Как спаять маленький транзистор

Новички, которые только начинают постигать азы пайки, испытывают сложности с выпаиванием микросхем. Это действительно не просто, но только если не пользоваться хитрыми приемами. Рассмотрим лучшие из них.

Я давно занимался изучением контактной сварки. В основном точечной. Обычно делал это на платах, которые коммутируют трансформатор от микроволновки или похожий. Но на сайте были обзоры сварок, которые работают с постоянкой и я решил попробовать как варит такая плата. В обзоре наверное самая популярная на али плата. Источником питания выступают авиамодельные аккумуляторы и автомобильный конденсатор на 2 фарада.

Люди никогда не любили что-либо половинчатое. «Вот ты, разве сядешь на половину лошади?» – спрашивал Леонид Ильич Брежнев цыганского барона в художественном фильме «Заяц над бездной». Полубог – это как бы не совсем бог. Полупроводник — половинка проводника и половинка непроводника. И так далее, список половинок можно продолжать до бесконечности.

Далее изложена занимательная наглядная история человеческой мысли по созданию полупроводниковой техники, современных микросхем процессоров, памяти, применяемых в персональных компьютерах, гаджетах, в быту и в производстве, везде и повсюду вокруг нас. В основе этой техники лежат принципы работы p-n и n-p переходов, а также особенности работы транзисторов с p-n-p и n-p-n структурами.

Почему так происходит?

Подключил осциллограф на вход платы, чтоб посмотреть что происходит с питаниями при сварке.
При питании от литиевых аккумуляторов напряжение на них просаживается с 12 вольт до 5.

При питании от конденсатора он практически сразу отдает все свои 2 фарада в точки сварки, импульс получается короткий, меньше 5мс. По этому можно ставить любой режим — конденсатор отдает всю свою энергию уже на первом режиме.
В интернете есть примеры, когда варят и меньшей емкостью, и мне сейчас нечем измерить емкость этого конденсатора, мои мультиметры отказываются измерять 2 фарада.

С конденсатором 10.7мОма.
Из них плата от входной минусовой клеммы до выходной — 1.2мОм

Литий по разъему XT60 (аккум+ провода+клемма мама) 7.5мОм
Литий после разъема — 9.0 мОм, то есть разъем съедает 1.5мОм.
Литий по клеммам на плате 11мОм (то есть добавились провода от разъема xt60 до платы, провода шли в комплекте)
Литий после платы, по выходным клеммам на плате- 12.5мОм
Литий по сварочным электродам 16.9мОм.
То есть самые большие потери не на плате, а на проводах и на аккуме. Провода шли в комплекте.
Как можно уменьшить потери и увеличить ток? Сделать провода толще и короче, посадить плату непосредственно одним контактом (минусовым) на аккум или конденсатор. Подключить провод с плюсовым сварочным электродом непосредственно от плюса источника, а не тащить его через плату. При этом можно запитать плюс платы тонким проводом, можно поставить в его разрыв выключатель. При использовании литиевого аккумулятора поставить разъем помощнее. Использовать литиевые аккумуляторы без разъема мне как то страшно. Это уберет большую часть потерь. Найти аккумулятор или ионисторы с малым внутренним сопротивлением.
Ну и можно запаять на обратную сторону плату 5 транзисторов. Там стоят 4N04R8.
Фото платы крупно:

Видеоверсия обзора, сварка, осцилограммы и тесты на отрыв ленты:

https://youtube.com/watch?v=qt2wFueZyOQ%3Fautoplay%3D0%26hl%3Dru_RU%26rel%3D0

Доброго времени суток, Хабр!

Предыстория

У меня ранее уже была статья на похожую тему «Ручной монтаж сложных плат на компонентах 0402, 0603, QFN, LQFP и THT». Я кратко показал, как можно запаивать довольно сложные платы, с большим количеством компонентов, с помощью пинцета и фена. До недавнего времени, я ни разу не разрабатывал платы с пассивом 0201, но все когда-то бывает в первый раз.

Типоразмеры

Для начала, давайте определимся с типоразмерами пассивных компонентов. Будем говорить только о резисторах и конденсаторах, так как их обычно больше всего на платах и их сложнее всего устанавливать вручную.

В своих проектах я все чаще стал переходить на 0402, так как это позволяет делать более плотную компоновку и оставлять место на верхних слоях для полигонов и проводников.

Рис.1. Резисторы 0603, 0402 и 0201.

Я сфотографировал три ленты (Рис.1.) с различными типоразмерами резисторов, чтобы можно было визуально их сравнить.

Метрические размеры резисторов Yageo:

• 0603 – 1,6х0,8мм;
• 0402 – 1,0х0,5мм;
• 0201 – 0,6х0,3мм.

Как видно, отличия существенные.

Инструменты

За более чем десять лет разработки плат и пайки своих макетов я стал больше внимания уделять инструментам. Их не обязательно должно быть много, но они должны быть «подходящими». Я не стал размещать фотографии, кому интересно, можете погуглить. Информация дана не ради рекламы, а для понимания какой инструмент можно использовать.

Пинцет. Первые три года я использовал пинцет «ProsKit 1pk-101t». Тогда я ставил компоненты 1206, 0805 и 0603. После этого, в течение пяти лет я использовал «VETUS ESD-10», устанавливая им еще и 0402 компоненты. Он немного мягче первого и такой же по размерам. Последние несколько лет у меня два одинаковых «goothelp gt-11ESD». Это узкий, удлиненный, мягкий экземпляр и разводится всего на 8мм (он на титульном фото к статье). Только им я смог нормально захватить 0201. Помимо этого набора пинцетов (они сохранились у меня все), я использую «goot TS-13», широкий, для захвата больших компонентов (микросхемы, индуктивности и т.д.). Были различные промежуточные, но они не достойны внимания.

Паяльная станция у меня одна уже на протяжении семи лет, даже не помню какая была до этого. «Lukey 852D+».

Паяльная паста «SolderPlus 7020199 62NCLR-A». Флюс «FluxPlus 7019074 6-412-A». Их я смешиваю примерно 1:1 и наношу получившуюся смесь на контактные площадки компонентов с помощью шприца.

