Juote – juottamisen perusteet: pehmeät ja kovajuotokset, lyijy vs lyijytön
Opas juottamiseen: opi pehmeän ja kovan juotoksen erot, juoksutteet sekä lyijy- vs. lyijytön juote, käytännön turvallisuus- ja valintaohjeet elektroniikkaan ja LVI-töihin.
Juote on metalli tai metalliseos, joka sulaa alhaisessa lämpötilassa. Juotoksia on kahta tyyppiä: pehmeä juote ja kova juote. Pehmeä juote sulaa helposti juotosraudoilla, ja sitä käytetään elektroniikka- ja sähkötöissä. Kovajuotos sulaa korkeammassa lämpötilassa polttimella. Juotoksen käyttöä kutsutaan juottamiseksi. Juottamisen perusajatuksena on liittää kaksi metallipintaa niin, että juote kostuttaa pinnat ja muodostaa metallisen liitoksen ilman, että liitettävät kappaleet sulavat.
Pehmeät ja kovajuotokset
Pehmeät juotokset (soft solder) käyttävät matalampia sulamislämpötiloja ja soveltuvat sähkö- ja elektroniikkaliitoksiin sekä kevyempiin mekaanisiin liitoksiin. Kovajuotos (brazing, hard solder) tarkoittaa juotetta, joka sulaa korkeammassa lämpötilassa (yleensä yli noin 450 °C) ja luo mekaanisesti kestävämmän liitoksen; sitä käytetään esimerkiksi putkistoissa, koruissa ja joissain metallirakenteissa. Kovajuotoksen sulamislämpötila on usein korkeampi kuin pehmeän juotteen, ja sen valmistukseen käytetään usein hopea-, kupari- tai messinkiä sisältäviä seoksia.
Lyijy vs. lyijytön juote
Pehmeitä juotoksia on kahta päätyyppiä: lyijyjuotoksia ja lyijyttömiä juotoksia. Tyypillinen perinteinen lyijyjuote on tinan ja lyijyn seos, usein noin 63 % tinaa ja 37 % lyijyä (Sn63Pb37), joka on eutektinen ja sulaa noin 183 °C:ssa. Tätä eutektista seosta pidetään hyvänä juotosominaisuuksiltaan, koska se sulaa yhdellä lämpötilalla ja kovettuu nopeasti. Joissain vanhemmissa seoksissa käytettiin noin 60/40 tai esimerkiksi putkiasennuksissa 50/50-seoksia; näiden sulamispisteet ja ominaisuudet poikkeavat eutektisesta koostumuksesta.
Lyijyn haitat: Lyijy on myrkyllistä ja voi aiheuttaa terveyshaittoja, jos sitä joutuu elimistöön esimerkiksi käsien kautta tai saastutuneen veden välityksellä. LVI-työssä käytettyjen lyijyseosten tiedetään voineen liueta veteen, minkä vuoksi niiden käyttö juomaveteen johtavissa järjestelmissä kiellettiin. Aikaisemmin lyijyjuotokset olivat yleisiä myös elintarvikepurkeissa, mikä saattoi aiheuttaa myrkytyksiä pitkäaikaisessa käytössä. Nykyään lyijyjuotosten käyttö kuluttajaelektroniikassa on rajoitettu, mutta erityisaloilla (esim. ilmailu, sotilaslaitteet, joitain korjauksia) saattaa olla poikkeuksia.
Vuonna 2006 jotkin sääntelytoimet, kuten Euroopan unionin RoHS-direktiivin (ja sitä seuraavat kansalliset toimeenpanot), rajoittivat lyijyn käyttöä monissa kuluttajatuotteissa. Myös joidenkin muiden alueiden ja osavaltioiden säädökset tiukensivat lyijyn käyttöä kuluttajatuotteissa. Näiden muutosten seurauksena kehittyivät laajalti käytetyt lyijyttömät juotesekoitukset, joista yleisimpiä ovat tina‑hopea‑kupari-seokset (esim. SAC- seokset kuten Sn96.5Ag3.0Cu0.5), joiden sulamispiste on korkeampi (tyypillisesti noin 217–220 °C reflow‑profiileissa).
