Пайка компьютерных компонентов

Печатные платы широко востребованы при изготовлении бытовой техники и электроники. Они представляют собой диэлектрические пластины с расположенными на них дорожками из токопроводящего материала.

Что такое пайка и припой

Пайка – это процесс соединения компонентов электронной схемы в одно целое посредством припоя. Припой – это сплав легкоплавких металлов, основные из которых – олово и свинец. Температура плавления олова – 232, свинца – 327,5 о С.

Интересно отметить, что сплав этих двух металлов может иметь температуру плавления меньшую, чем каждый из них отдельно! Причем температура плавления сплава меняется в зависимости от процентного соотношения олова и свинца.

Широко известны марки припоя ПОС (Припой Оловянно-Свинцовый). Цифра после букв означает процентное содержание олова, например, ПОС-40 или ПОС-60.В припой, кроме олова и свинца могут входить и другие металлы – кадмий, висмут, сурьма. Такие припои имеют пониженную температуру плавления.

Так, сплав Розе (25 % олова, 25 % свинца и 50% висмута) имеет температуру плавления 94 о С, а сплав Вуда, содержащий кадмий, около 68 о С, т.е. они плавятся в кипятке!

Добрый день, друзья!

Раз уж вы изучаете «железо» компьютеров и периферийных устройств, то рано или поздно вам придется взять в руки паяльник.

Для того, чтобы познакомиться с этим «железом» поближе!

Основные части компьютера – материнская плата, блок питания (и все остальное) смонтированы на заводе посредством пайки.

Да и все другие устройства, содержащие электрическую или электронную часть, используют эту технологию.

Все электронные компоненты компьютера и периферийных устройств содержат металлические выводы, посредством которых они могут быть объединены в электронную схему. Объединение может быть выполнено посредством пайки или путем разъемных соединений.

В первом случае менять эти компоненты без паяльника невозможно. Во втором случае деталь, имеющие выводы (штырьки) или контактные площадки, вставляют в разъем – специальную конструкцию, имеющую ответную контактную часть.

Такой подход позволяет при необходимости оперативно менять компоненты (процессор, микросхему BIOS) или целые модули (например, памяти) и платы расширения.

Рассмотрим более подробно

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.

Чем и как паять микросхемы

Современные радиоэлектронные устройства невозможно представить без микросхем – сложных деталей, в которые, по сути, интегрированы десятки, а то и сотни простых, элементарных компонентов.

Микросхемы позволяют сделать устройства легкими и компактными. Рассчитываться за это приходится удобством и простотой монтажа и достаточно высокой ценой деталей. Цена микросхемы не играет важной роли в формировании общей цены изделия, в котором она применяется. Если же испортить такую деталь при монтаже, при замене на новую стоимость может существенно увеличиться. Несложно припаять толстый провод, большой резистор или конденсатор, для этого достаточно владения начальными навыками в пайке. Микросхему же надо припаивать совсем иным способом.

Чтобы не произошло досадных недоразумений, при пайке микросхем необходимо пользоваться определенными инструментами и соблюдать некоторые правила, основанные на многочисленном опыте и знаниях.

• Оборудование для пайки
• В домашних условиях
• Порядок проведения работ
• Зачем сушить чипы
• Правила сушки

Оборудование для пайки

Для пайки микросхем можно использовать различное паяльное оборудование, начиная от простейшего – паяльника, и заканчивая сложными устройствами и паяльными станциями с использованием инфракрасного излучения.

Паяльник для пайки микросхем должен быть маломощным, желательно рассчитанным на напряжение питания 12 В. Жало такого паяльника должно быть остро заточено под конус и хорошо облужено.

Для выпаивания микросхем может быть применен вакуумный оловоотсос – инструмент, позволяющий поочередно очищать ножки на плате от припоя. Этот инструмент представляет собой подобие шприца, в котором поршень подпружинен вверх. Перед началом работ он вдавливается в корпус и фиксируется, а когда необходимо, освобождается нажатием кнопки и под действием пружины поднимается, собирая припой с контакта.

Более совершенным оборудованием считается термовоздушная станция, которая позволяет осуществлять и демонтаж микросхем и пайку горячим воздухом. Такая станция имеет в своем арсенале фен с регулируемой температурой потока воздуха.

Очень востребован при пайке микросхем такой элемент оборудования, как термостол. Он подогревает плату снизу, в то время, как сверху производятся действия по монтажу или демонтажу. Опционально термостол может быть оснащен и верхним подогревом.

В промышленных масштабах пайка микросхем осуществляется специальными автоматами, использующими ИК-излучение. При этом производится предварительный разогрев схемы, непосредственно пайка и плавное ступенчатое охлаждение контактов ножек.

В домашних условиях

Пайка микросхем в домашних условиях может потребоваться для ремонта сложной бытовой техники, материнских плат компьютеров.

Как правило, чтобы припаять ножки микросхемы, используют паяльник или паяльный фен.

Работа паяльником осуществляется с помощью обычного припоя или паяльной пасты.

В последнее время стал чаще применяться бессвинцовый припой для пайки с более высокой температурой плавления. Это необходимо для уменьшения вредного действия свинца на организм.

Какие приспособления потребуются

Для пайки микросхем, кроме самого паяльного оборудования, потребуются еще некоторые приспособления.

Если микросхема новая и выполнена в BGA-корпусе, то припой уже нанесен на ножки в виде маленьких шариков. Отсюда и название – Ball Grid Array, что означает массив шариков. Такие корпуса предназначены для поверхностного монтажа. Это означает, что деталь устанавливается на плату, и каждая ножка быстрым точным действием припаивается к контактным пятачкам.