Расстановка компонентов на плату

С инструментом разобрались. Теперь немного об Altium и как он нам поможет в расстановке. Я использую свою библиотеку компонентов и частично рассказывал о необходимых полях в другой своей статье «Разработка модуля на iMX8. Особенности переноса трассировки.». Итак, если все необходимые поля у компонентов присутствуют, то задача упрощается. Нажимаем ПКМ на компоненте и выбираем пункт меню Find Similar Objects.

Рис.2. Поиск компонентов на плате

В появившемся окне ставим фильтры по слою, номиналу и посадочному месту. Нажимаем кнопку ОК и видим, что все необходимые компоненты выделены. Теперь мы знаем их расположение на плате. Важно перейти на слой шелкографии (кнопки + и – на клавиатуре), чтобы увидеть подписи к компонентам, так будет еще проще.

Рис.3. Выделенные компоненты

После этого можно начинать расставлять компоненты. Я обычно ставлю сначала ту сторону (если плата с двухсторонним монтажом), на которой есть большие разъемы. После того, как я запаяю всю сторону, можно переворачивать плату и не бояться, что компоненты сдвинутся при запаивании второй стороны (можно использовать захваты для плат). Сначала я ставил пассив 0201 и 0402, затем 0603 и индуктивности. После этого можно ставить QFN и все остальное.

Рис.5. Запаивание компонентов (б)

После того как все компоненты расставлены, я их пропаиваю феном за один раз, параллельно выравнивая.

BGA устанавливаю после того, как все остальное уже запаяно и плата отмыта от флюса. Мою в ультразвуковой ванне либо спиртом, либо отмывочной жидкостью.

Рис.6. Установленные 0603, 0402 и 0201

По плате видно, что плотность монтажа невысокая. Если постараться, можно было бы уместить 0402 вместо 0201, но в некоторых местах на плате это было бы сложно и, скорее всего, в ущерб трассировке. Это, так сказать, проба пера, чтобы понимать насколько это трудоемко и стоит ли в будущем использовать такие типоразмеры в проектах.

Заключение

Не буду утверждать, что данный способ является самым простым. Ручная пайка актуальна только на макетных образцах, когда речь не идет о серийности изделий. Несколько раз мы паяли макеты на производстве и один раз столкнулись с тем, что были запаяны не те номиналы резисторов 0402 (они не имеют маркировки). Проблему искали несколько дней, так как на плате было более 2000 компонентов и сбои в работе изделия были не регулярны. В этом случае, сначала начинаешь искать проблему в схемотехнике и трассировке и не подозреваешь что проблема совершенно в другом. Вероятность ошибки при ручной пайке (именно этим способом) минимальна, так как ставится сразу группа компонентов и даже если я ошибусь с установкой одного номинала, ошибка будет найдена, когда я буду ставить другой. Скажу больше, ни разу не было ошибок в расстановке при ручной пайке. Отлаженное производство на заводе, конечно, не даст ошибок, но при пайке макетного образца очень важно знать, что все компоненты на своих местах, иначе можно потратить куда больше времени на поиск несуществующей проблемы.

Если нужны еще какие-то нюансы — спрашивайте!

Спасибо за внимание и до скорых встреч!

Все началось с того, что лет десять назад сделал товарищу динамические ангельские глазки на его автомобиль. И с тех пор каждый уважающий себя владелец BMW считал своим долгом написать мне в какую-нибудь соц сеть и спросить: за сколько денег я готов сделать аналогичное на его авто.

На тот момент еще не было в ходу светодиодов с чипом WS2812, по этому схема получилась не очень удобная, и выкладывать ее я не видел смысла. Если я сам не готов повторить, то кто-нибудь другой точно не станет этого делать.

По прошествии некоторого времени я все таки купил готовое колечко на WS2812, подключил его к ардуине и на скорую руку скидал скетч. Сделать сделал, но должного удовлетворения от процесса не получил. Схема получилась достаточно простая и с точки зрения реализации, и с точки зрения монтажа.

Казалось бы, что тему на этом можно закрыть. Но тут начались какие-то перебои с микроконтроллерами, и схема на WS2812 с ардуино мне показалась неоправданно дорогой. По этому когда очередной раз стал вопрос динамических поворотов, я решил кардинально переработать схему. На этот раз было выброшено все лишнее, и оставлена только функция поворотов. Для демонстрации схему собрал на коленке, чтобы показать как оно работает.

Данная схема сделана для того, чтобы поддержать электронщиков-любителей в кризисные времена. Хоть сейчас рынок электронных компонентов понемногу перестает лихорадить, и цены слегка откатились, все равно это дорого, и не все есть в наличии. И многие любители отказываются брать в руки паяльник потому, что на ардуине самоделка обходится неоправданно дорого, а на алике что-то аналогичное можно купить готовым в разы дешевле и не мучиться.

Зачем использовать микроконтроллер для такой простой задачи, как динамический указатель поворотов, если можно сделать значительно проще?

И так, предлагаю немного погрузиться в ретро-электронику. Это действительно может быть актуальным сегодня для несложных электронных поделок. Предложенная схема управление динамическим указателем поворотов не содержит дорогих или дефицитных компонентов, ее легко повторить, она работает сразу после сборки (если все правильно припаять).

Схема поочередно поджигает светодиоды в линейке сразу после подачи напряжения питания на разъем J1. После того, как все светодиоды зажглись, они продолжат гореть до тех пор, пока будет присутствовать напряжение питания. Если запитать эту схему от реле поворотов, то вы получите эффект динамического поворотника.

Скорость, с которой заполняется полоска светодиодов устанавливается переменным резистором RV1 на 50кОм. Подберите такую скорость, которая вам будет по вкусу. При максимальном сопротивлении переменного резистора, все 8 светодиодов загорятся примерно через 0,6 секунды после подачи питания. Вы можете подобрать такое положение резистора, чтобы светодиоды немного светили все вместе после заполнения полоски, это уже как кому нравится.

Если указатель поворотов на вашем авто мигает один раз в секунду, можно заменить переменный резистор на обычный с сопротивлением 43кОм.

