syntyvät "höyryt", juotoskäryt, ovat ihmiskeholle haitallisia ja voivat jopa olla myrkyllisiä. Lisäksi vaaratekijöitä aiheuttavat automatisoidussa juottamisessa tarvittavat kemikaalit. Juotetta kuumennettessa ja sen sulaessa, siitä nouseva "höyry" on peräisin tinalangan sisällä olevasta juoksutteesta. "Höyryt" ärsyttävät silmiä tai hengitysteitä ja pitempiaikainen altistuminen aiheuttaa hengityselinsairauksia, kuten astmaa ja keuhkokatarria. Käryn poistosta on huolehdittava niin, ettei juotoskäry pääse leviämään ympäröivään ilmaan. Apuna voi käyttää juotoskäryimuria.

Tinalankojen käsittely altistaa myös ihoärsytyksille, ja lyijypitoisten tinalankojen käsittelyä paljain käsin tulisi välttää lyijymyrkytyksen vaaran vuoksi, koska lyijy imeytyy ihon läpi elimistöön.

Katso myös

Pastajuotos

Lähteet

Olli Poroila: Elektroniikkarakentelijan kirja. Otava, 1975. ISBN 951-1-01812-4

Aiheesta muualla

KAMAT-tietokortit: Kovajuotos ja pehmeäjuotos - Työterveyslaitos