Come promesso, ecco una breve guida alla saldatura (strettamente parlando si tratta di brasatura) rivolta in particolare a chi si cimenta con gli hack dei gamepad per console. Gli strumenti impiegati sono alla portata di tutti, per reperibilità e costi.
Per prima cosa è importante sapere la differenza tra una cattiva saldatura e una buona, per cui ecco un paio di esempi significativi che comprendono un po' tutti i vizi di un lavoro mal fatto.
Come accade nella maggior parte delle PCB dei pad, le piazzole degli input sono ricoperte da uno strato di sostanza conduttiva che va rimosso per poter saldare al rame sottostante. Nelle prime due foto vediamo dei graffi molto evidenti e irregolari, che sconfinano in maniera molto poco opportuna nelle zone circostanti.
Le piazzole sono solo in piccola parte liberate della sostanza conduttiva, per cui l'area saldabile è ridotta di molto.
Le saldature appaiono opache e di forma irregolare, con sbaffi verso l'alto o l'esterno. Sono le tipiche saldature fredde, in cui la lega saldante non ha avuto modo di fondersi adeguatamente.
L'isolante dei fili è sciolto, ritratto e schiacciato, al punto che qua e là si intravedono i trefoli interni.
C'è una sporcizia generale, sono visibili i detriti delle piazzole grattate, segno che si è tralasciato di pulire la scheda durante le varie operazioni.
Questa invece è una scheda, hackata in precedenza da qualcun'altro, su cui mi sono trovato a dover lavorare di recente. Una volta asportata l'abbondante colla a caldo le saldature presentano le irregolarità già viste sopra. Il pad su cui si basa la presente guida è identico a quest'ultimo e cioè un wireless 360 seconda versione (modello a massa comune), dal quale ho rimosso i componenti superflui (stick analogici, grilletti, connettori, ecc.):
Siccome la guida si propone di essere dimostrativa della tecnica di saldatura e non specifica per l'hack di questo pad, mi sono limitato a saldare solo alcuni fili alle piazzole dei tasti A, B, X, Y:
La prima operazione non ha a che vedere direttamente con la saldatura ma si rende spesso necessaria per i padhack ed è già stata nominata sopra: la rimozione della sostanza conduttiva dalle piazzole degli input.
È di importanza fondamentale perché il resto del lavoro dipenderà da quanto è stata fatta bene. Quello che vogliamo ottenere è una rimozione
totale dello strato conduttivo e quindi un'area saldabile più ampia possibile. Lo strumento più adatto per cominciare l'operazione è un
cacciavitino da gioielliere con punta a taglio (il più piccolo del set), con cui grattare via la sostanza indesiderata. Però bisogna vedere bene quello che si sta facendo e allora serve uno strumento essenziale per i lavori su scheda, una
lente di ingrandimento monoculare:
Non è necessario tenerla sull'occhio, io la tengo vicino con la mano non dominante mentre con l'altra gratto la piazzola. È importante infatti riuscire a vedere che la superficie di rame che man mano emerge sia uniforme e che non si vadano a grattare zone inopportune. Particolare cura va osservata per la pista che parte dalla piazzola: non volete assolutamente danneggiarla.
Non basta, serve un altro strumento indispensabile per la buona riuscita di questa e altre operazioni, una
bottiglia di solvente. L'alcol potrebbe andar bene qui ma non in altri casi che vedremo dopo, per cui tanto vale prendere il solvente e usare solo quello. Questi due sono quelli che uso di solito e che si trovano facilmente al supermercato (il Trix è più potente dell'altro):
Ogni tanto smettete di grattare col cacciavitino e dopo aver imbevuto un pezzetto di stoffa (niente cotone o cotton-fioc) sottile (un vecchio fazzoletto), passatelo sulla piazzola, pulendola dalla polvere accumulatasi. Ripetete a più riprese finché la piazzola sarà per lo più libera, il ché vuol dire che si deve vedere distintamente il rame. Ora prendete della
carta abrasiva da 1000-1200, cioè a grana finissima. Tagliatene un pezzetto 3x3cm e piegatelo in quattro:
Usatelo di punta per rifinire la piazzola (aiutandovi con la lente) in modo che il rame sia completamente pulito e uniforme (alla fine pulite sempre l'area con il solvente):
Ripetete tutto per le altre piazzole:
Non è un'operazione velocissima, credo che mi ci siano voluti 5 minuti buoni per piazzola. Non cercate di fare più presto che potete: l'accuratezza in questa fase pagherà moltissimo in quelle successive.
Finita questa operazione preliminare, che a seconda del pad potrebbe anche non essere richiesta (i pad Madcatz ad esempio hanno le piazzole già pronte da saldare), veniamo alla prima saldatura e subito va introdotta una regola fondamentale e universale:
le parti da saldare devono essere ferme. Immobili.Esistono (per l'hobbistica) dei
bracci con lente incorporata per tenere fermi componenti da saldare ma onestamente non vanno molto bene, specialmente per le schede. Risparmiate i soldi e usate un sistema più semplice, migliore ed economico: fermate la scheda al banco di lavoro con del
nastro isolante:
Ora facciamo una breve digressione per parlare del saldatore e della lega per saldare. Pochi consigli ma buoni: non comprate né l'uno né l'altra in ferramenta o posti brico ma solo in un negozio di elettronica (e sottolineo di elettronica, non di materiale elettrico generico). Prendete un
saldatore a stilo da 25-30W, meglio se con possibilità di punte differenti intercambiabili.