Резисторы R1 — R8 подобраны для красных и жёлтых светодиодов с рабочим падением напряжения примерно 2,2В так, чтобы рабочий ток составлял примерно 10мА. Вы можете самостоятельно подобрать эти резисторы под ваши светодиоды. Но надо помнить, что максимальный выходной ток для 74HC164 на один выход составляет 25мА. Не стоит превышать это значение. К стати, для AVR микроконтроллеров это тоже предельный ток.

Что по деньгам? NE555 на чип и дипе можно купить от 8р, 74HC164 там же от 32р. Итого замена микроконтроллера обойдется в 40р. Это раз в 10 дешевле. А еще не надо париться с программаторами и прочими премудростями. Стоимость светодиодов не учитываю, т.к. и в случае с микроконтроллерами они тоже понадобятся.

Если вдруг 8 светодиодов вам много, смело сокращайте их количество с низу вверх, т.е. сперва выкидываем светодиода D8, затем можно D7, и так далее, пока не останется нужное количество.

Если вдруг 8 светодиодов вам покажется мало, можно смело масштабировать эту схемы без каких-то проблем и серьезного удорожания. Для этого нужно добавить необходимое количество сдвиговых регистров, как показано на следующей схеме.

Старший выход первого сдвигового регистра заводится на вход данных второго регистра. Также можно со старшего выхода второго регистра подключить и вход данных третьего регистра. И так практически бесконечно.

При добавлении еще одной микросхемы следует сразу использовать подстроечный резистор с меньшим сопротивлением, рекомендую 20кОм.

Немного о питании схемы. Стабилизатор напряжения типа 7805 позволяет получить +5В для питания схемы. Входное напряжение может изменяться от +7,5В до 15В. Но не забывайте, что 7805 может прилично греться, тогда следует использовать его с теплоотводом. Также 7805, как и любой другой радиокомпонент, имеет предельный рабочий ток. Учитывайте это при подборе рабочего тока светодиодов. Суммарный ток, который потребляют все светодиоды одновременно не должен превышать максимальный рабочий ток стабилизатора. И даже лучше оставить процентов 20 запаса.

И не забудьте про 12.5.1! Лично я противник переделки автомобилей из штатного состояния. Но данная схема вполне может быть вами реализована к примеру для детского электромобиля.

Если вы действительно хотите воспользоваться данной схемой для велосипеда или детского электромобиля, то использовать реле поворотов не обязательно. Схема может сама мигать, пока присутствует напряжение питания. Для этого вместо светодиода D8 следует подключить транзистор. Транзистор Q1 будет сбрасывать выходы сдвигового регистра после полного заполнения. В данном режиме рекомендую использовать переменный резистор RV1 с сопротивлением 100кОм.

Если скрестить две первые схемы и заменить светодиоды на красные, то получится динамический стоп сигнал.

Можно было бы вторую полоску светодиодов просто подключить параллельно к первой, но лучше использовать вторую микросхему. Во первых это не будет перегружать выходы сдвиговых регистров по току, во вторых будет значительно проще трассировать плату в виде узкой полоски.

Нашёл на ютубе хорошее объяснение работы данной схемы:

Транзистор и сила сигнала

Транзистор так устроен, что он умеет различать силу, величину сигнала на третьем среднем контакте. Чем больше сила сигнала на среднем контакте, тем сильнее сигнал между крайними контактами.

Скажем, подключаем микрофон к среднему контакту, начинаем в него тихо говорить или «шепотом» петь. Сигнал на среднем контакте транзистора начинает меняться синхронно нашему голосу.

А между крайними контактами пойдет сильный сигнал, полностью повторяющий наш голос. Получился усилитель, который уже громко, если нужно, на весь стадион «споет» песню, которую прошептал в микрофон исполнитель.

Средний контакт транзистора назвали «база», а крайние «эмиттер» и «коллектор».

Началось бурное развитие транзисторной электроники, мгновенно или почти мгновенно вытеснив ламповую технику, которая была более громоздкой, менее надежной, требующей высокого напряжения и, порой, большой силы тока. Транзисторная техника стала карманной, на батарейках.

А Вы говорите: «полупроводники, да кому они нужны?». Всем нужны и каждому!

Микроминиатюризация транзисторной электроники

Действительно, зачем делать миллион транзисторов, затем их соединять проводами по особым схемам, чтобы получить работающую вычислительную машину? Да в такой ЭВМ будут миллионы и миллионы контактов. А как известно, радиоэлектроника – это наука о плохих контактах. Стоит где-то какому-то контакту, одному из нескольких миллионов, дать сбой, и ЭВМ встала.

Как найти место сбоя, где этот контакт? Приходилось делать самотестирование, сложные системы диагностики и прочее. Держать квалифицированный персонал возле ЭВМ, да еще и с большими запасами спирта (!) для периодической чистки контактов.

И вот новая идея: собрать всю огромную схему из миллионов транзисторов сразу на одном кристалле полупроводника. Кто мешает напылить не один, а сразу миллионы n-p-n или p-n-p переходов, соединить их между собой напыленными проводниками из проводящих материалов? Никто не мешает, кроме технологических возможностей.

Так появилась фотолитография – главный процесс в изготовлении микросхем. Это как старая фотография на фотопластинках. Где темно, там напыление не происходит, где светло, происходит напыление. Делаем «фотографию» одновременно миллионов будущих p-n-p или n-p-n переходов и – вперед! Да, но нужна ведь огромная точность такой фотолитографии, ведь напыление идет на атомарном уровне!

Особенности пайки

В качестве элементов для поверхностного монтажа сейчас выпускают все разновидности радиодеталей. Особый интерес для домашнего мастера представляет сборка самодельного светильника из отдельных светодиодов и простейшей схемы управления. Это позволяет делать светильники любой необходимой мощности, а главное — нужных размеров.

Пайка светодиодов в виде элементов SMD отличается техникой работы. Светодиоды приходится паять непосредственно на деталь, которая также является радиатором, рассеивающим тепло.

Без надлежащего охлаждения светодиоды быстро выйдут из строя. Хорошо рассеивая тепло, радиатор также отводит жар от жала паяльника, что затрудняет пайку выводов.

Чтобы качественно паять светодиоды, приходится применять дополнительный нагрев радиатора почти до точки плавления припоя. Хорошо помогает использование тонкодисперсной паяльной пасты. Паять нужно как можно более мощным паяльником быстрыми и уверенными движениями.

