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sábado, 2 de agosto de 2014

Tutorial de Electrónica Básica. 11. Soldadura



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El presente artículo de este blog está dirigido a divulgar todo lo relativo a la soldadura empleada en electrónica, sin olvidar que éste es un tutorial básico. Veremos las herramientas mínimas necesarias, las opcionales, materiales utilizados, las técnicas y por supuesto, ejemplos.

La soldadura utilizada en electrónica no está caracterizada por tener una gran resistencia mecánica como otros tipos de soldadura (electrodos, autógena, tig, etc), aunque ofrecerá resistencia mecánica mas que suficiente para lo que se espera de ella. 

Los puntos fuertes de la soldadura electrónica son:

1. Baja temperatura de trabajo (200º-350ºC)
2. Buena conductividad eléctrica
3. En cuanto a economía, lo básico para soldar es bastante asequible.



El soldador

Hay de muchos tipos, y cada uno con unas características, vamos a ver los mas utilizados, empezamos con el que mas nos interesa, el tipo "lápiz".

Tipo lápiz


Soldador de tipo LÁPIZ

El más utilizado tanto por el aficionado como por el profesional (montaje y/o reparaciones). 

Normalmente está conectado, en funcionamiento, todo el tiempo que dure la sesión de trabajo ya que se usa a menudo y no consume mucho.

Se conectan a la red de corriente alterna (220/115V según el caso) y su potencia oscila entre 15 y 30W. No conviene usar más potencia porque los componentes que soldaremos pueden destruirse con el calor. Los soldadores tipo lápiz son muy manejables tanto por su poco peso como por su diseño.

Una de las partes mas importantes de un soldador es su punta. Es la que realiza la soldadura. Debe mantenerse en buen estado. Normalmente hay varios tipos de punta, intercambiables, para poder hacer distintos trabajos, por ejemplo, una punta grande para soldaduras de masa, y otra punta pequeña para soldar circuitos integrados.

Hay quienes se arreglan eligiendo una punta intermedia y con ella hacen ambos trabajos. Otros, prefieren tener dos soldadores y así no tener que andar cambiando punta.

No se debe lijar, limar ni realizar ningún tratamiento abrasivo sobre la punta, pues están recubiertas de un material que se perderá en ese caso, quedando la punta inservible.

Para mantener la punta limpia y en buen estado será suficiente con frotarla en una esponja de silicona ligeramente humedecida con agua que suele alojarse en el soporte del mismo soldador.

Personalmente prefiero un soldador tipo lápiz como éste:


Desarrolla 20W normalmente, pero si se pulsa el botón llega a rendir hasta 130W con lo cual se pueden hacer grandes soldaduras, incluso tubería de cobre se puede soldar con él.



Tipo pistola


No es muy utilizado por los aficionados. Está indicado para uso esporádico, ya que normalmente está apagado y al pulsar el gatillo se calienta muy rápido, de forma prácticamente instantánea. Suelen ser de potencia media-alta, y su principal problema es que su punta (la que realmente hace la soldadura) es poco precisa para trabajos delicados. 


Tienden a ser voluminosos y pesados, lo que no facilita tampoco los trabajos de precisión.



Tipo portátil, a gas



Otro tipo de soldador que merece la pena mencionar es el de gas butano. Su ventaja está clara: Podemos hacer una soldadura en cualquier parte, en cualquier lugar, sin necesidad de disponer de electricidad. 

Estos soldadores suelen llevar un juego de puntas para distintas tareas: Calor difuso, llama concentrada tipo soplete (más de 1000º C), espátula para cortar...

Y por supuesto, no puede faltar la punta para soldadura tipo electrónica.
Tienen una autonomía de al menos 20-30 minutos.



Soporte


El soldador, mientras no está siendo utilizado, necesita estar confinado en un sitio que lo contenga evitando daños a objetos cercanos o a él mismo. Si no se utiliza un soporte, tarde o temprano ocurrirá: 

Quemaremos su propio cable... o algo peor: El equipo que estamos reparando, alguna herramienta, la propia mesa de trabajo...





Algunos modelos de soporte (no todos) también permiten que el soldador se libere del calor excesivo por no estar siendo utilizado.

La mayoría de soportes tienen un espacio o cavidad para albergar una esponja de silicona sobre la cual pasaremos la punta del soldador para limpiarlo. Previamente habremos humedecido esa esponja con un poco de agua.



