Jootmine

Jootmine on materjalide ühendamise protsess, kus kasutatakse tahkes olekus joodiseid, mis sulatamise juures märgavad joodetavaid pindu, imbuvad liitepragudesse ja kristalliseerudes moodustavad püsiva liite. Üheaegselt mõjuvate füüsikalis-keemiliste protsesside poolest on jootmine üks keerukaimatest toimingutest. Samaaegselt peavad sobilikult suhestuma sulavus, pinna märgamine, kapillaarne voolavus, aurustumine, kristalliseerumine jne. Tööstuslikel jooteliinidel kasutatavad meetodid on induktsioonmeetod, muhvelahjus ja kaitsekeskkonnas kuumutamine, laser- ja plasmatehnoloogiad ning elektroonikaosiste liinil jootmine tinavannis. Jootmise sünonüümina kasutatakse tihti mõistet tinutamine, mis on sarnane protsess, kus detailid ühendatakse jootetinaga (Sn-Pb) ning toiduainetega kokkupuutuvad esemete tinaga (Sn). Oluline on eristada mõistet tinatamine, mis on näiteks plekktahvli katmine sulatinaga ja mille tulemiks on juudiplekk, millest tehti vanasti konservikarpe (seejuures nimetati tollal tina inglistinaks). Ka tänapäeval kasutatakse vähesel määral tinatatud plekist konservikarpe. Jootmine elektroonikas on elektroonikaseadme tootmise etapp, kus elektroonikakomponendid ühendatakse joodise abil ülejäänud elektroonikaskeemiga. Joodisena kasutatakse üldiselt jootetina. Jootmist kutsutakse rahvapäraselt ka tinutamiseks. Jootmise eesmärk on moodustada joodetava komponendi ja ülejäänud komponentide vahel elektrit (või ka soojust) juhtiv ühendus. Joodetaval komponendil on üks või rohkem ühenduskohta (nimetatakse näiteks jalgadeks). Komponentide vahel ühendusvõrgustiku moodustamiseks kasutatakse näiteks trükkplaati või juhet. Jootmist on kodus võimalik teha jootekolviga, kuid keerukamate elektroonikaseadmete komplekteerimisel on vajalik kasutada eriseadmeid, näiteks soojaõhupüssi või mikroskoopi. Tööstuses kasutatakse aga tihti hoopis teisi meetodeid jootmiseks. Joodisena kasutatakse üldiselt spetsiaalset jootetina. Jootetinad erinevad üksteisest keemilise koostise poolest. Enamlevinud on pliid sisaldav jootetina, pliivaba jootetina ning hõbedat sisaldav jootetina. Jootetina koostis määrab tema füüsikalised omadused, millest jootmise puhul on tähtsaim sulamistemperatuur. "RoHS-direktiiv" (Restriction of Hazardous Substances ehk ohtlike ainete piirang) on Euroopa Liidus vastu võetud eeskiri, mis sätestab ohtlike ainete kasutamist elektroonikas. Selle eesmärk on kaitsta loodust ja inimesi ohtlike ainete eest. Eeskiri piirab elektroonikaseadmete tootmisel näiteks plii ja elavhõbeda kasutust. Piirang ei laiene kriitilise tähtsusega elektroonikale, nagu meditsiiniseadmed, kosmoseseadmed, militaarseadmed jne. Kõige rohkem mõjutab jootmist just pliivaba tina kasutamine, kuna pliivaba tina vajab jootmiseks kõrgemat temperatuuri. Seetõttu peavad ka elektroonikaplaadid kannatama kõrgemaid temperatuure. Samuti tuleb kasutada vastavat räbustit. Et jootetina joodetavaid pindasid paremini märgaks, kasutatakse räbustit. Räbusti on aine, mis aitab puhastada joodetavad pinnad oksiididest ja teistest keemilistest ühenditest, mis takistavad jootmisel korralikku ühenduse tekkimist. Räbustit leidub väga erinevates vormides. Tihti on räbusti lisatud juba jootetina sisse. Räbustit leidub nii tahkel kui vedelal kujul ning ka geelina. Räbustit pakendatakse näiteks süstlataolistesse anumatesse või markerpliiatsi taolisesse pakendisse. Jootetina. Keskel nähtav tume osa on räbusti. Markerpliiatsi kujul räbusti. Jootmiseks kasutatakse palju erinevaid meetodeid. Osa neist on toodud järgnevates alalõikudes. Jootekolviga jootmisel kuumutatakse jootekolvi kuuma otsaga joodetavaid pindasid ning lisatakse jootetina. Jootekolviga või jootejaamaga jootmise eeliseks on töövahendite hind. Jootekolvi või jootejaama hind on üldjuhul oluliselt madalam kui teistel jooteseadmetel. Jootekolviga