Elektroniikan työmenetelmät
Sähköturva
Mitkä ovat yleiset turvaohjeet elektroniikkalaitteiden rakentamiseen ?
Yleisiä sähköturvaohjeita elektroniikkahommiin:
- Käyttöön hankitaan vain hyväksyttyjä Standardien mukaisia sähkölaitteita. (Esim. SFS-EN 60950).
- Kiinteissä sähköasennukissa ei tehdä mitään omia muutos- tai korjaustöitä.
- Verkkojännitesyöttöiset laitteet pidetään aina kunnossa. Viallinen laite on välittömästi irrotettava verkosta ja korjattava/korjautettava. Erityisesti on kiinnitettävä huomiota verkkojohdon, pistotulpan, verkkokytkimen, sulakepesän yms. kuntoon. Vedonpoistajasta irronnut verkkojohto on kiinnitettävä välittömästi ja samalla on tarkistettava johtimien kiinnitys.
- Laitteen kotelointia ei saa avata käytön aikana.
- Laitteen suojausluokkaa ei saa muuttaa "viilaamalla" tai vaihtamalla pistotulppa tai liitäntäjohto. Myöskään verkkokytkintä ei saa vaihtaa kytkimeen, jossa on metallivipu.
- Suojajohdinta (keltavihreä maadoitusjohdin) ei saa irrottaa pistotulpansta tai laitteesta. Jos mittalaitteen (esim. oskilloskooppi) runko joudutaan irrottamaan sähköverkon maadoituksesta on se tehtävä suojaerotusmuuntajan avulla.
Koekytkentöjen rakentamisen turvallisuus (max. 120V tasa- ja 50V vaihtosähkö):
- SELV-virtalähteen on oltava hyväksytty ja standardin mukainen (esim. SFS-EN 60950)
- Kytkentä on suojattava oikosulkuvirroilta, joko sopivalla virtarajoitetulla virtalähteellä, tai kytkentäjohtojen mukaan mitoitetulla sulakkeella.
- Virtapiirien kytkentätyöt on tehtävä jänniteettöminä.
- Yli 24V:n jännitteellä on käytettävä kosketussuojaisia mittausjohtoja (esim. "banaanijohdot")
- Kytkentöjen on oltava kosketussuojaisia kaikilla jännitteillä, jos piirissä kulkee kymmenien ampeerien virtoja.
- Mittauskytkennät onm tehtävä jännitteetömänä.
- Mittalaitteiden ja kojeiden liittimien ja johtoliitosten tulee olla kosketussuojaisia.
- Mittajohdon eristyksen pitää olla rittävä tarkoitukseen. Mittajohtojen tulee olla taipuisia (esim. lajia MKEM) ja eristyksen nimellispaksuuden tulee olla vähintään 0,7 mm. Ns. banaani-koskettimissa ei saa olla sellaista haaroitusta, joka kytkettynä ei ole kosketussuojainen.
- Kokekytkennän syöttö on pääsääntöisesti tehtävä suojaerotusmuuntajalla tai suojaerotetulla säätömuuntajalla.
- Oskilloskooppi on erotettava verkon maadoituksesta suojaerotusmuuntajalla aina, kun mitataan verkkojännitteistä piiriä, vaikka mittapiiri olisi suojaerotettu. Mittalaitteille on käytettävä mittapiiristä erillistä omaa erotusmuuntajaa.
- Mittauskytkentä on tehtävä jännitteettömäksi, kun työtä suosittanut henkilö poistuu.
- Korjattava verkkojännitteinen laite on erotettava verkosta suojaerotusmuuntajalla, jos sen suojakotelo joudutaan avaamaan.
Miten määritellään erilaiset käyttöolosuhteet ?
Seuraava perustuu vapaasti Turvatekniikan keskuksin tiedonantoon T49-84 "Sähkökorjaamot ja sähkölaboratoriot":
Vaarattomat käyttöolosuhteet
Olosuhteet korjaamoissa ja vastaavissa tiloissa katsotaan vaarattomiksi seuraavin samaikaisin edellytyksin:
- Työskentelyalueen lattia ja työpöytien kosketeltavat alueet reunoineen ovat eristäviä. Muut työpöytien kehikko- ja tukirakenteet saavat olla metallisia, mutta eivät johtavassa yhteydessä maahan.