Estaño



Al igual que en otros tipos de soldadura, hay que aportar material para hacer una soldadura. Ese material es el estaño. En realidad, no es estaño puro: Es una aleación compuesta por un 60% de estaño y un 40% de plomo. Esto es para bajar el punto de fusión de ese material.


El estaño para soldar tiene la apariencia de un hilo o alambre mas o menos grueso. En su interior lleva vetas de un producto conocido como "pasta de soldar" o "colofonia" que impide la oxidación de la soldadura por las altas temperaturas.

A pesar de la conocida toxicidad del plomo, en la soldadura de electrónica no se alcanzan temperaturas como para que el plomo emita vapores, simplemente se funde, se vuelve líquido, pero no emite gases, por lo que no hay que preocuparse por esto. El humo que puede verse al soldar proviene de la colofonia o pasta de soldar que el estaño lleva en su interior, no son vapores metálicos (ni estaño ni plomo).

El estaño se sirve en rollos de mas o menos peso. Los hay de unos pocos gramos (muy manejables) o de medio kilo o incluso mas (poco manejables pero a mejor precio). Una buena solución es comprarlo en formato grande y enrollar unos pocos metros en un carrete pequeño.

Otra característica es el grosor del estaño. Lo hay muy fino, para trabajos de precisión y mas grueso para trabajos mas "rústicos". Lo ideal es disponer de un carrete de cada tipo. Diámetros aconsejables son:

- por debajo de 1 mm para trabajos delicados
- 1 mm (o más) para trabajos menos delicados.



Flux o pasta de soldar



La pasta de soldar no es otra cosa que "colofonia", un producto derivado de la resina vegetal. Su función es evitar que la soldadura se oxide por efecto de las temperaturas relativamente elevadas.

Normalmente, el estaño para soldar lleva en su interior un poco de esta pasta de soldar, a modo de finas venas, lo que permite aportarla de forma sistemática a todas las soldaduras.

Hay veces en que es deseable incorporar a la soldadura una cantidad extra de pasta de soldar porque no es suficiente la que lleva el mismo estaño (o en el improbable caso de que el estaño no lleve esa resina). 

Para eso hay envases de esta pasta de soldar. Se pone una pequeña cantidad a los elementos a soldar y a continuación se aplica el soldador. Cuando la pasta se hace transparente, es el momento de hacer la soldadura como de costumbre.




Desoldador

Desoldar es la acción de quitar o eliminar una soldadura con el fin de liberar un componente, un cable, o simplemente eliminar el estaño que pudiera haber en algún punto.

Mas adelante veremos las distintas opciones y herramientas para esta labor, así como la técnica a utilizar y ejemplos para cada una de esas opciones.



Ejemplo de equipo para empezar

Esto es algo muy personal y muy al gusto de cada uno, pero sugiero este pequeño kit de herramientas para empezar:

- Un soldador tipo lápiz de 20-30W
- Soporte para ese soldador, con esponjilla de silicona
- Estaño, con alma de resina, diámetro 1mm
- Desoldador de pistón




CONSEJOS Y TIPS, ANTES DE EMPEZAR A SOLDAR...

Qué se puede soldar con soldadura de electrónica

No todos los materiales aceptan la soldadura de estaño. Los que la aceptan son básicamente: Cobre, hierro y latón.

Por el contrario, el acero y el aluminio la rechazan. 


Superficies limpias, sin óxido
Los elementos a soldar deben ofrecer el típico brillo metálico, señal de que están limpios y sin óxido. Es muy difícil por no decir imposible hacer una soldadura en, por ejemplo, una pista de cobre que tenga aunque sea un poco de óxido o algún tipo de esmalte. Y si se consigue, no será fiable.

Lo mismo para los terminales de los componentes o los cables. Deben lucir brillo metálico.

Para ello, debemos limar o rascar, con cuidado, los elementos a soldar hasta obtener dicho brillo. Un papel de lija muy fino o una pequeña lima nos servirá.

Para eliminar el esmalte que suelen llevar las pistas de cobre es útil un pequeño destornillador (plano) de relojero. Rascaremos sobre la pista y veremos como se desprende el esmalte apareciendo el brillo metálico del cobre.


¡No soplar! 

Se debe evitar el soplar sobre la soldadura recién hecha "para que se enfríe antes". Esto provoca que el estaño solidifique en una forma conocida como "soldadura fría", que es defectuosa: Mala conductividad eléctrica y poca resistencia mecánica.

