Как правильно работать паяльным феном, чтобы провозвести монтаж BGA чипа или SMD компонента

Что необходимо для работы

Паяльный фен, который еще называют термовоздушной паяльной станцией, представляет собой многокомпонентный инструмент с большим числом функций, для ремонта современных устройств. Он позволяет выполнять пайку компонентов СМД, конденсаторов, светодиодов и других деталей. То же касается и чипов BGA-типа, делающих монтаж более плотным. Сегодня почти каждая электронная начинка в современных устройствах изготовлена таким образом.

Чтобы паять смд-компоненты, необходимы такие материалы и приборы:

• собственно, сам фен;
• насадки к нему;
• флюс с паяльной пастой;
• оплетка из меди;
• какое-нибудь приспособление для поддевания деталей (пинцет, например);
• средне-мягкая щеточка;
• линза;
• паяльник с более тонким жалом по сравнению со стандартным;
• трафарет для «перекатки».

Грамотно работать паяльным феном – значит соблюдать осторожность, иметь ангельское терпение, и быть предельно аккуратным.

Ликбез для начинающих

Для выпаивания детали из платы, нужно сделать так, чтобы контакты разогрелись до плавления припоя (примерно 230 °C). Основная ошибка начинающих — место паяльных работ сразу прогревают на 300 — 350 °C.

Например, нужно выпаять микросхему из платы паяльной станцией Lukey 702.

Многие радиолюбители и электронщики выставляют параметры нагрева выше 300 °C.

В первый момент, на деталь действует около 200 °C. На контактах и окружающем месте паяльных работ комнатная температура.




Еще чуть-чуть, и она отпаяется из-за того, что и контакты практически нагрелись до плавления припоя. Но это происходит потому, что плата прогрелась. И в данном случае, это произошло неравномерно. Высокие значения температур приводят к тепловому пробою микросхемы, она выходит из строя. Плата сгибается, чернеет, появляются пузыри из-за вскипевшего текстолита и его составляющих.

Такой метод пайки очень опасен и не эффективен.

Как выпаять радиодетали из платы: основные способы

Теперь мы подробнее поговорим о том, как выпаять деталь из платы с помощью паяльника, не используя при этом дополнительные приспособления. Такой способ сейчас считается самым простым и популярным.

Изначально приведем пример с конденсатором. Захватываем его с помощью пинцета и прогреваем два вывода. После их прогревания нужно резко вытянуть из платы

Обратите внимание, что перегрев должен быть средним

Если вам необходимо выпаять транзистор, то используем методику, которая указана выше. Единственное отличие – нудно прогревать 3 вывода, а потом уже и вытягиваем из платы.

• Нагреваем один вывод.
• С помощью пинцета стараемся медленно вытягивать радиоэлемент. Делаем это крайне аккуратно, время от времени прогреваем вывод, если ничего не двигается.
• Когда одна ножка раскроется, то остальные вытянуть будет уже не сложно.

В каких случаях паять феном не получится

Паяльный фен как правило достигает мощности не боле 500 Вт. Чем меньше мощность, тем меньше можно прогреть площадь платы.

Для массивной платы необходим нижний подогрев. Чаще всего это плита, которая нагревается до 100 – 200 °C. Печатную плату получится равномерно прогреть. А с помощью фена довести до плавления припоя.

Так же можно использовать строительный фен. Он имеет большее сопло, и его мощность может быть до 3000 Вт. Однако, строительный фен тоже не выход. Из-за того, что греется только деталь и небольшое окружающее пространство вокруг, после пайки плата деформирмируется от высокой разницы нагрева, тем самым отрываются выводы от площадок (особенно это кается больших BGA деталей).

Необходимость в демонтаже радиоэлементов возникает в нескольких случаях:

• Демонтаж неисправного элемента;
• Ошибочная установка радиодетали;
• Выпаивание из платы – донора ввиду отсутствия новой микросхемы.