Lyijyttömiin juotteisiin voidaan lisätä myös muita metalleja, kuten hopeaa ja kuparia, ja joskus pieniä määriä indiumia tai muita aineita, jotta juotteen ominaisuuksia (sulamispiste, kostuvuus, lujuus) voidaan säätää. Indiumia käytetään joissain erikoissovelluksissa, koska se alentaa sulamispistettä ja parantaa kostuvuutta, mutta se on huomattavasti kalliimpaa.
Juoksute (flux) ja juotostekniikka
Kun metallia juotetaan, sen pinta usein hapettuu ja muodostaa metallioksidikerroksen, joka estää juotteen kostumisen ja kiinnittymisen. Juoksute lisätään reagoimaan metallioksidin kanssa ja muuttamaan se takaisin metalliksi tai poistamaan oksidit juotoksen aikana. Tämä auttaa juotetta liittymään metalliin ja parantaa liitoksen laatua.
Yleisimmistä juoksutteista elektronisessa juottamisessa on kolofonium eli rosin (kolofonium on pihkasta valmistettu aine), joka on vähäisen aktiivinen ja sopii herkille komponenteille. On myös aktiivisempia juoksutteita ja vesiliukoisia juoksutteita. Vesiliukoiset juoksutteet pitää usein huuhdella pois juotoksen jälkeen; toisaalta ns. "no-clean" -juoksutteet on suunniteltu jättämään huomaamattomia jäämiä, joita ei tarvitse poistaa.
Juottolangossa on usein juoksuteydin (flux-core), jolloin juoksute vapautuu suoraan juotettaessa. Elektroniikkatuotannossa käytetään lisäksi juotospastoja (solder paste) pintaliitoskomponenttien (SMD) reflow-juottamiseen. Reflow-prosessit, erityisesti lyijyttömät, vaativat tarkoin hallitut lämpöprofiilit, koska juotteen korkeampi sulamislämpötila voi kuormittaa herkkiä komponentteja.
Käytännön vinkkejä ja turvallisuus
- Työpiste ja ilmanvaihto: Juotostuutteet voivat päästää höyryjä, jotka ärsyttävät silmiä ja hengitysteitä; erityisesti lyijy- tai voimakkaat juoksutehöyryt ovat haitallisia. Käytä imua tai fume extractor -laitetta ja tuuleta tila hyvin.
- Suojaus: Pese kädet juottamisen jälkeen eikä syö tai juo samalla työpisteellä. Käytä tarvittaessa suojaavia laseja ja hengityssuojainta herkille töille.
- Lämpötila ja välineet: Vaikka juotteen sulamispiste voi olla esim. 183 °C (Sn63Pb37) tai ~217–220 °C (lyijytön SAC), juotosraudan kärki säädetään yleensä korkeammaksi (suojaus lämpöhäviöitä vastaan) — esimerkiksi elektronisessa työssä taipuu käytännössä 300–400 °C-alue. Lyijyttömät juotokset vaativat usein hieman korkeammat lämpötilat, joten tarkkaile komponenttien lämpökuormitusta.
- Vinkkejä laadukkaaseen juotokseen: Puhdista juotettavat pinnat, käytä sopiva määrä juoksutetta, lämmitä kohdetta riittävästi jotta juote virtaa hyvin ja vältä liian pitkää lämpöaltistusta. Tinaa kannattaa käyttää oikeanlaisella halkaisijalla ja juotoksen viimeistelyssä käytetään juotoslankaa, desoldering braidia tai pumppua tarvittaessa.
- Telahti ja hoito: Juotosraudan kärki kannattaa pitää puhtaana ja tinattuna (tinning), jotta lämmönsiirto pysyy hyvänä. Puhdistukseen käytetään usein märkää hiomapuhdistinta tai messinkikuutiota kärjen kulumisen estämiseksi.
Erityissovellukset ja ilmiöt
Joissain sovelluksissa on huomioitava esimerkiksi tinan "whisker"-ilmiö, jossa yksittäiset tinakuitumaiset kasvut voivat kasvaa tinapintojen päälle ja aiheuttaa oikosulkuja; lyijyseinukkaus ehkäisee whiskerien muodostumista, minkä vuoksi siirtymä lyijyttömiin materiaaleihin vaati lisähuomiota pinnanvalinnoissa ja suunnittelussa.