La soldadura debe dejarse que enfríe por sí sola, lo que por cierto tarda sólo unos pocos segundos. Así el estaño solidifica en forma cristalina, resultando una soldadura mucho más conductora y con mayor resistencia mecánica.


El estaño en el suelo, en la ropa...

Hay que llevar cuidado con las gotas de estaño fundido que pueden desprenderse del soldador (o desoldador). No provocan quemaduras graves pero sí son dolorosas o al menos molestas.

En cuanto a los objetos, debe evitarse que sean alcanzados por el estaño fundido ya que si se trata de plástico puede deformarse por el efecto del calor, y aunque la gota de estaño se suelte con facilidad, queda la marca, siendo un daño estético.

Cuanto una gota de estaño cae al suelo, si es de tipo cerámico (baldosa, terrazo, losas), no le provocará el menor daño pues la temperatura no es suficiente para dejar mella. Simplemente la gota cae al suelo, se hace una "torta" y se desprende con mucha facilidad, no se pega.

Referente a la ropa y tejidos, mi experiencia es que cuando una gota de estaño cae en una de ellas no la quema, pero se introduce por los tejidos en estado líquido y cuando solidifica se queda anclada, siendo muy difícil de retirar.


4. SOLDADURA. EJEMPLOS PRÁCTICOS

4.1. Soldar un componente al circuito impreso

El orden de actuación en el proceso de soldadura será así:

1) Aplicar el soldador para calentar tanto la pista de cobre como el terminal o patilla del componente a ser soldado

2) Aplicar estaño, el justo, ni más ni menos. Por supuesto, el soldador sigue calentando la zona de soldadura. No debemos moverlo. Veremos que el estaño se difundirá por capilaridad envolviendo tanto al terminal como a la zona de pista de cobre por donde asoma ese terminal.

3) Dejamos de aportar estaño pero mantenemos el soldador un par de segundos más.

4) Retiramos el soldador.

La soldadura ya está hecha




Ejemplo 1: Un condensador

En el vídeo podemos ver en 12:10 como soldar un componente como un condensador, que tiene solo dos terminales.

Ejemplo 2: Un circuito integrado

Dejando de lado la posibilidad de utilizar un zócalo, en cuyo caso no hay que soldar el circuito (pero sí el zócalo), un circuito integrado es uno de los componentes mas delicados a la hora de soldar. En el vídeo en 13:58

Una vez insertado el integrado en el circuito nos aseguramos de que está bien asentado y doblaremos ligeramente las patillas de los extremos para impedir que se salga.

Y comenzamos a soldar los terminales. Evitaremos soldarlos secuencialmente para impedir que el calor de la soldaduras se acumule en la misma zona. Mejor iremos soldando los terminales de forma alterna, lo mas alejados posible el uno del otro, y dejando pasar unos segundos entre soldadura y soldadura para que el integrado se enfríe.



5. Soldar dos cables entre sí

Dejando aparte la posibilidad de unir mecánicamente ambos cables (es decir, hacer un empalme), la forma más básica de unir mediante soldadura un par de cables es la siguiente, y resulta ser más que suficiente la mayoría de veces:

1) Pelamos los extremos de los cables a ser soldados, es decir, retiramos el aislante que recubre a ambos cables. Depende de cada caso concreto, pero 5 mm de cobre desnudo serán suficientes.

2) Estañamos los extremos de ambos cables. Esto hará mucho más fácil la soldadura posteriormente: Sujetamos el cable y lo calentamos unos segundos, hay que tener en cuenta el tipo de cable ya que los hay tan delicados que bastan tres segundos para dañar su funda, otros por el contrario aguantan perfectamente mucho más tiempo. Cuando estimamos que el cable está caliente aplicamos estaño. Movemos el soldador a lo largo del cobre desnudo y también giramos el cable. Lo que antes era cobre ahora debe lucir con el color del estaño. Es opcional poner pasta de soldar a los extremos antes de estañarlos.

3) Juntamos los cables. Los calentamos brevemente con el soldador y aplicamos un poco de estaño. Como los cables ya estaban estañados (punto 2 anterior) la soldadura se hará rápidamente.