- Työskentelypaikat on sijoitettava siten, ettei työskenneltäessä voi tahattomasti koskettaa maadoitettua tai maahan muuten johtavassa yhteydessä olevaa metalliosaa.
Vaaralliset käyttöolosuhteet
Käyttöolosuhteet korjaamoissa ja vastaavissa tiloissa katsotaan vaarallisiksi mm. seuraavissa tapauksissa:
- Vaarattoman käyttöolosuhteen edellytykset eivät täyty.
- Työskentelypaikoilla joudutaan käyttämään käsiteltävien laitteiden takia maadoitusta, esim. häiriöiden vaimentamiseksi.
- Työskentelypaikoilla on antennipistorasioita, joiden liittimiä ei ole eristetty kosketussuojakondensaattoreilla.
- Työskentelypaikoilla on luokan I pistorasioita (maadoitetty pistorasia). Luokan I pistorasiana pidetään myös nelinapaista voimapistorasiaa.
Mitkä ovat elektroniikkalaboratorion turvallisuuden perusvaatimukset ?
Seuraava perustuu vapaasti Turvatekniikan keskuksin tiedonantoon T49-84 "Sähkökorjaamot ja sähkölaboratoriot":
- Työskentelyalueen lattian ja pöytien on oltava eristettyjä.
- Laboratorion työskentelyalueelta on voitava katkaista jännitteet pääkytkinvaatimukset täyttävällä kytkimellä tai kytkimillä. Kytkimen on oltava ohjattavissa näkyvällä, helposti luoksepäästävällä paikalla ja se on merkittävä selvästi.
- Tilapäiskytkentöjen syöttöön käytettävässä virtapiirissä on kytkentöjen läheisyydessä oltava pääkytkimen vaatimukset täyttävä yksiselitteisellä asennonosoituksella varustettu kytkin, jolla kytkennät voidaan tehdä jännitteettömiksi. Tilapäiskytkennöissä erillistä kytkentä ei tarvita, jos tilapäiskytkennät liitetään enintään 16A pistokytkimellä.
- Vaarallisissa käyttöolosuhteissa on käytettävä luokan I (maadoitettu) pistorasioita suojajännitteisiä piirejä ja suojaerotusta lukuunottamatta.
- Vaarattomissa tiloissa, joissa korjataan myös luoka 0 laitteita, saa käyttää luokan 0 (maadoittamaton) pistorasioita. Tällöin työskentelyalueella käytettävien syöttöjärjestelmien virtapiirien kaikkien osien sekö maan välinen käyttöjännite saa olla enintään 250V.
- Luokan I ja luokan 0 pistorasiat eivät saa sijaita työskentelyalueella siten, että niitä voidaan käyttää samassa työpisteessä, ellei luokan 0 pistorasia ole suojaerotetussa virtapiirissä.
- Vaarallissa käyttöolosuhteissa on sähhkölaitteiden jännitteelle alttiit kosketeltavat osat suojamaadoitettava, ellei käytetä suojajännitettä tai suojaerotusta.
- Kytkennät ja kytkentöjen purkutyöt on tehtävä virtapiirien olleessa jänniteettöminä.
- Mittauspiirin suoraa kytkentää virtapiiriin, jossa on suuri oikosulkuvirta (yli 16A sulakkeet) on vältettävä.
- Jännite- ja erotyskokeita tehtäessä on valvottava, että koestuslaitteista ja -piireistä ei aiheudu vaaraa.
- Laitteiden käyttöpaikalla suoritettavissa huolto- ja korjaustöissä suositellaan käytettäväksi siirettävää suojaerotusmuuntajaa tai vikavirtasuojakytkintä. Eristävän alustan käyttö lisää turvallallisuutta.
- Muiden kuin suojajännitteillä käytettävien kytkentäjohtimien on oltava taipusia (esim. lajia MKEM) ja eristyksen nimellispaksuuden otava vähintään 0,7 mm. Kytkentöihin käytettävissä ns. banaanikoskettimissa ei saa olla sellaista haaroitusta, joka kytkettynä ei ole kosketussuojainen. Turvallisuutta voidaan lisät käyttämällä banaanikoskettimia, jotka ovat kosketussuojaisia irrotettuna.