Существует практика, при которой SMD-светодиоды паяют очень легкоплавкими припоями. Например, сплав Розе плавится при температуре около 100°С. К сожалению, такие припои отличаются плохой механической прочностью. При работе светильники сильно нагреваются, и паяное соединение может расплавиться. Лучше всего использовать классический припой ПОС-60.

Для пайки светодиодов приходится также использовать устройство нижнего подогрева. При этом радиатор оказывается нагрет почти до нужной температуры, и монтаж светодиодов получается быстрым и качественным. В простейшем случае для нижнего подогрева используют электроплитку или даже старый утюг.

Важно не допустить перегрева, поэтому терморегулятор должен обеспечивать точную настройку температуры.

Температура нижнего подогрева обычно устанавливается такой, чтобы флюс начал активно смачивать контакты деталей, но припой ещё не начинал плавиться.

Особой конструкцией отличаются станции бесконтактного нагрева. Монтажная плата не контактирует с нагревателем, тепло к месту пайки доставляется ИК-излучением. Обычно используют ИК-станции нижнего нагрева. Они позволяют равномерно подогреть плату до нужной температуры.

При использовании ИК-нагревателя не всегда допустимо подвергать нагреву всю плату целиком. Рядом с намеченной точкой пайки могут оказаться легкоплавкие детали. Нечаянный перегрев приведёт к тому, что отпаяются мелкие детали. Нагрев ИК-излучением ограничивают с помощью отражательных и изолирующих экранов.

В специализированных мастерских для защиты используют термостойкий скотч на алюминиевой основе. Полосками скотча нужной ширины обклеивают всю плату, оставляя лишь «окошки», в которых будет проводиться локальный нагрев деталей. Но если такого скотча нет, можно использовать обычную бытовую алюминиевую фольгу.

Некоторые виды SMD-радиодеталей вообще не имеют выводов по своим торцам, они есть только на нижней поверхности. Такие элементы невозможно паять обычным паяльником.

Приходится применять паяльную пасту, термофен и станции бесконтактного нагрева ИК-излучением. Если есть паяльная печь, способная обеспечить постепенный нагрев и точную выдержку при нужной температуре, получится собрать радиосхему вполне промышленного вида и качества.

Два вида полупроводников

Полупроводники условно можно разделить на две группы.

В полупроводниках одной группы для прохождения электрического тока используются частицы одной полярности, скажем отрицательной. А полупроводниках другого типа ток проводят частицы с положительной полярностью.

С бытовой точки зрения это выглядит, как одинаковое движение тока как в полупроводниках одного типа, так и в полупроводниках другого типа. Но «внутри» них на атомарном уровне ток переносят частицы либо слева направо, либо справа налево в зависимости от полярности тех самых частиц для переноса.

Назвали такие полупроводники, чтобы отличать друг от друга, n-типа («эн-типа») и p-типа («пэ-типа»).

Назвали, и назвали, и что? Надо попытаться соединить их вместе, вдруг что-то получится? Человечество занялось тем, чтобы соединить две половинки полупроводников, потому что люди нашли различия между полупроводниками.

Ничего не вышло. Но знания остались, есть полупроводники двух типов: p и n.

Смотрите видео

Лиха беда начало. Начали с относительно больших размеров. Теперь самые современные установки фотолитографии дают точность 7нм (нм – сокращение от «нанометр» – это одна миллиардная часть метра).

Ученые и инженеры «грозятся» сделать предел точности 1 нм. Дальше, говорят, нельзя, там уже другие законы физики работают, слишком все становится маленьким.

Скоро сказка сказывается, да не скоро дело делается. И вот перед нами современные микросхемы сверхбольшой степени интеграции, вокруг которых разгораются международные конфликты, возникают запреты, санкции, кому можно, кому нельзя поставлять как сами микросхемы, так и технологии их изготовления. А попробуйте сделать сами установку фотолитографии на 7 нм?!

В общем, микроэлектроника стала очень микроминиатюрной. Строится она исключительно на n-p-n и p-n-p переходах, фигурно созданных миллионы и миллионы раз на малюсеньких кремниевых пластинах.

И вот перед нами готовые изделия – это процессоры современных ПК (персональных компьютеров), микросхемы памяти и многое другое, с чем мы давно привыкли жить, как само собой разумеющееся.

Вот так, совсем ненужные половинки полупроводников нашли друг друга и остались навсегда в дружном и неразлучном союзе, скрепленным p-n и n-p переходами на атомарном уровне. Да здравствуют крепкие нерушимые союзы, слава полупроводникам!

1. Языки программирования: почему появились, яркие представители, как выбрать язык

2. Аналитическая машина Бэббиджа как прообраз первого компьютера

3. Русский язык программирования, а почему бы и нет?

Использование иголки от шприца

Выводы компонентов смазываются флюсом, затем они поочередно прогреваются жалом и на них надевается иголка от шприца. Так как она из стали, то олово к ней не липнет. Как следствие внутри нее останется выпаянная ножка компонента, а сама иголка потом легко выйдет из застывшего снаружи припоя.

Работа оловоотсосом

Очень легко выпаять микросхему оловоотсосом. Перед работой на нем взводится курок, затем паяльником расплавляется припой на ножке. После этого сопло инструмента приставляется к жидкому олову и нажимается кнопка. В результате тот вбирает в себя весь припой.

Использование оплетки (провод ПЩ)

Можно применять специальную оплетку для впитывания припоя. Она смачивается флюсом и прикладывается к выходу микросхемы. Нужно расплавить олово, и оно перетечет на оплетку, так как она обладает гигроскопичностью.

Вместо покупной, можно использовать оплетку из ТВ кабеля. За счет большого размера, она впитывает намного больше олова. Также вытягивает олово многопроволочная жила из обычного кабеля. Она не настолько хороша как оплетка, но тоже работает.

Соединение двух половинок

Есть исключения из уничижительных наименований, начинающихся с приставки «полу», например: «Ты – моя половинка». Это пример, как из двух половинок создается нечто единое целое, скажем, семейный союз. Половинка сама по себе не интересна, а вот в сочетании с другой половинкой мы надеемся получить нечто такое, чем не обладали до этого ни одна из двух ранее разъединенных половинок.