En el vídeo, en 15:50


6. Soldando una clavija tipo jack

Soldar una clavija tipo jack, macho o hembra, ya sea de alimentación o de sonido, es una tarea tan frecuente, que quiero darle cobertura en este tutorial. Con esto podremos salvar auriculares y/o alimentadores que a veces lo importante no es lo que costaría uno nuevo sino que simplemente no encontramos uno igual. Muchas averías en estos dispositivos consisten precisamente, en que algún terminal de la clavija (o el cable que sale de ella) está cortado, interrumpido.

En el vídeo en 18:00

Seguiremos los siguientes pasos:

1) Cortamos "por lo sano", desechando la clavija dañada. Insisto en que muchas veces lo que está dañado es el trozo de cable que está soldado a dicha clavija.

2) Quitamos la funda a la clavija nueva y la metemos en posición correcta en el cable. Fallo muy típico de principiante olvidar este paso.

3) Pelamos los dos (o tres) cables según el caso. Serán dos si se trata de un alimentación o cargador (positivo y negativo), y tres cables en caso de auriculares stéreo (masa + los dos vivos, aunque a veces hay 4 cables: dos negativos y dos vivos, es decir, el negativo no sería común sino uno para cada canal). Cuando pelamos cada cable hay que dejar a la vista una longitud exacta de cobre en cada uno de ellos, y también respetaremos la polaridad. Anotar la posición de los cables ANTES de cortar, pues luego puede que no nos acordemos qué posición tenían los cables.

4) Estañamos los extremos de esos cables

5) Estañamos los terminales de la clavija

6) Hacemos la soldadura de cada uno de los cables a la clavija

7) Deslizamos la funda de la clavija a través del cable y la fijamos sobre la clavija. Normalmente van a rosca.



7. Soldaduras grandes

7.1. Soldaduras de "masa" o de elementos de gran tamaño.

En este tipo de soldaduras, la diferencia reside en el tamaño de la soldadura, en la cantidad de material puesta en juego. A veces se trata de cables de gran sección, otras veces son las sujeciones de los disipadores en el circuito impreso, también los blindajes o "jaulas" suelen ir soldados en el circuito impreso, y cualquier elemento que suponga una soldadura de gran tamaño.

La dificultad en este caso consiste en que al ser una soldadura de gran superficie, el calor se disipa al aire con tanta rapidez que el soldador no tiene potencia suficiente para elevar la temperatura hasta el punto de fusión del estaño. El calor se evacua al mismo ritmo que ingresa.

La solución consiste en emplear un soldador de mayor potencia.

Por eso es tan práctico el soldador tipo lápiz que comenté anteriormente: El que tiene un botón que al presionarlo desarrolla hasta 130W. Prácticamente ninguna soldadura en electrónica se resiste a esa potencia. No al menos las soldaduras "normales" con las que nos vamos a encontrar.


7.2. Soldaduras para cosas que no son de electrónica

Es posible utilizar la soldadura de estaño para trabajos que no tienen nada que ver con la electrónica, pero hay que tener en cuenta que esta soldadura no tiene elevada resistencia mecánica como la llamada "soldadura fuerte": eléctrica, TIG, autógena...

Sólo se utilizará para aplicaciones que vayan a soportar poco esfuerzo.


7.3. El estaño-plata


Estaño-plata y su flux (distinto del estaño-plomo)

Otro tipo de "estaño" para aportar a la soldadura es el estaño-plata (en lugar de estaño-plomo). Tiene una resistencia mecánica mayor que el estaño-plomo (pero sin llegar ni mucho menos al nivel de las soldaduras "fuertes" como he mencionado antes.

Los hay de distintas composiciones, siendo lo habitual un porcentaje de plata del 2% al 10%.




7.4. Ejemplo 1: Soldar una tubería de cobre a la tapa de un frasco.

Un ejemplo de uso para la aleación estaño-plata es soldar unas espigas a la tapa metálica (de hierro) de un frasco. Podéis ver en el 23:28 del vídeo cómo con la acción conjunta del soldador de 130W y el estaño plata, las espigas quedan sólidamente unidas a dicha tapa.

Esta soldadura también podría haberse hecho con estaño-plomo convencional.


8. Desoldar

"Desoldar" es la operación de eliminar una soldadura. Operación necesaria para liberar un componente electrónico, un cable, un conector o cualquier elemento soldado.