Per questa guida ho scelto di usare un JBC 40S, che è uno dei saldatori più comuni che praticamente ogni negozio dovrebbe avere. Quindi è un esempio medio: non deve essere per forza lo stesso saldatore, ma uno equivalente.
La punta è da 1.7mm, curva (non è necessario ma io la preferisco) e prestagnata. Non andate su punte troppo sottili (tipo 1mm) né troppo grosse.
La lega. Comunemente detta "lo stagno", è in realtà composta per il 60% da stagno e il 40% da altro. Fino a qualche anno fa (prima del 2006), questo "altro" era tipicamente il piombo, ma dopo la direttiva RoHS è stato messo al bando o per lo meno fortemente ristretto e scoraggiato nell'unione europea (pena la mancata certificazione lead-free e grossi problemi per la commercializzazione di prodotti a livello industriale). Il piombo quindi è stato sostituito da altri elementi (argento, rame, ecc.) che richiedono temperature di fusione più alte e in sostanza queste leghe vanno molto peggio (almeno per l'hobbista) di quella vecchia. Per cui è fondamentale che vi procuriate una
lega 60% Sn 40% Pb. Alcuni negozi la tengono ancora, altri no. Esistono anche leghe con una piccola presenza di altri elementi, ad es. 59% Sn 39% Pb 2% Ag ma sto cercando di rimanere sull'essenziale. Altra caratteristica importante è la presenza all'interno del filo per saldatura del flussante, cioè quella sostanza che mentre si salda va a pulire (disossidare) le superfici e favorisce la bagnatura (la "stagnatura") delle stesse. Cercate quindi la dicitura "rosin core flux" o simili. Ma generalmente lo stagno che trovate nei negozi di elettronica ha questa caratteristica. Ripeto, evitate di prendere lo stagno in ferramenta.
Quanto alla dimensione del filo di stagno, se potete prendetelo da 0.5mm (quello usato in questa guida) o 0.8mm (evitate quello da 1mm o superiore).
Naturalmente prendete anche un
supporto per il saldatore, come questo:
Il supporto ha una spugnetta che va inumidita e su cui va passata la punta del saldatore, in modo da pulirla, prima di ogni singola saldatura (cioè non solo all'inizio della sessione), dai residui di stagno della precedente. Personalmente le spugnette incorporate nei supporti le trovo scomode: preferisco usare una
pezza assorbente come quelle da cucina:
Idealmente andrebbe imbevuta di acqua distillata in quanto l'acqua del rubinetto, essendo mineralizzata, rende opaco il metallo del saldatore. Ma non è un problema perché quello che conta è la punta, che è stagnata e si pulisce facilmente dagli ossidi.
Ritorniamo ora alla nostra scheda, fissata al banco e con le piazzole pronte per essere stagnate:
A questo proposito tenete presente che se interrompete il lavoro per ritornarci in seguito (magari giorni dopo) le piazzole inizieranno a ossidarsi per cui dovrete ripassarle con la carta abrasiva. Per questo è sempre meglio stagnarle subito dopo averle preparate, anche se non salderete subito i fili.
Prendete il saldatore e portate la punta a contatto della piazzola e dopo 1-2 secondi spingete il filo di stagno nel punto di incontro tra la punta e la piazzola, accompagnando poi la distribuzione dello stagno su tutta la superficie ma senza esagerare. Allontanate filo di stagno e saldatore dalla piazzola con un movimento abbastanza deciso (senza sagerare). L'intera operazione non deve durare più di 4 secondi, tempo sufficiente per fare tutto in comodità. Se vi serve molto più tempo (8-10 secondi) state sbagliando qualcosa: fermatevi e rivedete la procedura.
Se avete una lega con flussante, come descritto sopra, non è necessario l'utilizzo di coadiuvanti come la pasta saldante. Io non la uso mai per applicazioni come questa. Per cui è meglio se non ne sentite il bisogno: vuol dire che state facendo nel modo giusto. Se invece credete di avere bisogno di un aiuto extra, invece della pasta procuratevi del
flussante liquido. Si trova in vasetti con tappo a pennellino. Si dà una pennellata (ne basta poco!) sulla superficie da saldare e si procede. Ripeto, per saldature come quelle mostrate qui è superfluo e io non lo uso. Esistono altri contesti invece in cui è praticamente impossibile farne a meno (saldatura di componenti SMT).
La piazzola, al termine della stagnatura, deve presentarsi completamente ricoperta di stagno ma come un velo o poco più, non eccessivamente carica. Lo stagno deve essere lucido e uniforme, senza sbaffi e irregolarità.