Во всех этих случаях, кроме первого, основные условия – сохранение целостности и рабочего состояния выпаиваемой детали и целостность печатной платы.

Для выполнения этих работ требуется соблюдение аккуратности и несложных правил, которые были разработаны еще тогда, когда большая часть номенклатуры радиодеталей была в дефиците. Остро стоял вопрос, как выпаять дорогую микросхему из платы, не повредив ее.

Выбор флюса

Речь пойдет о пайке медных деталей. Для железа и алюминия существуют специальные кислотные составы, это тема отдельного материала.

На самом деле, это личное предпочтение каждого. Надо просто попробовать различные составы, и определить для себя лучший. Кому-то нравится паяльный жир (консистенция, как у солидола), некоторые любят жидкий флюс. Мы расскажем о традиционной канифоли.

Точнее — как правильно с ее помощью паять.

Этот флюс на основе сосновых смол, обладает отличными чистящими свойствами. Он обеспечивает механическую, и химическую очистку, кроме того, хорошо защищает поверхность от окисления при нагреве. Недостаток один: в чистом виде канифоль твердая. Это значит, что ее нельзя заранее нанести на соединяемые детали. Однако технология есть:

• коснувшись канифоли жалом паяльника, набираем на него припой;
• погружаем ножки детали или провод во флюс с помощью паяльника (он плавится), при этом поверхность покрывается тонким слоем припоя;
• аналогично наносим припой на место пайки;
• состыковываем залуженную деталь (провод) с местом пайки;
• касаемся паяльником флюса, затем набираем припой, снова макаем в канифоль;
• сразу же переносим жало в зону пайки.

Таким способом паяют детали уже многие десятилетия. При определенной сноровке, ограничений по выбору материалов для соединения нет. Именно такая методика идеально подходит для тренировок. Если вы ее освоите — остальные способы будут казаться еще проще.

Совет: для очистки поверхностей пайки, на которых есть слой окисла, подойдет обычный аптечный аспирин. Он содержит в себе ацетил салициловую кислоту. Его надо растереть в порошок, и нанести на контакты.

Демонтаж dip-корпуса

Как уже отмечалось, эта разновидность микросхем отличается монтажом в отверстия на монтажной плате. Это налагает определённые ограничения на процесс её демонтажа. Для того чтобы аккуратно извлечь её ножки из отверстий, нужно удалить из места соединения припой, практически полностью освободив ножки.

Нужно отметить, что поочерёдный нагрев и демонтаж отдельного контакта тут не подойдёт, так как, остывая, оставшийся на месте припой будет снова фиксировать микрочип на месте. Поэтому распайкаDIP корпуса оптимальна следующими методами:

1. Использование подручных средств – для этой цели подойдут иглы от медицинских шприцов или специальные полые трубочки, продающиеся сейчас в магазинах электротехники. Но вариант использования медицинской иглы наиболее дешевый и доступный. Для этого нужно подобрать иглу диаметром чуть меньше, чем посадочные гнезда для ножки микрочипа. Затем срезать её заостренную часть надфилем либо просто откусить, после чего напильником сточить сплющенную часть. После этого установив получившуюся полую трубку с ровным срезом на посадочное гнездо, просто нагреть её паяльником, освободив этим ножку чипа;
2. Второй вариант – это перетягивание припоя с места припайки на медные провода, смоченные флюсом, таким, например, как спиртовая канифоль. Нагреваемый паяльником провод с флюсом постепенно перетягивает на себя припой с места пайки. Этот вариант занимает больше времени, но также достаточно эффективен;
3. Использование паяльника с отсосом припоя – в этом случае особых сложностей в демонтаже не предвидится. Главное – контролировать температуру нагрева в зоне контакта, чтобы не повредить плату и саму деталь.

Эти варианты позволят быстро и качественно выпаивать DIP-корпуса с платы.