Берем половинку чайной пары – блюдце, соединяем со второй половиной пары – с чашкой. И вот перед нами чайная пара, которую не стыдно выставить себе и гостям на праздничный стол.

Вообще, соединение одной половинки с другой половинкой – это нормальная практика человеческой жизни. Мы настолько часто это делаем, что даже не замечаем. Вот была половинка дела, половинка результата. И как только эта половинка соединилась с другой половинкой – результат налицо.

Выходит, что любая половинка обречена на бесконечные поиски второй половинки. Такова ее судьба. Речь идет не только о браках между людьми, а вообще обо всем. Целое часто бывает соединением двух одинаковых или разных половинок, чаще разных, но не факт, что всегда только разных.

Значит любое «полу» – это не приговор! Решение задачи с половинками, с «полу» вещами, предметами, явлениями, обычаями и прочим – это соединение половинки со второй половинкой. Это самое общее, и самое правильное решение проблемы.

Проводники, полупроводники и непроводники электричества

Люди никогда не останавливались в своем познании. Есть полупроводники. Им нет применения. Значит, надо найти.

А что если попробуем соединить полупроводник с проводником, что получится? Ровным счетом, ничего. По проводнику электрический ток идет, попадает далее в полупроводник, где и затухает постепенно. Не происходит усиления свойств проводника, например, проводник не становится лучше, а скорее наоборот.

Хорошо. Соединим полупроводник с диэлектриком. Попробуем за их счет усилить свойства непроводника (диэлектрика), чтобы он еще лучше удерживал электричество. Например, можем ли мы уменьшить размер непроводника, «подсыпав» к нему полупроводник? Увы. Любая связка полупроводника с диэлектриком лишь ухудшает свойства изолятора, требует увеличивать размеры, а не уменьшать их.

Полупроводники в связке с другими материалами

Долго ли коротко ли, но выяснилось, что подходящих пар для полупроводников среди других материалов как не было, так и нет. Да, конечно, перебрать все возможные пары невозможно, но люди умеют обобщать свои знания, делать расчеты, прогнозы.

Все это вместе взятое показывает – нет толка от полупроводников в связке с другими материалами. Получается, что это «дохлый номер», если хочешь найти пару для полупроводника.

Тем не менее, чем больше делалось исследований, тем более внимательно люди смогли изучить полупроводники. Отрицательный результат в науке и технике иногда тоже есть результат! Выяснилось, что полупроводники не все одинаковые.

Демонтаж феном

Выходы микросхемы можно разогреть паяльным феном и просто снять нужный компонент. Лучше всего в этот момент оттягивать его на обороте пинцетом. Это быстро и просто, но при использовании фена происходит перегрев платы.

Полупроводник — половинка проводника и половинка диэлектрика

Полупроводники – половинки от проводников – были известны людям давно.

С момента освоения людьми электричества, все вещества в природе стали делить на проводники, через которых электрический ток проходит без сопротивления, и на диэлектрики или изоляторы, через которые электрический ток не проходит от слова «совсем». И те, и другие сразу нашли практическое применение.

Проводники превратились в бесконечные электрические провода, опутавшие нашу жизнь почище, чем паутина. Куда мы теперь без проводов? Но чтобы электричеством можно было пользоваться безопасно, электрические провода надо изолировать от окружающей среды и от людей. Для этого сгодились изоляторы, диэлектрики, не пропускающие электрический ток.

Висят провода на столбе, их в висячем положении поддерживают изоляторы. Провод нельзя просто «намотать» на столб, потому что по столбу, особенно намокшему от дождя, электричество пройдет безо всякого сопротивления либо в землю, либо ударит случайного прохожего. Положен кабель в земле. А от земли проводник изолирован диэлектрической оболочкой кабеля, иначе электричества на другом конце кабеля не будет, оно все «уйдет в землю». И так далее.

Электропроводность полупроводников

А какая польза от полупроводника?

Полупроводник, с одной стороны электричество проводит плохо. Если сделать кабель из полупроводника вместо проводника, то на другом конце кабеля электричества не будет. Не будет не потому, что оно уйдет в землю. Электричество «погибнет», испытывая постоянно, пусть небольшое, сопротивление полупроводника по всей длине кабеля.

С другой стороны, если из полупроводника сделать изолятор, то такой изолятор не защитит ни столбы, ни кабели, ни людей от электричества. Полупроводник, пусть немного, но пропускает электрический ток. А даже самый слабый электрический ток может попросту убить человека или животное.

Считается, что сила тока 0,1 ампер (сокращенно А) способна убить человека, как капля никотина убивает лошадь. Поэтому в горных шахтах, в других опасных местах, электрическое напряжение для использования людьми не превышает 36 вольт (сокращенно В). Чтобы с учетом сопротивления тела человека ток, проходящий через него, никогда не мог достигнуть опасного значения 0,1А.

В общем, полу- и есть полу-. Ни тебе проводник, ни тебе диэлектрик. Так и оставались пылиться полупроводники, как совершенно ненужные материалы для человеческой деятельности.

ПАЙКА SMD ДЕТАЛЕЙ БЕЗ ФЕНА

Все понимают, как можно с помощью обычного паяльника ЭПСН, мощностью 40 ватт, и мультиметра, самостоятельно ремонтировать различную электронную технику, с выводными деталями. Но такие детали сейчас встречаются, в основном только в блоках питания различной техники, и тому подобных силовых платах, где протекают значительные токи, и присутствует высокое напряжение, а все платы управления, сейчас идут на SMD элементной базе.

На плате SMD радиодетали

У меня есть дома в наличии, паяльная станция и фен, насадки и жала, флюсы, и припой с флюсом различных диаметров. Но как быть, если тебе вдруг потребуется починить технику, на выезде на заказ, или в гостях у знакомых? А разбирать, и привозить дефектную плату домой, или в мастерскую, где есть в наличии соответствующее паяльное оборудование, неудобно, по тем или иным причинам? Оказывается выход есть, и довольно простой. Что нам для этого потребуется?

Открытие p-n перехода

Пытливые умы никогда не перестают думать и пробовать. Вот и тут. Есть два типа полупроводников, но толку от этого на практике нет никакого.