- elektroniikkalaitteiden yhteydessä on teknisistä syistä tarkoituksenmukaista käyttää suojamuuntajalla varustettua juotinta. Staattiset varaukset voidana purkaa esim. 1 Mohm vastuksen kautta.
Miten sähkönsyöttä puutteellisesti kosketussuojattuun ja jännitteisenä käsiteltävään laitteeseen pitää tehdä vaarallisissa olosuhteissa ?
Käytössä on seuraavat mahdollisuudet:
- Käytetään suojaerotusta, jossa suojaerotusmuuntajan toisiopiirissä olevaan yhteen luokan 0 postorasiaan laite liitetään. Kiinteästi asennettavassa laitteessa mahdollisesti oleva nollais on poistettava ennen kytkentää.
- Käytetään maasta erotettua virtapiiriä, jota syötetään suojaerotusmuuntajalla tai erillisellä generaattorilla. Piiri on varustettava maasulkulaukaisulla tai -hälytyksellä ja piirin saa kytkeä useita kojeita. Virtapiiriin saa kytkeä vain luokan I pistorasioita.
- Mikäli muiden suojaustapojen käyttöön liittyy haittaa, saa käyttömaadoitetun järjestelmän syöttöpiirissä käyttää pienjännitteellä (alle 250V) vikavirtasuojakytkintä, jonka toimtavirta on enintään 30 mA.
Miten sähköturva-asiat on otettu huomioon kaupallisissa elektroniikkatyöpöydissä ?
Esimerkiksi Teklabin työpöydässä on korjattaville laitteille erikseen suojaerotettu "tavallinen" pistorasia, joten sille ei tule lainkaan suojamaata. Maan saa puolestaan liitettyä kyllä sitten erikseen ja sen kanssa on sarjassa 1 M vastus.
Mittalaitteille yms. on taas maadoitetut rasiat, joiden suojamaat ovat keskenään yhdessä mutta kytketyt 1 M vastuksen kautta varsinaiseen suojamaahan (taas suojaerotettu). Tuo 1M vastus suojamaan kanssa sarjassa on hyvin tavallinen ratkaisu, koska se estää vahingossa tehdyt väärät kytkennät ja toisaalta se on kuitenkin edes jonkinlainen maa eli siitä on apua monesti kun sitä tarvitsee.
Korjaajapöydän rakentajan kannattaa samalla laittaa pöytään muitakin hyödyllisiä omaisuuksia. Esim. joku pohjaan lukittuva painonappi (hätäkytkin) voi olla ihan kätetevä, jos joku laite yllättäen vauhkoontuu pahasti. Ison hätäkytkimen nappi on äkkiä lätkäisty alas.
Lisäksi kannattaa jättää ainakin tila riittävälle pistoke- ja sulakepatteristolle. Esim. pienitehoisilla laitteilla on ihan kiva laittaa ne vaikka 0,5A pistokkeeseen. Ei roiskaise silmille sisuksiaan yhtä pahasti kuin jos toimimaton laite kytketään johonkin 16A rasiaan.
Kokonaisuutta kannattaa toki pohtia hyvin etukäteen, niin saa ratkaisun jota ei tarvitse myöhemmin rakentaa uudestaan!
Miten sähköturvaolot erovat kotona ja elektroniikkakorjaamoissa ?
Vanha Sähkötarkastuskeskuksen tiedonanto kehottaa myös varustamaan suojaerotetun virtapiirin valvontalaitteella, joka kyttää sen maadottamista. Laitteen tehtäväksi jää katkaista virta piiristä heti, jos resistanssi toision puolelta maahan laskee esim. alle 50kohm. Moiset pelit ovat vaan tosi vaikeita löytää kaupallisina (ja hankala tehdä itse turvalliseksi). Korjaamoja koskeva Sähkötarkastuskeskuksen tiedontanto kertoi, ettei suojaerotetun pistorasian lähellä saa olla maadotettuja pistorasioita eikä helposti kosketeltavia maadotettuja kappaleita. Mittalaitteiden on siis syytä olla kellumassa myös ihan kuin mitattavat laitteetkin ovat.