Важно!Основным требованиям к использованию паяльника в этом случае будет постоянный контроль над давлением и температурой в зоне пайки. Перегрев и излишний нажим может вывести деталь из строя

Важно!При использовании иглы медицинского шприца можно упростить задачу по её обрезке, для этого перед обрезкой достаточно прокалить докрасна место среза

Другие приспособления и материалы

Для удобства выполнения паяльных работ перечисленные инструменты необходимо приготовить заранее и расположить на столе в удобном порядке.

Используемые инструменты

Для реализации процедуры выпаивания потребуются следующие инструменты:

• паяльник (в принципе при определенной сноровке его можно заменить иным источником тепла, но лучше паяльника пока никто ничего не придумал);
• медицинский пинцет среднего размера (используется как держатель, заодно в ряде случаев выполняет функции теплоотвода).

Паяльник лучше взять с регулятором температуры в составе паяльной станции типа показанной на рисунке 1.

Пинцет при работе иногда заменяют на медицинский зажим или обычный крокодил.

Рисунок 1. Паяльная станция для радиомонтажных работ

Типичный вид печатной платы со стороны пайки показан на рисунке 2. Поэтому необходимо помнить о том, что припой не только обеспечивает электрический контакт выводов детали с токоведущими дорожками печатной платы, но и осуществляет первичное механическое крепление детали.

Рисунок 2. Вид печатной платы со стороны контактов

Для удаления излишка припоя используются такие приспособления как:

полые медицинские или специализированные иглы;

Оплетка обычно поставляется на небольших бобинах, рисунок 3 и покупается в специализированных магазинах.

Рисунок 3. Оплетка для выпаивания радиодеталей

Наибольшую эффективность удаления припоя обеспечивает отсос, рисунок 4, но его необходимо приобретать отдельно.

Рисунок 4. Отсос для припоя

Как правильно паять феном

Нужно закрыть все мелкие и уязвимые к перегреву компоненты защитой.

В данном случае используется алюминиевый скотч. Он хорошо защищает компоненты от температуры, плотно держит компоненты платы. Однако, прибавляет теплоёмкость к месту пайки. Термоскотч также хорошо защищает, только хуже держится на плате.

Плату размещается на таком материале, который наименее теплоёмкий и медленно отдает температуру в окружающую среду. Можно использовать, например, деревянную дощечку. И при этом, место пайки не должно находиться под наклоном.

Лучше всего нанести на контакты флюс. Он хорошо распространяет тепло, по сравнению с нагреваемым воздухом, однако не следует его добавлять слишком много. Он может вскипеть, зашипеть или помешать пайке.

Первым делом прогревается место пайки. Фен выставляется около 100 °C и максимальным потоком воздуха.

Нужно прогреть как саму деталь, так и окружающее место пайки с контактами круговыми движениями.Далее, спустя около минуты следует плавно повысить нагрев.

Разница с контактами будет небольшая. Таким образом, в течение нескольких минут, повышаем до 300 °C.

Шаг около 20 — 30 °C на каждые десятки секунд.

Общие правила работы с паяльником (подробно все эти пункты мы рассмотрим в обзоре)

• Место соединения должно быть механически зачищено от загрязнений, защитного покрытия и окислов (если позволяют размеры и конструкция деталей и проводников).

  
  На чем можно акцентировать внимание: некоторые металлы в принципе не могут быть очищены от оксидной пленки, по крайней мере на воздухе. Только под непрерывным слоем специальных флюсов (речь идет об алюминии и сплавах на его основе). Дело в том, что «крылатый металл» окисляется моментально.

• Для обезжиривания точки соединения применяются специальные очистители: флюсы.

  
  Они не должны оказывать разрушающего воздействия на металл, с которым вы работаете. Даже если место соединения кажется идеально чистым, пайка без флюса практически невозможна. При касании нагретого жала паяльника, происходит термическое окисление.

  Важно: металлы, применяемые в электротехнике (алюминий, медь, серебро, золото), в чистом виде обладают неплохой адгезией. Стандартные припои как бы прилипают к поверхности, надежно фиксируясь после застывания. Слой оксидной пленки не просто препятствует «прилипанию», он еще и является диэлектриком.