Что будет, если полупроводник n-типа слегка внедрить внутрь полупроводника p-типа? Что значит, «внедрить», как Вы это себе представляете? А так: несколько атомов вещества n-типа внедрить в кристаллическую решетку на поверхности полупроводника p-типа. Как внедрить? Напылением.

Это уже сложные технологии, не просто присоединить или припаять. Тут надо на атомарном уровне «загнать» чужие атомы внутрь «родных» атомов основного полупроводника. Сказано – сделано. Технологии развиваются, можно сделать и такое. Внедрили, и тут – эврика!

Оказывается, если создать такой p-n переход, когда на очень малую глубину, буквально несколько атомов, в основной полупроводник «внедрить» напылением другой полупроводник, то из-за разницы в проводящих частицах возникнет p-n переход. На удивление, такой переход вдруг становится непреодолимым препятствием для электрического тока, правда, только в одном направлении.

Например, из p в n ток идет, а наоборот ни-ни. Полупроводник с p-n переходом стоит мертво, как диэлектрик. Здорово! Так значит есть польза от двух половинок, соединенных вместе? Появятся новые диэлектрики, построенные на новых принципах. Э-э-э, погодите.

А если ток потечет не в ту сторону, куда надо, то диэлектрик сразу превратится в полупроводник, как карета в тыкву в праздничную полночь? Как бабахнет на том столбе! Тогда зачем нужен этот p-n переход?

Выпрямитель переменного тока в постоянный

Да, это выпрямитель переменного тока в постоянный! Вот вам и первое практическое применение полупроводников – появились диоды, приборы, которые пропускают электрический ток только в одном направлении.

Диоды, конечно, вещь полезная, но ведь как-то жили и без них. Были выпрямители, основанные на других принципах. Значит, мы сделали полуоткрытие, которому снова надо искать вторую половинку. Человечество не любит всяких там полуоткрытий.

Как паять SMD-компоненты?

В современной радиоэлектронике широко применяется вид сборки, который называется «поверхностный монтаж». Радиодетали устанавливаются простой укладкой поверх контактов на монтажную плату. При этом можно использовать плату, изготовленную «печатным способом» даже без сверления дополнительных отверстий.

Такие детали называются «SMD-компоненты». У них нет выводов в виде проволочек. Вместо этого по торцам радиодеталей есть маленькие контактные площадки. При монтаже детали быстро и просто раскладываются в нужных местах, после чего закрепляются отдельными точечными пайками.

Такая конструкция приводит к тому, что технология пайки значительно отличается от пайки проводов обычным паяльником. Работа производится быстро, изделие выглядит аккуратно. Но для работы могут потребоваться особые инструменты и материалы.

Для монтажа компонентов SMD применяют обычные паяльники, паяльные станции, паяльные фены. Существуют также специализированные печи, термопинцеты и станции бесконтактного нагрева. Такое оборудование требует особых навыков работы, а сами детали для поверхностного монтажа — аккуратного обращения и не допускают перегрева.

Паяльные припои и флюсы также приходится применять особые. Припой продаётся не в виде прутков, а выглядит как тонкая проволочка. Часто он содержит в сердцевине готовый флюс. Это очень облегчает пайку и позволяет выполнять соединение самых маленьких деталей быстро и аккуратно. Такая разновидность паяльного материала, как «паяльная паста», применяется для сложной пайки не паяльником, а термофеном или бесконтактной ИК-станцией.

Разбавление припоя сплавом Розе

Небольшое количество сплава Розе нужно расплавить возле выходов компонента, чтобы он попал на припой. Разбавленное им олово будет расплавляться при меньшем нагреве. Это позволит не перегревая плату подогреть все ножки паяльником и вытащить микросхему.

P-n-p и n-p-n переходы

У p-n и n-p переходов есть только одно применение – выпрямление электричества, направление его только в одном направлении. И такой диод неплохо было бы соединить с чем-то еще, чтобы получилось нечто важное, ради чего творец создал никому на первый взгляд не нужные полупроводники.

Интересующийся ум никогда не сдается. Что, если создать за один технологический цикл сразу два перехода p-n и n-p. Как это делается?

Сначала в полупроводник, скажем, n-типа на небольшую глубину в несколько атомов внедряем атомы полупроводника p-типа. Затем, не прекращая процесс, уже в атомы полупроводника p-типа на небольшую глубину внедряем атомы полупроводника снова n-типа.

Но внедряем так, чтобы между последним слоем полупроводника n-типа и основным кристаллом полупроводника n-типа остался маленький зазор из атомов полупроводника p-типа.

Говоря бытовым языком, создаем слоеный пирог: внутрь слоя полупроводника n-типа внедряем небольшой слой полупроводника p-типа. Затем в слой полупроводника p-типа снова внедряем слой полупроводника n-типа. Получаем своеобразный n-p-n переход, состоящий из двух переходов n-p и p-n.

По такой же схеме можно сделать и наоборот, получить p-n-p переход. Получили n-p-n и p-n-p, и что дальше?

Схемотехника, принцип работы

В интернете много отзывов, что при слабом аккуме сгорают полевики и что им нужно давать отдельное питание. У меня тоже был такой опыт, прошлая плата сгорела после 3 цикла сварки, в транзисторах дырки.

Плата сделана очень просто. На плате параллельно распаяны 5 транзисторов 4N04R8. Они управляются оптроном EL817, он заряжает их затворы через резистор 10 ом. Сигнал на оптрон подает проц STC8G1K08A, он же управляет светодиодом и пищалкой, слушает кнопку. Конденсатор поддерживает питание проца и всей логики в моменты просадки, диод не дает разрядиться ему обратно. Но из за диода напряжение на плате ниже на 0.6 в, чем напряжение источника.
Я решил посмотреть, что там с фронтами сигналов на затворе полевиков, так как часто полевики сгорают из за кривого управления, а тут оптрон впихнули вместо драйвера. А у оптрона выходной ток всего 50 мА.