Harrastelijan kotipajoissa on vain monesti tilanne toinen. Esim. johtamattomat pöydät (mukaan lukien metalliset jalat) ovat kalliita eliminoida. Tilatkin voivat olla niin pienet että lähellä on pakko olla muita maatettuja laitteita. Voi syntyä myös tapauksia, joissa tarvitsee nimenomaan verkossa olevia pistorasioita.
Kotioloissa kannatta pitää maat (esim. lämpöpatteri, betonilattia) kaukana työskentelypaikasta. Vikivirtasuoja pääsyöttöön ei ole mitenkään hassumpi ajatus. Korjattaville laitteille kannatta hankkia suojaerotusmuuntaja.
Komponenttien irroittaminen
Miten irroitan monijalkaisen mikropiirin läpijuotetulta piirilevyltä ?
Helpoin tapa monijalkaisia osia levyltä irrotettaessa (laitteita huollettaessa) on sopivilla sivuleikkureilla ensin kylmästi katkaista kaikki jalat ja irottaa levylle jääneet osat yksitellen. Tällä samalla menetelmällä saa helposti irrotettua vastuksia ja muita komponentteja piirilevyä rikkomatta.
Jos mikripiiri pitää saada irti toimivana mutta levyllä ei ole niin väliä, niin sitten pitää käyttää muita menetelmiä. Esimerkiksi joitain seuraavista:
- Osta juottimeen tarkoitukseen sopiva erikoiskärki, jolla saa kuumennettua kerralla kaikki mikropiirin jalat. Kun tina on sulaa, niin vedät mikropiirin irti levystä esimerkiksi pinseteillä tai tätä varten tehdyllä vetoraudalla. Ainakin Wellerin juottimiin on myytävänä kärki, joka on mikro-piirin levyinen ja kuumentaa kaikki pinnit samanaikaisesti.
- Lämmitä kuumailmapuhaltimella piirin kohdalta levyä juotospuolelta ja pudota piiri niin pian, kuin mahdollista! Näin kaikki juotokset sulavat varmasti kerralla. Lämpötila on kova, joten nopeus on valttia. Kuumailmapuhaltimen suri lämpö tuhaa melko varmasti piirilevyn ja piirinkin, jos työskentely ei ole tarpeeksi nopeaa. Kuumailmapuhallin, jonka lämpötilaa voi säätää, taitaa olla paras vaihtoehto. Lämpötila säädetään n. 350 asteeseen, lämmitetään hetki ja nostetaan piiri pinseteillä irti. Jää sekä piiri että levy ehjäksi, ne kestävät kyllä hetkellistä kuumuutta (yleensä).
Voiko pintaliitoskomponentteja juotella kotikonstein ?
Pintaliitoskomponenttien juottaminen kotikonstein on mahdollista. Ei niiden juottamiseen todellakaan tarvita mitään rakettiteknologiaa, ainoastaan vakaa käsi, ohut juottimen kärki ja ohutta tinaa. Tavallisella 60/40 tinalla pärjää ihan hyvin jos on hyvä kolvi ja tina on ohutta. Wellereihin löytyy neulan mallinen kärki, jolla pintaliitoshommat hoituu mukavasti ja Multicore tekee millin paksuista tinaa.
Pintaliitoskomponenttien (varsinkin monijalkaiset piirit) juottamista tavallisella juottimella auttaa valtavasti se, että levittää hyvää fluksia sekä piirilevyyn että komponentin jalkoihin. Fluksi on aine, joka vähentää juotteen ja juotettavan pinnan välistä kitkaa/pintajännitystä. Näin tina leviää paremmin juottuville pinnoille ja jää palloiksi soldermaskin päälle. Fluksia löytynee kaikista elektroniikka-alan myymälöistä.
Joissain tapauksissa monijalkaisia piirejä voi juotelle leveämmällä kärjellä seuraavilla tavoilla:
- Ensin juotetaan piiri paikalleen miten ikinä se sitten onnistuukaan, ja sitten lopuksi poistetaan liika tina tuolla sukalla. Jos piirilevyllä on hyvä juotosmaski, niin mahdolliset tinasillat yleensä lähtevät samalla.
- Levietään piirilevyn juotettavalle alueelle ja mikropiirin jalkoihin fluxia. Sitten otetaan paksuun juottimen kärkeen tinatippa, joka vedetään piirin jalkojen yli. Jos olosuhteet ja työskentelytapa on kunnossa, niin tina menee sinne minne pitää eikä paljon tinasiltoja tee. Tämä vaatii hiukan harjoittelua, ennen kuin onnistuu hyvin.