  А флюсы при нагреве активируют свои очистительные свойства, и не просто удаляют невидимые загрязнения, но и препятствуют окислению.

  Для различных материалов разработаны специальные флюсы. Используются даже кислоты.

• Форма и размеры рабочего кончика жала паяльника должны соответствовать контактам и условиям пайки. Материал не имеет значения: это может быть медь, керамика, или твердые сплавы, покрытие серебряным напылением.

  

• Выбор мощности — для пайки печатных плат подойдет диапазон 25–60 Вт. Слишком высокая температура может не просто перегреть место пайки, некоторые радиодетали выходят из строя при термическом воздействии. Обратная сторона медали: низкая температура будет отводиться из зоны пайки массивными контактами или толстым теплопроводным проводником. Придется долго держать жало в рабочей зоне — отсюда снова перегрев деталей. Например, когда встает вопрос, как выпаять конденсатор, важно точно знать градус. Золотое правило пайки: высокая температура и кратковременный нагрев. Это умение приходит только вместе с опытом.
• Подбор припоя. С точки зрения адгезии — все виды работают неплохо. То есть, подбор для определенного металла контактов — это не задача №1. А вот к температуре плавления следует относиться внимательно. С одной стороны, легкоплавкие составы позволяют минимизировать тепловое воздействие на детали. С другой стороны — это создает две дополнительные проблемы:Во-первых, легкоплавкий припой так же быстро «отпаивается». Если температурный режим контактного соединения не очень благоприятен, есть возможность потери контакта при работе.Во-вторых, вы обязательно столкнетесь с тем, что припой уже в жидком состоянии, а контакты еще не прогрелись для нормальной адгезии. В результате снова перегрев точки пайки.

Повторимся, это лишь теоретические основы, из которых пока не ясно, как паять паяльником. Подробные инструкции увидите далее.

Оловоотсос для выпаивания радиодеталей

Пользуются оловоотсосом так: взводят пружину, подносят наконечник к прогреваемому паяльником контакту и нажатием кнопки спуска пружины, за счет создавшегося вакуума втягивают расплавленный припой внутрь оловоотсоса. Я пользуюсь таким как на фото, если оловоотсос перестает втягивать припой, нужно разобрать и почистить резиновое кольцо на поршне.

Эти способы (оплеткой и оловоотсосом) имеют преимущества перед прогреванием места пайки паяльным феном в том, например при выпайке пластмассовых разъемов для дальнейшего использования нет риска, что они поплавятся. Также игла от шприца годится для устранения замыканий между «слипшимися” соседними ножками микросхем.

Выпаивание микросхем с платы – задача нетривиальная, вне зависимости от типа контроллера. Отпаиваешь одну ножку, но пока занимаешься другой, она застывает. Можно отгибать ножки после отпаивания, но снова встает проблема отлома контактов. Возникает вопрос, как выпаять микросхему из платы паяльником?

Оловоотсос: как правильно пользоваться

Вакуумный оловоотсос, является очень полезным инструментом при выпаивании различных радиодеталей, будь это микросхемы, транзистор или, например диод. Так же, качественно удаленное олово с контактов поможет без особых трудностей припаять рабочую деталь.

Оловоотсос состоит из:

• Вакуумной колбы, носика изготовленного из термоматериала;
• Обратной пружины;
• Поршня.

Выпаивать радиодетали оловоотсосом довольно просто. В первую очередь необходимо «взвести» оловоотсос. Для этого нужно путем нажатия на поршень зафиксировать его стопорным механизмом (фиксация происходит автоматически). Далее, разогретым до оптимальной температуры паяльником, расплавляем олово на контакте детали, предварительно приставив к контакту оловоотсос.

После того, как олово расплавилось, убираем паяльник, прижимаем оловоотсос к месту выпайки и плотно прижимаем. Нажимаем на кнопку стопорного механизма. Поршень, двигаясь обратно по колбе, создает вакуум, за счет которого и происходит засасывание олова.