Фронт сигнала открытия транзисторов оказался нормальным, а вот по разряду был некрасивым, то есть полевики скорее всего закрываюся не мгновенно.
Затворы полевиков разряжаются через резистор 2.2 килоома, видимо по этому такой пологий спад.
Я посмотрел спецификацию на оптрон — ток 50 мА. Прикинул резистор на разряд полевиков, выпаял из старой магнитолы резистор на 330 ом. При 16 В ток получается 40 мА, то что нужно. Припаял его, как смог.

Фронт сигнала при разряде полевиков стал почти нормальным, но упало напряжение — с 11 до 9. Но транзисторы открываются где то с 4-5 вольт, я думаю что лучше вертикальный фронт сигнала 9 вольт, чем пологий, но 11 вольт.

Заодно проверил сопротивление транзисторов. При Vgs=12v сопротивление 5 транзисторов 0.25 мОм, если измерять по центральному транзистору. Если по крайним, то около 0.31 мОм. У оригиналов заявлено 0,77 мОм то есть вроде похоже на правду.

При 5 вольтах сопротивление растет и составляет уже 0.38 мОм.

А при 3 вольтах на затворе сопротивление транзисторов больше 1 ома.

То есть вроде резистор улучшил ситуацию и можно варить без внешнего питания, если входное напряжение не будет падать ниже 6 вольт. Да и емкости конденсатора хватает чтоб поддерживать напряжение на затворах даже при максимальной длительности импульса.

Сварка

На странице продавца указано:

Пользователи должны взять свой собственный 12V батарея для источника питания, сварочный ток составляет около 90A ~ 130A, и это легко варить в 0,1 мм ~ 0,12 мм никелированный лист. Пожалуйста, убедитесь, что ваш аккумулятор может иметь ток больше 90 А, в противном случае вы не сможете сварить!
Мощность Напряжение питания: 12V-15V
Рабочий ток: 90-150A (разряд ниже 90A, он не будет работать.)
Аккумулятор с большим разрядным током напрямую повлияет на эффект сварки. Рекомендуется использовать следующие батареи:
20-45 Ач свинцово-кислотные батареи с хорошей производительностью и небольшим внутренним сопротивлением (внутреннее сопротивление менее 10 миллиом, ток разряда больше 90 а), например, новый автомобильный стартовый аккумулятор!
3,5-5.5ah 3S модель самолета литиевая батарея упаковка около 45C
30-35ah емкость 18650 аккумулятор

То есть аккумы с малым внутренним сопротивлением, ниже 10мОм. При этом платка позволяет варить никелированную ленту 0.1-0.12мм
Для питания я использовал аккумуляторы HRB емкостью 3000мАч и с током 60C то есть 180А.
Сопротивление аккумов после покупки было около 1.5мОма, они ждали своего часа около года — сейчас сопротивление каждого чуть больше 2.
С этими аккумами худо-бедно на 3-4 режиме варит ленту 0.1мм, которая шла в комплекте. 0.2 не варит совсем.
Подключил аудио конденсатор на 2 фарада. Его внутренее сопротивление около 2мОма.
С ним ленту 0.1мм варит лучше, но что первый режим, что пятый — разницы нет. 0.2 так же не варит.
Подключил к автомобильному аккумулятору, его сопротивление 5 мОм. стало варить лучше, ленту 0.1 варит на 1-2 режиме, 0.2мм еле варит на 5 режиме. Лента держится, не отваливается.

Применение спирали из проволоки

Можно зачистить провод, и накрутить его медную жилу на иголку или тонкое шило.

Полученная смоченная флюсом спираль прикладывается к разогретому выводу компонента. Олово перетечет в эту трубку, и ножка останется свободной. Пока припой не застыл, его можно вытряхнуть из инструмента, чтобы использовать спираль дальше.

Распайка планарных деталей

Итак, как происходит сам процесс? Кое-что почитайте тут. Мы откусываем маленькие кусочки припоя (сплава) Розе или Вуда. Наносим наш флюс, обильно, на все контакты микросхемы. Кладем по капельке припоя Розе, с обоих сторон микросхемы, там где расположены контакты. Включаем паяльник, и выставляем с помощью диммера, мощность ориентировочно ватт 30-35, больше не рекомендую, есть риск перегреть микросхему при демонтаже. Проводим жалом нагревшегося паяльника, вдоль всех ножек микросхемы, с обоих сторон.

Демонтаж с помощью сплава Розе

Контакты микросхемы у нас при этом замкнутся, но это не страшно, после того как демонтируем микросхему, мы легко с помощью демонтажной оплетки, уберем излишки припоя с контактов на плате, и с контактов на микросхеме.

Итак, мы взялись за нашу микросхему пинцетом, по краям, там где отсутствуют ножки. Обычно длина микросхемы, там где мы придерживаем ее пинцетом, позволяет одновременно водить жалом паяльника, между кончиками пинцета, попеременно с двух сторон микросхемы, там где расположены контакты, и слегка тянуть ее вверх пинцетом. За счет того что при расплавлении сплава Розе или Вуда, которые имеют очень низкую температуру плавления, (порядка 100 градусов), относительно бессвинцового припоя, и даже обычного ПОС-61, и смещаясь с припоем на контактах, он тем самым снижает общую температуру плавления припоя.

Демонтаж микросхем с помощью оплетки

И таким образом микросхема у нас демонтируется, без опасного для нее перегрева. На плате у нас образуются остатки припоя, сплава Розе и бессвинцового, в виде слипшихся контактов. Для приведения платы в нормальный вид мы берем демонтажную оплетку, если флюс жидкий, можно даже обмакнуть ее кончик в нее, и кладем на образовавшиеся на плате “сопли” из припоя. Затем прогреваем сверху, придавив жалом паяльника, и проводим оплеткой вдоль контактов.

Выпаивание радиодеталей с оплеткой

Таким образом весь припой с контактов впитывается в оплетку, переходит на нее, и контакты на плате оказываются очищенными полностью от припоя. Затем эту же процедуру, нужно проделать со всеми контактами микросхемы, если мы собираемся запаивать микросхему в другую плату, или в эту же, например после прошивания с помощью программатора, если это микросхема Flash памяти, содержащая прошивку BIOS материнской платы, или монитора, или какой либо другой техники. Эту процедуру, нужно выполнить, чтобы очистить контакты микросхемы от излишков припоя. После этого наносим флюс заново, кладем микросхему на плату, располагаем ее так, чтобы контакты на плате строго соответствовали контактам микросхемы, и еще оставалось немного места на контактах на плате, по краям ножек. С какой целью мы оставляем это место? Чтобы можно было слегка коснувшись контактов, жалом паяльника, припаять их к плате. Затем мы берем паяльник ЭПСН 25 ватт, или подобный маломощный, и касаемся двух ножек микросхемы расположенных по диагонали.