Juottokolvin lämpö ei ole yleensä mikään ongelma, kestävät ne lutikat infrapunauuninkin.
Mistä saan sopivaa vuoksutetta tinalle ?
Tyypillisessä elektroniikkatinassa on hartsipohjaista juoksutetta sisällä. Jos tarvitset lisäjuoksutetta, niin sitä on saatavana elektroniikkaliikeistä pienessä tuubissa.
Kotikonsteina ei niin vaativissa hommissa voi kokeilla sitruunamehun käyttöä juoksutteena. Keltaisessa sitruunan muotoisessa pullossa oleva sitruunamehu on melko hyv{ juoksute tinalle. Tai sitten sitruunasta puristettu menu.
Miten irrotan pintaliitoskomponentteja ?
Monet läpijuotettujen komponenttien irroitusmenetelmät ovat sopimattomia pintaliitoskomponenttien irroittamiseen, koska pintaliitospiirien pienet juotostäplät kun eivät kestä käytännössä minkäänlaista mekaanista vääntöä irtoamatta piirilevyn lasikuitulaminaatista.
PLCC- ja SO-kotelot lähtevät helpoimmin kuumailmapuhaltimella: kortti ylösalaisin ja lämpöä piiriin. Jos piiri ei meinaa tippua heti kun tina on sulanut, voi levyä hiukan napauttaa piirin irrotamiseksi levystä. Piirien irroittaminen onnistuu ihan rautakaupan kuumailmapuhaltimella, mutta kannattaa varoa että ei tule vahingossa irrottaneeksi tai kuumennuksella tuhonneeksi kaikkia muitakin komponentteja sieltä piirin ympäriltä. Jos teet tätä irroitusta ensimmäistä kertaa, niin todennäköisesti ensimmäisissa harjoitteluissa tuhoat kortin.
Mitä lyijyttömän tinan käyttö vaikuttaa juottamiseen ?
Lyijyttömissä juotostöissä tarvitaan uusia juoteseoksia. Yleisesti ottaen juotteen sulamispiste nousee verrattuna lyijyllisiin juotteisiin. Lyjyttömissä lejeeringeissä käytetään eniten tinaa (Sn), kuparia (Cu) (227°C), tina-hopeaa (Ag) (221°C) tai tina-hopea-kuparia (217°C). Joishinkin juotteisiin lisätään vismuttia (Bi) sulamispisteen alentamiseksi.
Lyijyttömissä juotteissa on kiinnitettävä huomiota juotteen eutektiseen käyttäytymiseen. Lyjyttömät juotteet ovat seoksen koostumuksen osalta monesti kriittiä, ja jotkut kontaminaatiot (juotejäämät piirilevyllä, lyijyä sisältävät komponenttien liittimet) voivat muuttaa niiden ominaisuuksia tuntuvasti. Esimerkiksi kontaminaatio voi vaikuttaa sulamispisteeseen (yleensä alentaa sitä). Juotten ominaisuuden muutokset voivat aiheuttaa laatu- ja stabiliteettiongelmia. Seosten kriittisyydestä johtuen käytä uudelleenjuotoksessa ja korjauksessa samaa seosta, mitä on käytetty alkujaan piirilevyjen valmistuksessa.
Lyijytön juote alentaa juotosprosessin suorituskykyä. Tämö aiheutuu alhaisemmasta kostumis- ja leviämiskäyttäytymisestä. Tämä on ratkaistavissa ainakin osittain käyttämällä entistä agressiivisempaa fluksia tai suojakaasua.
Lyijyä sisältävään juotteeseen verrattuna lyijyttömät juotosliitokset näyttävät vajailta ja ne ovat lisäksi herkkiä lämpötilanmuutoksille kovettumisen aikana. Prosessilämpötilan nostamista tuntuvasti tulisi välttää, koska pidemmät jäähtymisajat voivat aiheuttaa mikromurtumia.