Если оловоотсоса под рукой нет, а деталь необходимо отпаять, то его можно сделать из обычного шприца своими руками. Для этого, нужно взять шприц (по возможности 50 кубов). Вынимаем поршень и помещаем в колбу шприца обратную пружину (пружина должна быть не длиннее колбы, что бы не выдавить поршень).

Оплетка для выпайки деталей

Многие профессионалы, а так же радиолюбители не понаслышке знают о достоинствах такого вспомогательного «инструмента», как оплетка для выпайки. Правильное ее применение в работе, позволяет быстро и качественно избавляться от олова на контактах, без их повреждения.

Оплетку можно:

• Приобрести в магазине. Насчитывается огромное количество видов;
• Изготовить самостоятельно из подручных материалов.

Выпаивание деталей при помощи оплетки происходит следующим образом. Нагревается до нужной температуры паяльник. К нужному контакту прикладывается оплетка и производится нагрев контакта паяльником. Затем небольшими круговыми движениями убирается олово с контакта.

Покупка оплетки не составит огромного труда. Но из – за ее немалой стоимости и высокого расхода при работе, отличным решением будет, изготовить ее своими руками. Для этого понадобится коаксиальный (радиочастотный) кабель или старые многожильные провода небольшого сечения.

Для изготовления оплетки из кабеля, понадобится небольшой его отрезок. Удаляется верхняя изоляция. Затем снимается медная оплетка кабеля (берите небольшие отрезки, это обеспечить удобное снятие оплетки). Снятую оплетку необходимо сплющить и пропитать спирто – канифольным флюсом.

Что бы сделать оплетку из проводов, понадобиться несколько мелких проводов (подойдут от наушников). Снимается изоляция, несколько проводков скручиваются вместе. Далее их нужно расплющить при помощи молотка. Осталось пропитать флюсом.

Особенности демонтажа

Извлечь электронные детали из плат без повреждений контактов можно следующими способами:

• за счёт прогрева мест спайки одним лишь паяльником (с добавлением флюса);
• посредством специального отсоса, удаляющего расплавленный припой с контактных площадок;
• применением металлической оплётки от коаксиального кабеля, прикладываемой к отпаиваемой ножке;
• с использованием теплопроводящих металлических пластин (лезвий) или медных насадок, имеющих прорези под контактные пятачки микросхем.

Первые три метода пригодны при наличии паяльника, мощность которого превышает 25 Ватт.

Вариант применения специальных насадок предполагает замену рабочего жала и годится лишь в сочетании с «мощными» паяльными станциями (более 40 Ватт), способными прогреть её вместе с впаянными в плату контактами.

К тому же этот способ выпаять деталь годится только для микросхем с подходящим под конфигурацию насадки расположением ножек. Большее распространение получил подход, когда в качестве нагревателя используется обычное бритвенное лезвие.

Подбираем паяльник

Если вы не занимаетесь радиоделом профессионально (скорее всего это так, иначе вы не изучали бы этот материал), у вас в арсенале обычный паяльник в одном экземпляре. О паяльной станции речь и вовсе не идет, поскольку это достаточно дорогой (хотя и очень удобный комплект). Но для начинающего мастера это излишество.

Вернемся к паяльникам. Классика — это нихромовый нагреватель и медное жало. На самом деле, это лучшее сочетание, но для ручного управления. Никакого контроля за температурой, плавный медленный нагрев. При этом медное жало отлично держит градус, и зачастую компенсирует теплоотвод в месте пайки.

Единственный недостаток — медь быстро выгорает, и такой тип жала фактически является расходным материалом. Его постоянно приходится обтачивать напильником.

Совет: прежде чем формировать кончик напильником, обязательно поработайте молотком. После уплотнения медного стержня он продержится дольше. Немного потерянного времени с лихвой компенсируется удобством работы.

На иллюстрации изображена классическая форма «отвертки». Универсальный кончик для большинства любительских работ.