Если же микросхема уже использовалась в другом устройстве и используется как запчасти, бывшие в употреблении, необходимо выполнить реболлинг. Реболлингом называется процесс восстановления шариков припоя на ножках. Иногда он применяется и в случае отвала – потери контакта ножек с контактными пятачками.

Для осуществления реболлинга понадобится трафарет – пластина из тугоплавкого материала с отверстиями, расположенными в соответствии с расположением выводов микросхемы. Существуют готовые универсальные трафареты под несколько самых распространенных типов микросхем.

Паяльная паста и флюс

Для правильной пайки микросхем необходимо соблюдать определенные условия. Если работа осуществляется паяльником, то жало его должно быть хорошо облужено.

Для этого используется флюс – вещество, растворяющее оксидную пленку и защищающее жало от окисления до покрытия припоем во время пайки микросхемы.

Наиболее распространенный флюс – сосновая канифоль в твердом, кристаллическом виде. Но, чтобы припаять микросхему, такой флюс не годится. Ножки ее и контактные пятачки обрабатывают жидким флюсом. Его можно сделать самостоятельно, растворив канифоль в спирте или кислоте, а можно купить готовый.

Припой в этом случае удобнее использовать в виде присадочной проволоки. Иногда он может содержать внутри флюс из порошковой канифоли. Можно приобрести готовый паяльный набор для пайки микросхем, включающий в свой состав канифоль, жидкий флюс с кисточкой, несколько видов припоя.

При осуществлении реболлинга используется паяльная паста, представляющая собой основу из вязкого материала, в которой содержатся мельчайшие шарики припоя и флюса. Такая паста наносится тонким слоем на ножки микросхемы с обратной стороны трафарета. После этого паста разогревается феном или инфракрасным паяльником до расплавления припоя и канифоли. После застывания, они образуют шарики на ножках микросхемы.

Порядок проведения работ

Перед началом работ необходимо подготовить все инструменты, материалы и приспособления, чтобы они были под рукой.

При монтаже или демонтаже плату можно расположить на термостоле. Если для демонтажа используется паяльный фен, то для исключения его воздействия на другие компоненты, нужно их изолировать. Сделать это можно установкой пластин из тугоплавкого материала, например, полосок, нарезанных из старых плат, пришедших в негодность.

При использовании для демонтажа оловоотсоса процесс происходит аккуратнее, но дольше. Оловоотсос «заряжается» при очистке каждой ножки. По мере заполнения кусками застывшего припоя, его нужно очищать.

Есть несколько правил пайки, которые следует обязательно исполнять:

• паять микросхемы на плате надо быстро, чтобы не перегреть чувствительную деталь;
• можно каждую ножку во время пайки придерживать пинцетом, чтобы обеспечить дополнительный теплоотвод от корпуса;
• при монтаже с помощью фена или инфракрасного паяльника, необходимо следить за температурой детали, чтобы она не поднималась выше 240-280 °C.

Радиоэлектронные детали очень чувствительны к статическому электричеству. Поэтому при сборке лучше использовать антистатический коврик, который подкладывается под плату.

Зачем сушить чипы

Чипами называют микросхемы, заключенные в BGA-корпусах. Название, видимо, пошло еще от аббревиатуры, означавшей «Числовой Интегральный Процессор».

По опыту использования у профессионалов существует устойчивое мнение, что при хранении, транспортировке, пересылке, чипы впитывают в себя влагу и во время пайки она, увеличиваясь в объеме, разрушает деталь.

Действие влаги на чип можно увидеть, если нагреть последний. На поверхности его будут образовываться вздутия и пузыри еще задолго до того, как температура поднимется до значения, достаточного для расплавления припоя. Можно только представить, что же происходит внутри детали.

Чтобы избежать нежелательных последствий наличия влаги в корпусе чипа, при монтаже плат осуществляется сушка чипов перед пайкой. Эта процедура помогает удалить влагу из корпуса.

Сушку чипов необходимо производить, соблюдая температурный режим и продолжительность. Новые чипы, которые были приобретены в магазине, со склада, присланы по почте, рекомендуется сушить не менее 24 часов при температуре 125 °C. Для этого можно использовать специальные сушильные печи. Можно высушить чип, расположив его на термостоле.

Температуру сушки необходимо контролировать, чтобы не допустить перегрева и выхода детали из строя.

Если чипы были высушены и хранились до монтажа в обычных комнатных условиях, достаточно просушить их в течение 8-10 часов.

Учитывая стоимость деталей, очевидно, лучше провести сушку, чтобы с уверенностью приступать к монтажу, чем пытаться паять непросушенный чип. Неприятности могут обернуться не только денежными тратами, а еще и потерянным временем.

SMD-компонентами называют небольшие электронные элементы, которые монтируются на поверхность печатной платы. «SMD» (в транскрипции «СМД») является аббревиатурой словосочетания из английского языка «Surface Mounted Device», которое переводится, как «прибор, монтируемый на поверхность».

Еще одно значение слова «поверхность» проявляется в том, что пайка производится не традиционным способом, когда выводы компонентов вставляются в отверстие печатной платы и на обратной стороне припаиваются к токопроводящим дорожкам. SMD-компоненты монтируются на лицевой стороне, где находятся все дорожки. Такой вид посадки и называется поверхностным монтажом.

• Преимущества применения
• Технология пайки
• Виды паяльных паст
• Изготовление пасты для пайки своими руками

SMD-компоненты, благодаря применению новейших технологий, обладают небольшим размером и массой. Любой маленький элемент, функционально содержащий в себе десятки, а то и сотни резисторов, конденсаторов и транзисторов, будет в несколько раз меньше, чем обыкновенный полупроводниковый диод.