Hay veces en que desoldar es una operación trivial y rápida, y otras en que no es tan fácil,... o sí lo es, pero es pesada por tratarse de un componente con un número elevado de terminales: Desoldar un chip de 64 patillas es fácil, pero pesado).

Como siempre, las opciones son muchas... y los precios también. Dependerá del nivel de implicación que tengamos con la electrónica, el presupuesto disponible...

Vamos a ver las formas más comunes de hacer una desoldadura y las herramientas empleadas:



8.1. ...con el propio soldador

Es la forma más sencilla y económica, pero lamentablemente no siempre es posible. Sirve por ejemplo, para quitar un simple cable. También podemos extraer un componente de dos patillas (resistencias, condensadores, diodos, bobinas) soltando primero uno de los terminales: aplicando el soldador a ese terminal tiramos levemente del componente para extraer ese terminal. Después aplicamos el soldador al otro terminal y al tirar del componente éste debería salir del circuito impreso.

Este método se vuelve especialmente arduo, o simplemente imposible, con componentes de tres o más terminales.



8.2. ...con el pistón de vacío

Esta ya es una herramienta específica para desoldar. Las hay muy económicas (la de la foto costó unos 5€), y también las hay profesionales, con boquillas intercambiables, pero con un precio bastante mayor. Necesitan la acción conjunta del soldador, no calientan por sí solos.

Su funcionamiento: 

1. Presionamos el émbolo hasta el final, éste quedará fijado por un resorte

2. Calentamos la soldadura con el soldador, el estaño se funde

3. Aplicamos la boquilla del desoldador a la soldadura y liberamos el émbolo

4. El pistón retrocede bruscamente aspirando el estaño


Como el estaño se acumula en el interior del pistón, de vez en cuando hay que abrirlo para limpiarlo.


Desoldador de pistón



8.3. ...con malla absorbente

Para desoldar con la malla, aplicar ésta sobre la soldadura, y sobre la malla aplicar el soldador. Cuando veamos que el estaño se ha fundido y la malla ha absorbido el estaño, retiraremos al mismo tiempo ambas cosas (malla y soldador).

Iremos recortando la malla llena de estaño según la vayamos gastando.

Un formato común es el de rollo con una longitud de 1 metro (mas o menos)


Malla desoldadora


...desoldador comercial por vacío


Desoldador por vacío, comercial

Indudablemente es una de las mejores opciones

El desoldador por vacío es rápido, fácil de usar y muy eficiente. Funciona como el pistón desoldador pero se aplica el calor con el propio desoldador, todo en uno, de modo que no hace falta soldador para fundir el estaño.

La succión no se realiza por un simple émbolo ni tampoco accionando la clásica pera de goma, sino con una bomba eléctrica de vacío que, al presionar un botón, funciona de forma continua.

Pueden intercambiarse las puntas para adaptarse a distintos componentes (desde los terminales mas finos hasta terminales gruesos de transformadores, etc). También es común que pueda regularse la temperatura de la punta desoldadora mediante el correspondiente control.

Disponen de varios filtros para impedir que el estaño aspirado pueda alcanzar la bomba de vacío. Estos filtros pueden limpiarse muchas veces, pero llega un momento en que hay que sustituirlos.

En mi canal de Youtube tengo un vídeo dedicado a esta herramienta, por lo que no me extenderé mucho aquí y mejor os remito a ese vídeo.

Vídeo dedicado al DESOLDADOR POR VACÍO, COMERCIAL


8.5. ...desoldador casero

Esta es una opción tan buena como la anterior, pues siendo tan eficiente y cómodo, es mucho mas barato. Consiste en montar tu propia estación desoldadora partiendo de material bastante asequible.

A continuación, la desoldadora que construí el año pasado (y que sigo utilizando hasta hoy en todas las reparaciones y trabajos). No me ha dado ningún problema y después de más de un año, puedo asegurar que es fiable y robusta.


Desoldador casero, con bomba de vacío... también casera.

El funcionamiento es básicamente igual que el comercial. Presionamos un botón (en este caso, un pedal en el suelo, accionado por un pie) y la bomba de vacío produce la succión del estaño. El desoldador es el típico de pera, al que se le conecta la manguera que viene desde la bomba de vacío.

Por cierto, la bomba de vacío también la construimos nosotros y por menos de 25 euros. Os paso el enlace de los dos vídeos:

Cómo hacer una bomba de vacío casera
Desoldador casero, con bomba de vacío



9. El vídeo



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