Если ваш «нагревательный прибор» оснащен регулятором температуры — необходимо учитывать инертность меди. Заданную цифру он набирает медленно, и также неторопливо остывает.

Керамическое жало с серебряным напылением — это современный аксессуар. Если стоит вопрос, как работать с деталями SMD формата, или как выпаять микросхему из двухсторонней платы — это ваш вариант. Однако им не так удобно паять мощные теплоемкие провода и контакты.

Такой паяльник моментально греется, и на нем можно точно контролировать градусы (при наличии регулятора).

Способ нагрева может быть любым. Такой же керамический нагреватель, как и жало, или нихромовый. Еще на медных паяльниках применяются индукционные нагреватели, но это скорее экзотика.

Последовательность действий на примере смд-компонента

Допустим, на рабочей печатной поверхности ремонтируемого электронного блока находится сгоревшая смд-шка, нуждающаяся в демонтаже. Чтобы ее удалить и поставить новую, нужно выбрать для фена компактную насадку и подготовить флюс.

Температурный режим на паяльном фене устанавливают в пределах 345-350 градусов при помощи регулятора. Потом наносят флюс на подлежащую замене деталь, и приступают к медленному «прогреву».

Напор воздуха в процессе не должен быть чересчур сильным, в противном случае есть риск сдуть рядом стоящие элементы. Виновника поломки продолжают греть до начала плавления припоя, что сразу будет заметно.

На прогрев может уйти минуты три, и это нормально, спешка не нужна. При продолжительном «упорстве» припоя нужно добавить градусов 5.

После разжижения припоя осторожно демонтируют смд деталь. В процессе важно не ушатать компонентов-соседей, так как они наверняка потеряли устойчивость из-за расплавления удерживающего их припоя.

По завершению операции медной оплеткой нужно выполнить зачистку «пятачков» (контактных площадок), потом обеспечить мелкие бугорки на тех же местах паяльной пастой или припоем.

Исправный smd укладывают на старое место при минимальном количестве флюса. Греют деталь паяльным феном до кондиции, когда припой ярко заблестит, растекаясь по каждому из контактов.

Пример пайки для паяльника с несгораемым жалом

Здесь вновь надо начать с описания того, чем отличается пайка таким жалом. Самое большое отличие в том, что несгораемое жало только разогревает, оно не является средством для переноса припоя на место пайки. То есть по итого, все раздельно – жало обособленно разогревает, припой подается отдельно.

В этом случае между жалом и припоем не образуется должной адгезии, это связано, прежде всего, с материалом жала. Материал не способен переносить припой, зато он и не сгорает, то есть практически вечный. Ну, об этом я уже тоже говорил, сейчас ближе все-таки о самом процессе… В этот раз процесс лужения провода будет проводить с использование флюса, а не жира. Капаем несколько капель на зачищенные от изоляции и окислов контакты под пайку.

 Укладываем провод на площадку и лудим. К слову, в качестве площадки для лужения прекрасно подходит деревянная вставка. Дерево со временем впитывает в себя жир и флюсы, а при необходимости может наоборот отдать их на проводник. 

При разогреве провода жалом, подаем припой к месту лужения.

Припой распределяем по поверхности проводника, в то время пока водим его вдоль него, вместе с разогретым жалом.

Тоже самое делаем и со вторым проводником.Теперь выставляем проводники друг относительно друга и используя припой, который подается проволокой, разогреваем его и заливаем в щель между проводников.

Все контакт готов, можно изолировать место пайки. Как и в предыдущем случае, провода можно скрутить между собой до пайки.Теперь о пайке на плате. Здесь все аналогично. Ножки радиодетали вставляются в плату. Затем одновременно подносим припой и жало. Разогреваем место пайки, припой расплавляется и растекается по ножкам.

Характеристики

Чтобы успешно осуществить пайку микросхем, необходимо выбирать маломощные устройства: чем ниже данный показатель, тем больше будет возможностей не испортить дорогостоящие радиоэлементы во время паяния.