Благодаря этому радиоэлектронные приборы, изготовленные из компонентов для поверхностного монтажа, очень компактные и легкие.

Небольшие размеры SMD-компонентов не создают условий для возникновения наведенных токов в самих элементах. Для этого корпуса их слишком малы и не влияют на эксплуатационные характеристики. В результате устройства, собранные на таких деталях, работают качественнее, не создавая помех и не реагируя на помехи от других приборов.

SMD-компоненты можно располагать на плате очень близко друг другу. Современные детали настолько малы, что большую часть пространства стали занимать токопроводящие дорожки, а не радиокомпоненты. Это побудило производителей делать монтажные платы многослойными. Они представляют собой как бы сэндвич из нескольких плат, только контакты от всех дорожек выведены на поверхность самой верхней из них. Эти контакты называются монтажными пятачками. Такие многослойные платы очень компактны. Их используют при изготовлении мобильных телефонов, смартфонов, планшетных компьютеров. Детали на них настолько мелкие, что нередко разглядеть их можно только под микроскопом.

Как уже указывалось выше, пайка SMD-компонентов осуществляется прямо на поверхность монтажных пятачков. Очень часто при этом выводы деталей после монтажа даже не видны. Поэтому использование традиционного паяльника невозможно.

Пайка СМД-компонентов осуществляет одним из нескольких способов:

• разогревом всей платы в печи;
• использованием инфракрасного паяльника;
• применением термовоздушного паяльника или фена.

Когда устройства с применением SMD-компонентов изготавливаются промышленными методами, применяются специальные роботы-автоматы. В этом случае на монтажных пятачках уже предварительно нанесен припой в количестве, достаточном для монтажа. В иных случаях при подготовке, по трафарету наносится паяльная паста для SMD-компонентов. Манипулятор робота устанавливает детали на свои места и надежно фиксирует их. После этого платы с установленными SMD-компонентами отправляются в печь.

Температуру в печи плавно повышают до определённого значения, при котором расплавляется припой. Для материала, из которого изготовлены платы и радиокомпоненты, это температура не опасна. После того, как весь припой расплавлен, температуру снижают. Снижение производится плавно по определенной программе, определяемой термопрофилем. Именно при таком остывании, а не при резком охлаждении, пайка будет наиболее прочной.

Подготовка платы в домашних условиях

Чтобы качественно припаять SMD-компоненты в условиях домашней мастерской, понадобится инфракрасный паяльник или термовоздушная станция. Перед пайкой обязательно нужно подготовить плату. Для этого ее надо очистить и облудить пятачки. Если плата новая и ни разу нигде не использовалась, почистить можно обычным ластиком. После этого необходимо обезжирить поверхность, нанеся флюс. Если же она старая, и на ней присутствует загрязнения и остатки прежнего припоя, можно подготовить ее при помощи мелкозернистой наждачной бумаги, также обезжирив после зачистки флюсом.

Паять SMD-компоненты обычным паяльником не очень удобно из-за малого размера контактных площадок. Но если нет паяльной станции, то можно применить и паяльник с тонким жалом, работая им аккуратно, набирая припой на разогретое жало и быстро дотрагиваясь до контакта.

Чтобы качественно припаять микросхемы, лучше воспользоваться не припоем, а паяльной пастой. Для этого элемент необходимо расположить на плате и зафиксировать. Из инструментов используют пинцет, пластиковые прижимы, небольшие струбцины. Когда выводы SMD-компонента оказались точно на монтажных пятачках, на них наносится паяльная паста. Для этого можно использовать зубочистку, тонкую кисть или медицинский шприц.

Наносить состав можно, не заботясь о том, что он покрывает и поверхность платы вокруг монтажных пятачков. Во время прогрева силы поверхностного натяжения соберут его в капли и локализуют в местах будущих контактов SMD-компонента с дорожками.

После нанесения необходимо прогреть область монтажа инфракрасным паяльником или феном (температура примерно 250 °C). Паяльный состав должен расплавиться и растечься по контактам монтируемого компонента и пятачка. Мощность струи фена надо отрегулировать таким образом, чтобы она не сдувала капли паяльной пасты с платы. Если позволяют характеристики устройства, используемого для пайки, снижать температуру надо плавно. Не допускается ускорять остывание путем обдува контактов SMD-компонентов воздухом.

По такой же технологии осуществляется и пайка светодиодов, в случае замены перегоревших элементов в каком-либо светильнике или, например, в подсветке приборов. Различие лишь в том, что плату во время пайки необходимо прогревать со стороны, обратной той, на которой установлены компоненты.

Виды паяльных паст

Паяльная паста является лучшим средством для автоматизированной пайки SMD-компонентов. Она представляет собой вязкую слаботекущую субстанцию из флюса, в которой во взвешенном виде содержатся мельчайшие частицы припоя.

Чтобы можно было успешно использовать ее, паста должна отвечать определенным требованиям:

• не должна окисляться и расслаиваться на составляющие;
• должна обладать определенной вязкостью, то есть быть достаточно жидкой, чтобы расплавляться от разогрева, и в то же время достаточно густой, чтобы не растекаться при этом по всей плате;
• не должна оставлять грязи и шлаков на месте пайки;
• паста должна хорошо отмываться обычными растворителями.

По способу использования составы делятся на отмывочные и безотмывочные. Как следует из названия, остатки отмывочной пасты следует удалять из зоны пайки после завершения, иначе входящие в ее состав компоненты могут агрессивно воздействовать на дорожки и на выводы деталей. Безотмывочные составы могут оставаться после пайки, так как они совершенно нейтральны к материалам плат и SMD-компонентов.

В свою очередь, отмывочные могут быть водорастворимыми и галогеносодержащими. Отмывочные водорастворимые составы могут смываться с плат деионизированной водой.

Иногда отмывочные пасты содержат галогены. Их вводят в состав для улучшения эксплуатационных свойств. Галогеносодержащие пасты могут применяться для высокой скоростной печати либо, наоборот, там, где необходим очень длительный срок схватывания. Введением галогенов улучшаются также паяющие свойства. Галогеносодержащие пасты смываются растворителями.

Изготовление пасты для пайки своими руками

В продаже имеется множество марок и видов паяльных паст, отвечающих всем условиям и требованиям, необходимым для качественного монтажа.

В домашних условиях можно изготовить такой состав, имея на руках пруток твердого припоя, паяльный жир и флюс.

Припой необходимо измельчить в очень мелкую фракцию. Сделать это можно напильником или наждаком. Полученную пыль от оловянно-свинцового прутка нужно собрать в небольшую емкость и механически перемешать с паяльным жиром. Если паяльного жира под рукой нет, можно использовать любой жидкий флюс, а в качестве связующего вещества и загустителя использовать обычный вазелин.

Консистенцию пасты можно определить на глаз, примерно рассчитывая пропорции. Готовый состав можно содержать в небольшой пластиковой емкости с плотно закрывающейся крышкой. Еще лучше загрузить ее в обычный медицинский шприц с толстой иглой.

Если дозированно выдавливать пасту на место будущей пайки, пользоваться такой пастой будет очень удобно, а результат будет прочным и надежным.

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.

Виды пайки печатных плат

В зависимости от количества одновременно устанавливаемых электронных компонентов пайку делят на два типа:

• Одновременная. Термическому воздействию подвергается диэлектрическая пластина в полном объёме.
• Селективная. Нагрев осуществляется на определенном участке.

Электронные компоненты монтируют по разным технологиям. Способ установки выбирают исходя из технических характеристик деталей.

Волной припоя

Технология широко применяется в производственных масштабах. Работа проводится в следующей последовательности:

• Установка электронных компонентов. Такая технология более востребована при DIP монтаже. Фиксируемые детали располагаются с одной стороны пластины, а токопроводящие дорожки с другой. Ножки электронных компонентов помещаются в сквозные отверстия.
• Нанесение флюса на контактные площадки. Специальные составы обеспечивают надежную фиксацию припоя на металлических контактах.
• Прогрев пластины и устанавливаемых деталей. Технологический процесс пайки плат предусматривает нагрев до высокой температуры.
• Перемещение контактных площадок над расплавленным припоем.

Оборудование создает волну из жидкого припоя. Он омывает контактные площадки и ножки деталей. После остывания удаётся получить надежно зафиксированные элементы.

Этот способ редко используется для фиксации SMD компонентов. Контактные площадки таких деталей находятся на внешней поверхности. По этой причине SMD компоненты подвергаются высокому нагреву.

В паровой фазе

Такой вид пайки печатных плат используется в производственных масштабах. Метод даёт возможность монтировать smd компоненты избегая их перегрева. Работа проводится в следующем порядке:

• Нанесение паяльной пасты на металлические дорожки.
• Размещение комплектующих в соответствии со схемой.
• Установка платы в специальную камеру.

При пайке электронных компонентов таким способом нагрев всех комплектующих паяльной пасты осуществляется паром. Он образуется при кипячении  инертной жидкости.

Отличительной особенностью такого метода является возможность контролировать температуру корпуса электронного компонента. Благодаря отсутствию кислорода и инертным свойствам пара исключается вероятность возникновения окислений.

ИК нагревом

Пайка элементов на печатные платы при помощи ИК-излучения позволяет добиться высоких характеристик готового изделия и избежать перегрева. При этом применяются ламповые или панельные установки.

Нагрев комплектующих осуществляется при помощи направленного пучка инфракрасных лучей. Это позволяет размещать большое количество элементов в непосредственной близости друг от друга.

Конвекционным методом

Этот способ подходит как для SMD, так и для DIP монтажа. Припой нагревается за счет горячего воздуха, принудительно подаваемого на плату. Чтобы исключить вероятность окисления, пайку проводят в среде инертного газа.

С целью увеличения скорости монтажа нагреву подвергаются одновременно все детали. Для этого печатную плату размещают в специальной камере. Регулировка температуры позволяет подобрать требуемый параметр с учетом характеристик паяльной пасты. При использовании этой технологии пайки печатных плат работы проводятся в следующей последовательности:

• Размещают электронные компоненты и наносят на контактные площадки паяльную пасту.
• Помещают изделие в печь и устанавливают требуемую температуру.
• Охлаждают изделие.

Пайка конвекционным методом может проводиться на конвейере. При этом изделие проходит через зоны с разным температурным режимом.

Лазером

Современные технологии позволяют использовать лазерное излучение. При таком способе нагревается небольшой участок. Несмотря на это высокая скорость перемещения лазера позволяет достичь быстрой пайки плат больших размеров.

Широкая область применения лазерного излучения при монтаже элементов небольшого размера обусловлена несколькими особенностями:

• минимальный нагрев корпуса компонентов;
• возможность размещения деталей в непосредственной близости друг от друга;
• минимальная степень окисления.

Благодаря характеристикам лазерного излучения удается достичь высокого качества работ.

Какой паяльник выбрать?

Маленький электрический паяльник является важным инструментом, предназначенным для работ с микросхемами. Модификации такого микропаяльника могут обладать различными свойствами и характеристиками.

Хороший профессиональный паяльник, выполненный в формате мини, обладает регулятором температуры нагрева.

С его помощью можно нанести тончайший слой компонентов расплавленного припоя, а также нагреть контактные выводы у радиодетали для монтажа или демонтажа микросхемы из печатной платы. Некоторые виды электрических миниатюрных паяльников обладают особенностями, которые могут быть пригодны только для выполнения одного типа работ.

Разновидности

Электрические профессиональные паяльники позволяют ремонтировать даже лазерный тип устройств. В соответствии с тем, какой тип нагрева предусмотрен у этого инструмента, паяльники разделяют на следующие виды.

Нихромовый

Нагревательным элементом паяльника является проволока из нихрома, не только хорошо проводящая электрический ток, но и быстро нагревающаяся. Конструкция электроинструмента имеет спираль из нихрома, расположенную в специальных изоляторах, позволяющих сохранять тепловую энергию. Приспособление является бытовым, простым в использовании и ударопрочным. Недостатком станет быстрое перегорание спирали, которую придется заменять.

Импульсный

Обладает способностью быстро нагреваться и стоек к механическим воздействиям. Конструкция содержит образователь частот со встроенным трансформатором.

При нагреве частота повышается, а затем снижается до необходимых рабочих параметров.

Жало паяльника входит в состав электроцепи путем подключения к токосъемникам, расположенным на вторичной обмотке. Модель оснащена кнопкой включения, которая при нажатии мгновенно разогревает паяльник, а при ее отпускании инструмент остывает.

Керамический

Дорогая, но хрупкая модель, быстро разогревающаяся для работы. Конструкция содержит керамические стержни, подсоединенные к контактам напряжения, благодаря которым происходит разогрев паяльника. Паяльник служит долго, но у него высок риск механического повреждения: если жало выйдет из строя, заменить его не получится.

Индукционный

Конструкция содержит катушку индуктора и специальное ферромагнитное напыление на жале, обеспечивающее создание магнитного поля. При разогреве электропаяльника до определенной температуры дальнейшее нагревание прекращается. После падения температуры нагрев возобновляется, что и обеспечивается покрытием из ферромагнитного состава. Автоматический подогрев экономит электроэнергию, но чтобы выбрать рабочий диапазон температур, приходится менять съемные наконечники.

Специалисты в области радиоэлектроники рекомендуют обратить внимание на специальные паяльные станции, где нагрев происходит за счет индукторной катушки.

Электропаяльнику в этом случае не требуется автоматический терморегулятор, но выбор температурного режима придется подбирать путем смены жал, входящих в комплект такой паяльной станции.

Паяльная станция – дорогой инструмент, предназначенный для выполнения объемных и множественных работ. Паяльная станция оснащена автоматическим термостатом и контроллером, к которым при необходимости через специальные гнезда можно подключить не только паяльник, но и другие электроинструменты для паяния.

Характеристики

У паяльника с тонким жалом, используемого для паяния микрочипа, имеются следующие характеристики.

• Рабочая мощность. Оптимальным вариантом будут модели будет параметр в 20-35 Вт, так как более высокая мощность электроинструмента спровоцирует перегрев или прожог микросхемы.
• Контроллер (термостат). Удобный в применении инструмент должен иметь приспособление, которое удерживает нагрев жала до параметров, не превышающих 300°C.
• Вид жала. Удобно, если у электрического паяльника имеется набор сменных насадок в виде срезанного жала под углом 45°, а также комплект тонких конусных вариантов. Поверхность жала у хорошего паяльника покрыта защитным слоем, который препятствует образованию нагара. Такой вариант предпочтительнее медного жала, которое требуется постоянно зачищать.
• Конструкция. Кабель паяльника должен обладать удвоенной изоляцией, сечение провода выбирают от 2,5 мм. Шнур должен быть пластичным и не перекручиваться. Ручка инструмента не может быть тяжелой и выскальзывать из пальцев.
• Размеры и вес. Устройство выбирают легкое и небольшое по размеру, так как в процессе работы его принято держать так же, как и карандаш. Большие паяльники с рукояткой из дерева будут неудобными из-за веса, их не получится правильно захватить пальцами.

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

Популярные модели

Теперь дадим краткий обзор популярных моделей, применяемых для паяния радиодеталей.

А флюс зачем?

При пайке применяют не только припой, но и флюс. Флюс – это органическое или неорганическое вещество, помогающее процессу пайки. Многие металлы при нагревании окисляются.

При этом на их поверхности появляется пленка окислов (соединения металла с кислородом), которая не смачивается припоем. Она имеет гораздо худшую теплопроводность. К тому же оксидная пленка имеет гораздо большее сопротивление, чем металл.

Это препятствует установлению надежного контакта. Как же быть?

С одной стороны, чтобы соединить металлические выводы деталей посредством расплавленного припоя, их надо нагреть. С другой стороны, металл при нагревании покрывается пленкой оксида. Многие видели, что медное жало поработавшего паяльника имеет черный (а не красный блестящий) цвет. Это и есть окисел меди.

Флюс затем и нужен, чтобы воспрепятствовать появлению таких пленок на поверхности нагретого металла. Активные флюсы (содержащие кислоты или их производные) могут даже растворить пленки на поверхности смачиваемых припоем деталей.

При монтаже электронных устройств активные флюсы применяются ограниченно, так как они требуют тщательной отмывки. В противном случае остатки флюса постепенно разрушают паяное соединение.

Другие приспособления и материалы

Процесс паяния микрочипов и радиодеталей подразумевает наличие не только паяльника, но и дополнительного оборудования.

Можно также приобрести:

• флюс для защиты поверхности металла от образования окислительной пленки;
• проволоку припоя для выполнения процесса паяния, толщина которой – 0,5-1 мм;
• набор сменных насадок (жал) различных форм и размеров;
• увеличительное стекло с держателем или очки-лупу, увеличивающие в 10-20 крат;
• бинокулярный стереоскопический микроскоп с длинным фокусом и подсветкой рабочей области;
• держатель-подставку, куда можно положить разогретый в процессе работы паяльник;
• специальный антистатический коврик и браслет для защиты микросхем от действия статического электричества;
• влажную ткань или специальное приспособление для очистки жала паяльника от нагара;
• металлическую плетенку для удаления лишнего количества припоя;
• шприц для удаления остатков припоя, оставшихся от демонтажа старого микрочипа и для переноса припоя во время работы в область паяния;
• пинцет для удерживания миниатюрных микросхем;
• органический растворитель либо этиловый спирт для удаления заводского защитного лака на микросхеме, а также для удаления остатков флюса после выполнения работы;
• небольшую кисточку для нанесения жидких составов.

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

Канифоль

В большинство флюсов входит канифоль – производное от сосновых смолистых выделений (живицы).

Это твердое полупрозрачное вещество, которое легко крошится. Используется, в частности, для натирания смычков музыкальных инструментов.

Она представляет собой смесь твердых смоляных кислот и их изомеров. Чем светлее канифоль, тем меньше в ней примесей (и тем приятнее она пахнет). Раствор канифоли в этиловом спирте более активен, чем просто кусковая канифоль.

Для приготовления жидкого флюса следует растворить 1 часть канифоли в 5-6 частях этилового 96% спирта. Такой флюс в целом нейтрален. Подавать флюс к месту пайки удобно посредством медицинского 5-10 кубового шприца.

Существует множество различных видов флюсов для самых разных задач. Бывают флюсы на основе так называемых жирных кислот и канифоли. В состав могут добавлять глицерин и другие вещества.

Заканчивая первую часть, скажем, что припой выпускается в виде прутков различного диаметра или в виде проволоки, скрученной в бухту. Иногда такой пруток или проволока содержат в себе сердцевину из канифоли.

В некоторых случаях это удобно. Но для ремонтных работ лучше иметь прутковый припой без канифоли внутри и жидкий спиртоканифольный флюс.

В этом месте прервемся и сделаем паузу. В следующей части мы внимательно посмотрим на главный паяльный инструмент – паяльник. Не пропустите!

До встречи на блоге!

Распространенные ошибки

Чаще всего при пайке SMD-компонентов мастера ошибаются, неправильно выбирая температуру паяльника. Слишком горячий инструмент может легко повредить деликатные радиодетали. Слишком холодный также приводит к перегреву, потому что пайка выполняется чрезмерно долго.

Самое главное – правильно выбрать для пайки марку припоя и флюса. Несмотря на то, что в промышленности используются бессвинцовые припои, в домашних условиях следует предпочесть простой оловянно-свинцовый (например, марки ПОС-60).

Выбирая флюс, учтите, что после пайки на изделии не должно оставаться даже следов активного флюса. Если чистка изделия невозможна или затруднена, лучше применить пассивный флюс. В обычных условиях сосновая канифоль не требует тщательной очистки.

Также существуют особые марки безотмывочных флюсов. Они дороги, но обеспечивают отличное качество пайки.

Как и при любых видах паяльных работ, соблюдайте технику безопасности. Температура спаиваемых деталей может достигать 300°С. Тяжёлые ожоги могут причинить также разлетающиеся капельки припоя или флюса. Устройство нижнего подогрева часто производит бесконтактный нагрев ИК-излучением. Такой прибор может обжечь мастера на расстоянии десятков сантиметров.

Особую осторожность надо соблюдать при работе с паяльным феном. Поток раскалённого воздуха невидим, легко нечаянно направить его на руки или легкоплавкие предметы. Выпуская из рук фен, укладывайте его строго на специальную подставку.

Обязательно работайте с хорошей вентиляцией или под вытяжкой. Помните, что пары свинца и олова ядовиты и постепенно накапливаются в организме. Испарения паяльного флюса и дым от разрушенной изоляции являются канцерогенами.

Как паять SMD-компоненты, смотрите далее.

Крепление SMD компонентов

Монтаж элементов такого типа не требует наличия отверстий в диэлектрическом материале. Ножки SMD компонентов крепят непосредственно к контактным площадкам на внешней стороне платы.

Такая конструкция позволяет расположить много деталей на участке небольших размеров. При установке учитывают характеристики компонентов. При перегреве некоторые элементы могут выйти из строя.

Автоматизированные технологии

Пайка печатных плат предусматривает размещение на них электронных компонентов. Этот процесс проводится вручную на автоматическом или полуавтоматическом оборудовании. Первый метод часто используется при необходимости заменить небольшое количество деталей. В промышленных масштабах применяют специальное оборудование.

Сотрудники нашей компании используют современные методы пайки печатных плат. В совокупности с высокой квалификацией мастеров это позволяет нам производить качественную продукцию.

Все о пайке микросхем

Довольно часто электронные устройства бытового назначения выходят из строя по причине того, что перегорела какая-либо микросхема, называемая чипом. Исправить поломку можно, обратившись к услугам сервисной мастерской, но нужно быть готовыми к тому, что ремонт там обойдется недешево. Если у вас имеются хотя бы минимальные навыки работы с паяльником, заменить электронный чип можно своими силами. Справиться с такой задачей поможет электрический паяльник, предназначенный для паяния мелких деталей. Вооружившись этим устройством, вы сможете выпаять старый сгоревший микрочип и выполнить пайку нового чипа к печатной плате.

Бессвинцовые припои

Припои, которые применяются при монтаже материнских плат и других компонентов компьютера – мягкие.

Следует сказать, что в последние годы перешли на бессвинцовые припои.

Экологи считают, что свинец наносит вред окружающей среде. Поэтому была принята директива RoHS, регламентирующая, в частности, применение именно бессвинцовых припоев.

Устройства, смонтированные согласно этой директиве можно отличить по более светлым и блестящим местам паек. Такие припои чаще всего более тугоплавки, поэтому при ремонте их не всяким паяльником можно работать. В таких припоях вместе с оловом могут быть цинк, медь, серебро и другие металлы.

Электронные компоненты довольно чувствительны к перегреву. Поэтому при ремонте устройств, выполненных по технологии RoHS, надо следить за температурой жала паяльника, чтобы не допустить перегрева.

Существует версия, что внедрение бессвинцовых припоев было вызвано не только (и не столько) заботой об окружающей среде. Было и желание получить прибыль от продажи нового паяльного оборудования, которое точнее контролирует температуру в месте пайки.

Технологии пайки

Для начинающих радиолюбителей научиться правильно паять в домашних условиях помогут пошаговые инструкции. Перед работой важно изучить подготовку деталей к работе, температуру плавления олова, правила нанесения флюса. Работу с микросхемами можно осваивать поэтапно. Например, для начала выпаять из платы старую деталь. Потренироваться выпаивать можно на каких-либо старых бытовых приборах, вышедших из строя.

После того как будет освоено выпаивание, можно переходить к процессу паяния и попробовать спаять дорожку в радиодетали.

Микросхемы производятся двух типов. DIP-чипы имеют штырьковые выводы, которые запаивают в отверстия с обратной стороны платы. SOIC-чипы имеют планарные выводы, которые паяют с лицевой стороны микросхемы к ее площадкам.

Последовательность паяльных работ зависит от вида детали. Есть следующие виды паяния.

Радиоэлементов

Чтобы отпаять SOIC-чип, нужно смыть растворителем защитный лак с выводов микросхемы, а затем очистить от лака и саму плату, используя этиловый спирт. Затем на выводы при помощи кисточки наносят флюс. Далее потребуется взять припой и запаять все выводы чипа с каждой стороны, замкнув их. Для этого жалом проходят по всем точкам выводов, распределяя по ним припой. Припоя рекомендуется брать много, чтобы после того, как вы уберете паяльник, он оставался в расплавленном состоянии. Только в этом случае у вас получится взять чип пинцетом и удалить его. Если микросхема приклеена в области платы, потребуется обрабатывать припоем каждый вывод поочередно, а затем поднимать его с помощью пинцета вверх, над платой. После завершения отпаивания вводов потребуется взять нож и удалить чип, стараясь не повредить при этом плату.

Припаять SOIC-чип можно, применяя метод «волны припоя», суть которого сводится к эффекту капилляра, когда расплавленный состав припоя протекает между площадкой платы и выводом микрочипа, образуя там каплю.

Последовательность действий в этом случае начинается с того, что на контакты вывода наносят жидкий флюс, чтобы облудить их. Затем микросхему помещают на плату и располагают точки ввода с соответствующими местами крепления. Далее нужно припаять по диагонали каждый вывод, чтобы не было перекоса и смещения чипа. После этого флюс вновь наносят на припаянные точки вывода и при помощи жала с припоем распределяют припой по выводам равномерно. Если между двумя выводами образуется мостик из припоя, его удаляют металлической плетенкой, помещая ее поверх образовавшейся перемычки.

Чипов

Чтобы отпаять DIP-чип, нужно смыть лаковое покрытие в области паяния при помощи ацетона, следы которого затем убирают этиловым спиртом. Разогретой насадкой-жалом прикасаются к ножке чипа, расположенной с оборотной стороны платы. Жало удерживают в этом месте до тех пор, пока имеющийся припой не расплавится. Затем припой собирают шприцем, втягивая внутрь. Подобное действие выполняют со всеми выводами чипа, после чего их можно будет вынуть из отверстий платы.

При выполнении процесса припаивания потребуется следить за тем, чтобы чип не перегревался, поэтому прикасаться жалом к ножке чипа можно только 2-3 секунды, а затем, чтобы выполнить повторные касания, потребуется охлаждать рабочую область пайки.

Перед выполнением процесса паяния выводы чипа необходимо облудить. Для этого на выводы чипа наносят флюс, не касаясь самой микросхемы, и обрабатывают насадкой с набранным на нее припоем. После лужения выводы чипа имеют гладкую и серебристую поверхность. Далее микрочип закрепляют на плате, используя для этого припой и фиксируя деталь на отведенном участке платы.

Способы

Собирая своими руками светильник из SMD-светодиодов, обычно устанавливают детали на алюминиевый радиатор. Непосредственно паять детали к такому основанию невозможно, да и нельзя во избежание короткого замыкания. В таком случае SMD-компоненты устанавливают на промежуточную изолирующую прокладку. Обычно используют тонкий слой специального термопроводного клея.

После такого монтажа приходится соединять светодиоды между собой отдельными изолированными проводниками. Пайка затрудняется тем, что диоды, которые уже смонтированы на радиатор, хорошо охлаждаются. Чтобы правильно спаять детали в таких условиях, нужно использовать мощный паяльник и проводить соединение быстрыми, уверенными движениями.

Очень удобно при поверхностном монтаже радиодеталей использовать паяльные фены и станции. Лучшие аппараты также содержат устройства нижнего подогрева.

Это позволяет нагреть монтажную плату почти до точки плавления припоя, что облегчает дальнейший монтаж.

Температуру нижнего подогрева нужно выбирать так, чтобы припой почти начинал плавиться, но оставался твёрдым. При такой работе лучше спаивать светодиоды, резисторы и прочие детали не прутковым припоем, а с помощью паяльной пасты. Сами детали, смонтированные на островках пасты, нагревают паяльным феном. При этом можно обойтись не слишком горячим воздухом. Лучше всего паять легкоплавкой пастой при 245 градусах.

При необходимости монтажа SMD-конденсаторов учтите, что они боятся перегрева. Сперва надо провести расстановку и пайку резисторов, проводников и светодиодов. Конденсаторы расставляются в последнюю очередь.

При сборке самодельного светильника удобно использовать готовую светодиодную ленту. Это SMD-компонент в виде длинной полосы гибкого изоляционного материала. SMD-светодиоды уже приклеены к ленте и соединены проводниками.

Светодиодную ленту надо приклеить теплопроводным клеем к металлическому радиатору. Это может быть любой подходящий алюминиевый профиль — например, который продаётся в мебельных магазинах.

Есть специальные профили, предназначенные для сборки светильников, — такие изделия, как правило, сразу содержат светорассеивающую крышку.

Светодиоды в ленте уже соединены, мастеру после приклейки ленты остаётся только подключить её к специализированному «драйверу светодиодов». Обычный блок питания для бытовой техники не подходит. Драйвер не выдаёт фиксированного напряжения — вместо этого электронной схемой фиксируется величина тока. Кроме того, драйверы могут содержать схему, которая подстраивает величину тока в зависимости от температуры.

Применение паяльной пасты

Паяльная паста представляет собой состав из припоя и флюса. Дополнительно в смесь добавляются связующие вещества. Их количество в общем объеме от 5 до 15%. Именно связующие вещества обеспечивают нужную степень вязкости состава.

Паяльная паста наносится на металлические части тонким слоем. После обработки контактов на них размещают электронные элементы. В процессе паста нагревается до нужной температуры.

Твердые и мягкие припои

Припои на основе свинца и олова относятся к так называемым мягким припоям.

Температура их плавления не превышает 300 о С.

Существуют и твердые припои, содержащие серебро, цинк, медь. Они имеют повышенную прочность и температуру плавления больше 300 о С.

Если ткнуть острым предметом в место пайки мягким припоем, останется заметная вмятина. А если использовался твердый припой – глубокой вмятины не будет, только царапина.

При пайке выводы деталей соединяются друг с другом (или с основой) посредством расплавленного припоя, который (как сплав металлов) обладает достаточно высокой электропроводностью.

Припой защищает соединений деталей от коррозии и окисления кислородом воздуха, обеспечивая надежный контакт.

Материнская плата компьютера содержит множество медных проводников, нанесенных на ее поверхность, которые обеспечивают необходимые соединения. Используется именно медь, как материал с высокой электро- и теплопроводностью. Кстати сказать, старые паяльники имели именно медное жало.

Инструменты и материалы

В большинстве случаев для пайки SMD-компонентов можно с успехом использовать обычный контактный паяльник с тонким жалом. Если контактные площадки хорошо очищены и применяется качественный флюс, при монтаже достаточно нанести крошечные точки припоя прямо на торцы выводов деталей SMD.

Детали расставляют по поверхности монтажной платы, используя радиомонтажный пинцет с немагнитными губками. У хорошего мастера всегда под рукой несколько пинцетов с губками разной формы. Также существуют вакуумные пинцеты с крошечной присоской на торце ручки.

Чтобы пайка получилась качественной, желательно применять оловянно-свинцовый припой с умеренной температурой плавления (245°С). Для очистки и защиты точек контакта надо использовать паяльный флюс-гель. Такие составы обеспечивают качественное соединение и почти не оставляют следов.

Распространён способ массового монтажа SMD-компонентов, при котором для нагрева всей платы целиком используют паяльную печь. Такой прибор можно сделать самому из небольшой кухонной печи.

Главное – предусмотреть точную регулировку температуры по заданной программе.

Вместо припоя в виде тонких проволочек очень удобно использовать паяльную пасту. Такой состав выглядит как густая замазка с металлическим блеском. В ней уже смешаны мельчайшие шарики припоя и качественный флюс. Достаточно нанести пасту на точки пайки и равномерно прогреть детали в печи, паяльником или паяльным феном. Сегодня в магазинах есть широкий выбор хороших паяльных паст.

При пайке радиодеталей вполне возможны ошибки. Демонтировать SMD-детали паяльником очень неудобно. В таком случае применяют термопинцет, который зажимает деталь фактически между двух одинаковых паяльников и снимает за одно движение.

Очень удобен демонтаж SMD-компонентов с помощью термофена. При работе с феном главное – не допустить перегрева соседних деталей, которые смонтированы верно. Надо регулировать толщину раскалённой струи воздуха с помощью насадок подходящих диаметров и регулятора скорости потока.

Рекомендации

Для правильного выполнения паяльных работ рекомендуется использовать мощность паяльника, не превышающую 10 Вт. Большинство электроинструментов работает от напряжения сети в 220 В, но в некоторых моделях предусмотрен блок питания, понижающий напряжение до показателей 36 или 12 В. Паяльники, способные понижать электрическое напряжение, считаются лучшим вариантом для работы с микросхемами.

Что касается толщины жала электропаяльника, то этот параметр колеблется от 1 до 2 мм. В большинстве случаев для работы удобно пользоваться конусовидными насадками. Выбирая модель электрического паяльника, целесообразно отдать предпочтение варианту с автоматическим терморегулятором, который поддерживает заданную температуру и позволяет добиться отличных результатов в процессе паяльных работ.

Как паять микродетали обычным паяльником, смотрите далее.