Lisäksi lasin juottamiseen käytetään erityisiä juotteita ja lasiliimoja, joiden sulamislämpötilat voivat olla korkeampia (esim. 450–550 °C) tai joilla saavutetaan lasin ja metallin liitosominaisuudet. Koruteollisuudessa ja putkiasennuksissa käytetään usein hopeajuotoksia ja kovajuotoksia, jotka antavat mekaanisesti vahvemman ja korkeammissa lämpötiloissa kestävän liitoksen.
Yhteenveto
Juotevalinta ja juottotekniikka riippuvat käyttökohteesta: elektroniikassa arvostetaan hyväkuntoisia sähköisiä ominaisuuksia ja matalaa lämpökuormitusta, joka usein ohjaa valitsemaan joko perinteisen lyijyseoksen (jos sallittu) tai lyijyttömän SAC‑tyyppisen juotteen. Putki- ja mekaanisissa liitoksissa käytetään usein kovajuotoksia, jotka kestävät mekaanista rasitusta ja korkeampia lämpötiloja. Tärkeintä on huomioida turvallisuus, oikea juoksute ja lämpötila sekä valmistajan suositukset sekä paikalliset säädökset lyijyn käytöstä.

erilaiset juotokset
Galleria
· 
Juotoksen käyttö: johtimen pitäminen kiinni piirilevyyn.
· 
Lyijytön juote
· 
Flux core -juote
·
Makrokuva flux cored pala juotosta
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä on juote?
V: Juotos on metalli tai metalliseos, joka sulaa alhaisessa lämpötilassa, ja sitä käytetään elektroniikassa, sähkötöissä, putkityössä ja lasin liittämisessä muihin materiaaleihin.
K: Mitä kahta juotostyyppiä on olemassa?
V: Juotoksia on kahta eri tyyppiä: pehmeä juote ja kova juote. Pehmeä juote sulaa helposti juotosraudoilla, ja sitä käytetään elektroniikka- ja sähkötöissä, kun taas kova juote sulaa korkeammassa lämpötilassa polttimella.
K: Mitkä ovat kaksi tärkeintä pehmeän juotteen tyyppiä?
V: Kaksi tärkeintä pehmeän juotteen tyyppiä ovat lyijypohjaiset juotokset, jotka sisältävät noin 60 % tinaa ja 40 % lyijyä, ja lyijyttömät juotokset, jotka koostuvat yleensä tinasta, hopeasta, kuparista ja joskus indiumista.
K: Missä lämpötiloissa nämä erityyppiset juotokset sulavat?
V: Lyijypohjaiset juotokset sulavat noin 185 °C:ssa ja lyijyttömät juotokset noin 217 °C:ssa. Lasi-metalli-juotokset sulavat 450-550 °C:n välillä.
K: Miksi lyijyä käytettiin aikoinaan elintarviketölkeissä?
V: Lyijyä käytettiin aikoinaan elintarviketölkeissä, koska ihmiset luulivat sen olevan turvallista. Monien vuosien kuluttua kuitenkin havaittiin, että lyijy saattoi joutua kosketuksiin tölkin sisällä olevan ruoan kanssa, mikä aiheutti myrkytyksen, kun ihmiset söivät ruokaa.
K: Käytetäänkö lyijyä vielä nykyäänkin elektroniikassa?
V: Vuonna 2006 Euroopan unioni, Kiina ja Kalifornia kielsivät lyijyn käytön kuluttajatuotteissa, joten sen käyttö elektroniikkalaitteissa tuli joissakin paikoissa laittomaksi.
Kysymys: Mitä metalliin lisätään juoksevaa ainetta ennen juottamista?
V: Juoksevaa ainetta lisätään metalleihin ennen juottamista, koska se reagoi metallin pinnalla mahdollisesti olevan metallioksidin kanssa, joka muuttaa metallin takaisin metalliseksi, jotta se pysyy paremmin kiinni sulassa juotteessa liitoksen aikana.
Etsiä