Припаивание SMD радиодеталей паяльником

В итоге микросхема у нас оказывается “прихвачена”, и уже не сдвинется с места, так как расплавившийся припой на контактных площадках, будет держать микросхему. Затем мы берем припой диаметром 0.5 мм, с флюсом внутри, подносим его к каждому контакту микросхемы, и касаемся одновременно кончиком жала паяльника, припоя, и каждого контакта микросхемы. Использовать припой большего диаметра, не рекомендую, есть риск навесить “соплю”. Таким образом, у нас на каждом контакте “осаждается” припой. Повторяем эту процедуру со всеми контактами, и микросхема впаяна на место. При наличии опыта, все эти процедуры реально выполнить за 15-20 минут, а то и за меньшее время. Нам останется только смыть с платы остатки флюса, растворителем 646, или отмывочным средством Flux Off, и плата готова к тестам, после просушивания, а это происходит очень быстро, так как вещества применяемые для смывания, очень летучие. 646 растворитель, в частности, сделан на основе ацетона. Надписи, шелкография на плате, и паяльная маска, при этом не смываются и не растворяются.

Единственное, демонтировать таким образом микросхему в корпусе Soic-16 и более многовыводную, будет проблематично, из-за сложностей с одновременным прогреванием, большого количества ножек. Всем удачной пайки, и поменьше перегретых микросхем! Специально для Радиосхем – AKV.

Изобретение транзистора

Транзистор – это уже готовый прибор, имеющий три контакта. Думаю, вы догадались, куда подсоединены эти контакты. Конечно, к трем элементам слоеного пирога n-p-n или p-n-p.

Как оказалось – это было, пожалуй, одно из самых важных изобретений человечества в последнем столетии. Транзистор показал изумительные свойства.

К примеру, попытаемся послать электрический ток между двумя крайними контактами, соединенными только с n-полупроводниками в системе n-p-n, или только с p-полупроводниками в системе p-n-p.

Ток не пойдет – это свойства диэлектрика. Почему? Потому что p-n переход пропускает ток только в одном направлении, а переходы p-n и n-p в транзисторе стоят навстречу друг другу. Это не позволяет пропускать ток ни в одном направлении.

И что? Мы получили идеальный диэлектрик? А зачем он нам, такой дорогой, где нужно выполнять даже не одну, а две операции внедрения атомов одного полупроводника в кристаллическую решетку атомов другого полупроводника? Не проще ли использовать природные диэлектрики? Конечно, природные дешевле и технологичнее.

Тогда какая польза от транзистора? Оказывается, польза от него возникает благодаря третьему контакту, соединенному с промежуточным полупроводником, находящимся между одинаковыми полупроводниками n-типа или p-типа.

Достаточно подать очень слабый сигнал на третий контакт, как немедленно открываются оба p-n и n-p перехода, сигнал начинает свободно проходить между двумя крайними контактами.

Выходит, при таком раскладе полупроводник можно сделать либо диэлектриком, если не подавать сигнал на третий (средний) контакт, либо проводником, если такой сигнал подать на средний контакт.

Выпаивание феном и сплавом Розе

Можно залудить ножки микросхемы сплавом Розе, а затем расплавить разбавленное олово феном. Сплав после этого нужно убрать, чтобы при дальнейшей пайке он не портил свежий припой.

Отвод припоя трубкой изоляции провода

Нужно снять изоляцию с провода. Эта трубка натягивается на разогретый вывод с расплавленным оловом. Нужно подождать пару секунд и сорвать ее. Весь припой окажется в ней, а ножка микросхемы освободится.

Что нужно для хорошей пайки

На плате есть кнопка, она переключает длительность импульса. При подаче питания плата подает одиночный звуковой сигнал — то есть самый короткий импульс. Если нажать кнопку, то плата дает два звуковых сигнала, импульс становится чуть длиннее. И так до 5 сигналов. Минимальный сигнал около 6 мс, его можно видеть на фото выше. Максимальный около 20 мс. Если нажать кнопку и подержать, то светодиод тухнет — плата выключается. Чтоб включить нужно снова подержать кнопку.
Процессор платы автоматически определяет что электроды замкнулись на ленте и примерно через секунду дает один или несколько звуковых сигналов, согласно настройке, и дает сварочный импульс. Чтоб варить дальше, нужно разомкнуть щупы и снова замкнуть, желательно через привариваемую деталь. Если держать щупы замкнутыми, то повторно импульсов нет, задержки после размыкания тоже нет — можно варить где то раз в секунду.
На 3 режиме импульс 10мс, на 5 режиме длина около 15мс.
Вертикальное видео не встраивается, по этому ссылкой:
youtube.com/shorts/vt3BIzMY6oA

Выпаивание микросхемы паяльником

Если в наличие есть только паяльник, то нужно смазать место пайки флюсом и прогревать все выходы водя жалом по ним. С обратной стороны микросхема поддевается пинцетом или отверткой. Необходимо ее оттягивать. Требуется разогреть равномерно все выходы, и когда они расплавятся, то компонент демонтируется.

Сборка

Сборка простая, припаять конденсатор и пищалку. Конденсатор на 1000µF 25V, емкость проверена — соответствует.
Два куска провода обжаты, два нужно обжать самому.
В итоге получилось что то такое. Один провод для конденсатора, второй для аккумуляторов.

На обратной стороне пустое место, можно припаять еще 5 транзисторов.

Комплектация

У продавца по ссылке есть несколько версий плат, я купил V8 Version без корпуса.
В комплекте плата, 4 наконечника, 3 винта с гайками, несколько проводов, конденсатор и пищалка.
Ну и 1 метр ленты 0.1 * 5 мм для тестов. Фото из отзывов на али, так как свою плату до сборки не сфоткал.