Lyjyttömän juottamisen onnistuminen ilman paljon nykyistä kuumenpaa kolvin lämpötilaa vaatii juottimen uusimisen. Lyjyttömään työskentelyyn suunnitelluissa juottimissa on erittäin hyvä lämmön siirtyminen juottimesta juotokseen ja nopea lämpötilan kontrollointi, jotta juottimen kärkeä ei tarvitsisi kuumentaa paljoa juotoslämpötilaa suuremmaksi. Perinteisiä lyhyemmät ja paksummat juottimen kärjet ovat suositeltavia tarvittavan lämmön siirtämiseksi juotospisteeseen tarvitsematta nostaa prosessin lämpötilaa. Piirilevyn esikuumennusta voi käyttää lyhentämään juotosaikaa.
Korkeammasta tinapitoisuudesta ja aktiivisemmista flukseista johtuen johtuen lyijyttöman juotteen käyttö yleens lyhentää juottimen kärjen käyttöikää (kärjen raudan liukeneminen).
Yleiselektroniikka tarjoaa tietoa lyijyttömästä juottamisesta osoitteissa http://www.yeoy.fi/index.php?main=98&newsID=39 ja http://www.yeinternational.fi/popFile.php?file=77
Mitä apuneuvoja on saatavissa mikropiirien irrottamiseen ?
Perinteiset tinaimusukat ja tinaimurit ovat hyödyllisä työkaluja tinan poistamiseksi juotosreiästä. Niitä käyttäessä kannattaa olla kuitenkin varovainen, koska taitamattomalla käsittelyllä saa helposti tuhoa aikaiseksi. Perinteistä tinaimuria parempi mutta paljon kalliimpi työkalu tinan poistamiseen on tinaimuasema. Kotiharrastajan vaihtehto tinaimuasemalle on tinaimukärjellä varustettu juotin jossa imemisen hoitaa sormin puristettava kumipallo (mm. Vellemanin valikoimista löytyy kohtuuhintainen tällainen juotin).
Service Östling myy ChipQuick sarjaa, joka sisältää juoksutetta, alhaisen sulamispisteen tinaa sekä tinaimusukkaa. Tällä sarjalla voi helpottaa piirien irroittamista piirilevyltä. Ensin juoksutetöhnää laitetaan piirin jalkoihin, sitten tinaa perään ja lämmitellään juottimella ympärilta ja kammetaan ylös niin kauan, kuin tina on sulaa.
Miten saan irrotettua syanoakrylaattiliimalla liimatut komponentit toisistaan ?
Jos komponentit kestävät kuumuutta, niin lämmitystä voi kokeilla. Syanoakrylaatti-liima ei kestä juotoskolvilla lämmittämistä. Lämmmittettäessä kannattaa huolehtia tuuletuksesta, koska syanoakrylaattiliimasta lähtee kumennettaessa pahanjuisia höyryjä, jotka eivät ole luutlavasti mitenkään terveellisiäkään.
Syanoakrylaateille on saatavilla liuottimia, jotka pehmittävät liimaa. Näitä liuottimia kannattaa kysellä askarteluliikkeistä. Näissä liuottimissa on tärkeinä vaikuttava ainesosa asetoni. Jos nurkissa sattuu olemaan asetonia, niin silläkin voi yrittää josko liima pehmenisi.
Liitokset
Miten suojaan metallien välisen liitoksen hapettumiselta ?
Ykisinkertaisin liitoksen suojaus helposti hapettuviin liitoksiin (esim. liitos alumiiniin) on puhdistaa liitettävät pinnat ensin kunnolla hapettumista ja sitten liitokseen laitetaan liitosrasvaa, joka voi olla yksinkertaisemmillaan pelkkää vaseliinia. Sen toiminta perustuu siihen, ettei liitos pääse hapettumaan ollessaan rasvalla suojattu. Tälläistä menetelmää kanntaa käyttää erityisesti kosteissa, kuten veneessä.
Voimavirtapuolella alumiinikiskoihin käytettävä rasva on nimeltään TK-PENETRAL ja tyyppi TK 40900. Tälläiset teräviä sinkkipartikkeleja sisältävät liitosrasvat ovat hiukan sotkuisia ja ehkä turhiakin vähemmän vaativiin liitoksiin. Tälläisiä tuotteita on ainakin isommissa sähköasennustarvikkeita myyvissä liikkeissä.
Tomi Engdahl <[email protected]>
Takaisin hakemistoon