A questo punto usate il solvente per ripulire l'area dal residuo di flussante che si secca e tende a diventare una crosticina (è qui che il solvente funziona molto meglio dell'alcol). Esaminate la piazzola con la lente e assicuratevi che non siano rimasti pelucchi, in caso toglieteli con uno spazzolino:
Ora è il momento di passare alla saldatura del
filo elettrico, che deve essere a trefoli, cioè composto da diversi filettini, e non rigido (con un'unica anima).
Sceglietelo di sezione adatta: né troppo sottile, né troppo grosso. Se l'altro capo del filo va terminato con un faston (quick disconnect), la sezione ideale è 0.30mmq (o in altri termini 22AWG). I fili usati in questa guida sono di questa sezione:
Ecco gli stessi fili terminati con faston per i tasti giapponesi:
Se serve, usate questo
calcolatore per la conversione da sistema metrico (che misura in mmq la superficie della sezione trefolata (senza cioè considerare l'isolante) ad AWG. Per esempio, i fili del cavetto a 5 pin degli stick Sanwa è da 24AWG, ovvero 0.20mmq. Non è male neanche questa sezione ma se vanno terminati con faston bisogna che questi siano adatti alla sezione del filo.
Come già detto in precedenza, le superfici da saldare devono essere ferme. Per cui, dopo aver spelato il filo per circa 8mm, assicuratelo con il nastro isolante ad un oggetto stabile, in modo che il filo si trovi sporgente e rialzato:
Non è necessario attorcigliare i trefoli se risultano compatti (come nella foto sopra) dopo la spelatura. È sempre meglio evitare di sporcarli con l'unto e il sudore delle mani.
A questo punto, similmente a quanto abbiamo fatto per la stagnatura della piazzola, avviciniamo la punta del saldatore al filo, toccandolo per 1-2 secondi al massimo, spingendo poi lo stagno contro la punta del saldatore che si trova a contatto dei trefoli. Lasciate che lo stagno si depositi come una goccia attorno al filo e poi allontanate, non troppo lentamente (o la goccia avrà uno sbaffo), il saldatore e lo stagno dal filo:
Per evitare che la goccia di stagno scivoli alla fine del filo (cosa indesiderata), piegate prima di iniziare a saldare la parte finale del filo leggermente verso l'alto: in questo modo la goccia si formerà a ridosso dell'isolante, che è quello che volete:
Similmente a quanto detto a proposito della stagnatura della piazzola, se davvero sentite il bisogno di un aiuto extra (ma non dovreste), immergete nel flussante la parte spelata del filo e poi procedete alla stagnatura.
Prendete un
tagliaunghie (qui funziona meglio di qualunque tronchesina) e troncate l'eccesso di filo successivo alla goccia di stagno, a circa 3mm dall'isolante:
Con del nastro isolante mettete il filo appena preparato sulla scheda in modo che la parte stagnata poggi sulla stagnatura della piazzola:
Toccate con la punta del saldatore sia la piazzola che il filo e contemporaneamente spingetegli contro il filo di stagno finché l'intera area sarà completamente fusa. Allontanate con un movimento abbastanza rapido saldatore e stagno dalla piazzola:
La stagnatura finale deve prendere la forma della piazzola e avere una superficie regolare, liscia, senza sbafffi. Pulitela infine con il solvente. Il risultato ottenuto non necessita di ulteriori trattamenti quali la copertura con colla a caldo.
Ripetere i vari passaggi per le altre piazzole:
È consigliabile saldare i fili disponendoli in maniera ordinata, già sapendo grosso modo il percorso che faranno una volta che la scheda si troverà nello stick.
Al posto della colla a caldo è molto meglio usare dei
fermacavo adesivi e delle
fascette per riunire e bloccare i fili:
Qualcuno forse si chiederà perplesso: ma la
colla a caldo allora non si usa proprio mai?
Ci sono a dire il vero alcuni contesti in cui la colla può fare comodo. Ad esempio, nel caso in cui un filo estremamente sottile (al punto in cui il metodo del fermacavo adesivo risulta inefficace) debba compiere un percorso lungo e tortuoso sulla scheda. Ma in ogni caso la colla non va posta sulle saldature (le saldature buone non si dissaldano mai) ma in punti opportuni dell'isolante per evitare stress meccanici. Nella foto seguente un filo rigido da 30AWG ripristina una connessione interrotta tra una RAM e una GPU:
Un caso in cui la colla a caldo si dimostra fondamentale è la costruzione di cavi terminati con connettori a vaschetta (DB-9, DB15, ecc.), scart e altri che siano chiusi da calotte di dimensioni importanti. I cavi professionali di questo tipo hanno
calotte pressofuse, che assicurano ai connettori una grande robustezza e resistenza agli stress meccanici tipici dei cavi esterni. Gli inserimenti e i disinserimenti sono sempre sicuri, non c'è mai il rischio che all'interno i fili subiscano trazioni in grado di romperli, neanche quando si tira afferrando il cavo invece del connettore. I
connettori fai-da-te pur avendo dei fermacavi non sono altrettanto affidabili, ma possono diventarlo se la calotta, prima di essere chiusa (dopo aver fatto ottime saldature e testato la funzionalità del cavo), viene riempita di colla a caldo:
