- Основы пайки smd компонентов.
- Виды паяльных паст
- Изготовление пасты для пайки своими руками
- Инструменты
- Инструменты и материалы
- Монтаж плат с smd компонентами с помощью паяльной пасты и фена. | электроника для всех
- Нанесение пасты
- Подготовка платы в домашних условиях
- Предыстория
- Преимущества применения
- Прогревание
- Расстановка компонентов на плату
- Способы
- Технология пайки
- Типоразмеры
- Заключение
Основы пайки smd компонентов.
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.
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 7020229 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.
Инструменты и материалы
Для паяния печатных плат нам понадобятся:
- собственно, паяльная станция с феном и набором насадок;
- флюс (например, Interflux IF8001) – это весьма важный компонент, он обеспечивает хороший контакт элементов при сборке и дальнейшую работоспособность платы;
- паяльная паста;
- трафарет для нанесения паяльной пасты на микросхему;
- легкоплавкие припои (например, сплав Вуда, сплав Розе), они помогут при выпаивании компонента с платы;
- средство для удаления лишнего припоя, это может быть шприц для отсоса или медная оплетка («косичка» из тонкой проволоки);
- пинцет или плоская отвертка;
- технический спирт для промывки соединения.
Этот набор подбирается индивидуально для каждого мастера. А кроме того, потребуются качественное освещение и линза для осмотра паяльного шва.
И еще – предельная внимательность и море терпения.
Монтаж плат с smd компонентами с помощью паяльной пасты и фена. | электроника для всех
Когда в единственный нормальный магазин в городе, чуть ли не на заказ, привезли паяльную пасту, я был за ней первый в очереди 🙂
Давно уже хотел полностью перейти на SMD, как наиболее ленивую технологию — дырки сверлить лень и была паяльная станция LINKO 850, китайский клон незнаю чего (Ну, судя по стилю написания логотипа, косят они все под HAKKO =) Своего рода Adibas =) прим. DI HALT), пока использовавшаяся только для демонтажа. Мосфеты ей с материнок выковыривать — милое дело. Паста у меня была BAKU BK-30G (У меня такая же грязюка есть. Мерзкая вещь, но паять ей прикольно. прим. DI HALT)
Плату разрабатываем как обычно.
Советы по разводке для SMD монтажа
- Две площадки рядом — никогда их не сливайте! Наоборот, растяните, и соедините тонким проводником, так они не слипнутся вместе(что придает неаккуратность плате) и позволит визуально проконтролировать наличие дородки между ними(просто так два резистора рядом, или там проводник).
- Не гонитесь за размером! Делайте площадки чуть больше компонента, и оставляйте между ними достаточно места. Если ограничены в размере, возмите корпус больше, или сделайте двухстороннюю плату. Сам по началу страдал такой фигней. Пока хватает разрешающей способности — ставил как можно ближе к друг другу, теперь куча мелких плат с налепленными в шахматном порядке 1206 компонентами — плату и проводники за ними не видно.
После чего травим как обычно, а вот с лужением есть проблемы:
Я лужу сплавом розе, с последующим снятием горячим резиновым скребком(прям в той же кастрюле/банке где плата лудилась) лишнего слоя — получается плоские проводники практически с зеркальным блеском 🙂
Если у вас его нет, можно применить следующий хинт — на маломощный паяльник наматываем оплетку для снятий припоя, залуживаем ее, и проводим по дорожкам, предварительно покрытым флюсом. Если так делать не получается, а лудите жалом — оставляйте на контактных площадках как можно тонкий слой олова.
На плоские дорожки деталюхи практически «приклеиваются» на паяльную пасту, а выпуклый слой олова они устанавливаются хуже. Ладно если это еще резистор — его все равно поверхостным натяжением припоя на место утащит (главное напор воздуха на минимум, чтоб не сдуло).
А вот микруху (например, небезызвестная FT232RL) на выпуклую поверхность ой как сложно ровно установить, все норовит упасть в ямку между дорожками, а если и встанет, поток воздуха даже под малым градусом сдует ее в ту самую ямку, после чего припой загадит и ножки, и контакты, превратив выводы в монолит 😉 , а флюс практически полностью испарится через минуту, после чего нормально сдвинуть ее будет практически невозможно, не угаживая выводы предварительно каким нибудь канифоль-гелем.
Короче, в результате мы должны получить плату с ПЛОСКИМИ контактными площадками (флюс там слабый, к розовой меди и сплаву розе цепляет на ура, а вот к загаженной меди уже не очень).
После чего, хорошенько размешав пасту, осторожно, не допуская пузырей воздуха, затягиваем полужидкую пасту (Паста эта, кстати, имеет обыкновение высыхать, даже будучи плотно закрытой. Можно ее размочить добавив в нее спирта прим. DI HALT) в обычный шприц-инсулинку, надеваем и обламываем (кому как удобно, я сначала обломал иглу, оставив сантиметр, потом плюнул и обломал под корень) иглу.
Теперь, хорошенько отмыв, и еще более хорошо высушив (: плату, ляпаем на каждую площадку по чуть-чуть пасты. Сколько именно, можете посмотреть на фото, но после двух-трех раз сами поймете, после чего пинцетом усаживаем рассыпуху.
Советы по установке
- Высокие и крупные компоненты устанавливаем последними. Сначала конденсаторы 0603, потом резисторы 1206, высокие светодиоды, а затем микрухи.
- Под каждый размер — свой пинцет. (или это уже буржуйство?) обычно хватает двух — мелоч и микруху. Ту же 2313 не возьмешь мелким пинцетом, а большим не получается уже так аккуратно резисторы садить, как маленьким — руки дрожат, чтоли. (А мне всегда одного хватало. Прим. DI HALT)
Теперь, нагревая плату феном, можно наблюдать как паста, сначало вскипев флюсом и засохнув, начинает превращаться в расплавленный металл, который надежно приварит деталюхи к плате 🙂 (паста, кстати, очень сильно при этом уменьшается в обьемах. Там где была огромная сопля остается маленькая капелька. прим. DI HALT)
Из за того, что температура станции у меня немного плавает, пришлось научиться определять степень зажаренности по …запаху ^_^ Когда флюс нагревается до рабочей температуры, он начинает пахнуть чем то похожим на ваниль ;-), а когда начнет пахнуть горелыми волосами — значит опять я локтем провернул ручку температуры и надо идти и покупать 5 светодиодов, взамен зажаренных. (Я предпочитаю жарить при температуре на выходе фена около 290 градусов. У платы будет градусов на 10 меньше, в самый раз. И поток воздуха на минимум. прим. DI HALT).
Нанесение пасты
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.
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.
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.
Предыстория
У меня ранее уже была статья на похожую тему
. 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.
Преимущества применения
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.
Прогревание
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.
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.
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
. 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.4. Запаивание компонентов (а)
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.
Способы
Работу можно значительно облегчить, если воспользоваться некоторыми методами профессионалов.
- Для облегчения съема старого компонента можно применить подогрев платы снизу. Для этого закрепите ее зажимом, переверните и прогрейте феном в течение 5 минут. После этого работайте как обычно. Процесс пойдет быстрее.
- Чтобы выпаять старый компонент без риска перегрева, можно использовать легкоплавкие припои (сплав Вуда, сплав Розе). Для этого покройте шов флюсом и нанесите этот сплав. Температура его плавления меньше, чем у олова. Когда вы начнете греть, он расплавится и смешается с оловом на плате, тогда деталь выпаяется быстрее и без перегрева.
- При пайке нежелательно использовать спирто-канифольный флюс, поскольку у него низкое удельное сопротивление.
При работе всегда соблюдайте технику безопасности, особенно с нагретым оборудованием. Работайте в хорошо проветриваемом помещении с достаточным количеством света.
О пайке микросхем феном смотрите далее.
Технология пайки
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.
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.
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:
Как видно, отличия существенные.
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.
Если нужны еще какие-то нюансы — спрашивайте!
Спасибо за внимание и до скорых встреч!