ei saa samas joota elektroonikakomponente, mille ühendused jäävad komponendi alla peitu. Samuti on jootekolviga jootmine aeglane, kuna iga komponendi ühendust tuleb eraldi joota. Kuumaõhupüss on mõeldud eeskätt pindmontaažkomponentide jootmiseks. Sellega jootmisel tuleb esmalt trükkplaat ette valmistada, kandes jootekohtadesse jootetina koos räbustiga või spetsiaalset jootepastat. Jootepasta on spetsiaalne segu peeneteralisest jootetinast, räbustist ja geelist. Seejärel võib joodetava komponendi õigele kohale asetada ning kuumaõhupüssiga joodetavat ala kuumutama hakata, kuni tina märgub ja komponent on joodetud. Kuumaõhupüss on samuti suhteliselt odav ning sellega saab joota ka komponente, mille ühendused on komponendi all peidus. Samuti on mugav seda kasutada elektroonikakomponentide lahtijootmiseks, ehk kuumutamiseks, kuni jootetina sulama hakkab, ning seejärel komponendi eemaldamiseks. See meetod on aga samuti aeglane, kuna korraga saab kuumutada ainult väikest ala. Kuumaõhupüssiga pole eriti efektiivne joota läbiaugukomponente ehk elektroonikakomponente, mille ühendused ulatuvad läbi trükkpaadi. Ahjus jootmiseks on vaja samuti trükkpaat eelnevalt ette valmistada. Trükkplaadile tuleks jootekohtadesse kanda jootepasta. Seda saab teha spetsiaalset dosaatorit kasutades, mis kannab jootekohale õige koguse jootepastat. Samuti kasutatakse šabloone, kus on jootekohtades augud, kuhu jääb õige kogus jootepastat, kui pastakiht üle šablooni tõmmata. Seejärel tuleb jootekohtadesse paigutada vastavad elektroonikakomponendid ning trükkpaati kuumutada. Trükkplaadi kuumutamiseks on erinevaid ahju tüüpe: konvektsioonahjud, infrapunaahjud, aurjootmisahjud. Ahjus jootmisel tuleb kasutada täpseid kuumutamisprofiile, et tagada plaadi ühtlane soojenemine ja kvaliteetsed jooted. Kuumutamisprofiil määrab, mis ajahetkel kui suurt kuumust plaadile antakse. Kuumutamisprofiili peamised etapid on eelsoojendamine, sulatamine ja jahutamine. Jootmisahju eeliseks on kiirus, korraga saab joota terve trükkplaadi. Jootmisahjud võimaldavad ka automatiseeritud tootmist. Jootmisahjude miinus on kallim hind. Lainejootmine oli üks esimesi viise, kuidas jootmisprotsess automatiseerida. Kuna enamasti kasutati läbiaugukomponente, siis sai kõik komponendid panna ühele poolele ja kõik jooted teisele poolele. Spetsiaalses masinas tehakse esmalt jootekohad räbustiga kokku, seejärel plaati eelsoojendatakse ning lõpuks viiakse elektroonikaplaat läbi vedela tina vanni. Lainejootmise põhiprobleemiks on pindjoodetavate komponentide jootekvaliteet ja nende fikseerimine õigele jootekohale. Tänapäeval on samas pindjoodetavad komponendid peamised kasutatavad komponendid. Taassulatusjootmine Matthew Burris, "Types of Solder", võrgumaterjal (kasutatud november 2014) https://web.archive.org/web/20150405091231/http://components.about.com/od/Components/a/Types-Of-Solder.htm 08.06.2011, "Euroopa parlamendi ja nõukogu direktiiv 2011/65/EL", Euroopa Liidu Teataja, võrgumaterjal http://eur-lex.europa.eu/legal-content/ET/TXT/?uri=CELEX:32011L0065 Vincent Himpe, 2012, "Mastering Surface Mount Technology", "Solder" lk 36–38, "Flux" lk 46–50. Giles Humpston,David M. Jacobson, 2004, "Principles of Soldering", ASM International, USA, "Chemical Fluxes for Soldering" lk 111–115. Kättesaadav http://books.google.ee/books?id=cQ6khQScBF4C&printsec=frontcover&hl=et&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false Ilmar Ilinõh, Mikhail Shenkin, 2013, "Jootetehnoloogiad ja jootematerjalid", võrgumaterjal https://web.archive.org/web/20150425121512/http://opiobjektid.tptlive.ee/Jootmine/index.html Martin Tarr, "Wave soldering", võrgumaterjal (kasutatud november 2014) https://web.archive.org/web/20141216122655/http://www.ami.ac.uk/courses/topics/0225_wave/ A. Navrozki. "Paika i sborka", 2004 (vene keeles)