Пайка светодиодов SMD: как и чем правильно припаять смд диод, какой припой и подложку выбрать

Основные принципы пайки и распространенные ошибки

Процесс пайки SMD светодиодов состоит в нанесении тонкого слоя припоя (легкоплавкого оловянно-свинцового сплава с различными добавками) одновременно на контакты присоединяемой детали и токоведущих дорожек печатной платы. Используются физические процессы:

• смачивание металлов расплавом;
• капиллярное пропитывание мелких зазоров между
  контактами, обеспечивающее соединение как в механическом, так и в электрическом
  отношении.

Для того, чтобы паять диоды SMD, необходимо использовать специальный паяльник с малой мощностью и ограничивать время контакта ЛЕД прибора с горячим рабочим органом. Специалисты рекомендуют не превышать 3-5 секунд. Распространенной ошибкой является использование паяльников с тонким жалом. Это снижает эффективность теплопередачи и не позволяет качественно нагреть контакты и дорожки печатной платы.

Опытные люди рекомендуют пользоваться нормальным жалом, сточенным под углом. Большая масса обеспечит быстрый прогрев площадок и расплав припоя, исключая перегрев светодиода. Жидкий припой под действием эффектов смачивания и капиллярного впитывания затекает в мельчайшие зазоры между ножками элемента и дорожкой печатной платы, после чего горячий паяльник убирают в сторону. Припой застывает и создает монолитный участок прочного соединения деталей.

Вторая ошибка, приводящая к выходу светодиода из строя — перегрев. Чрезмерно долгое прикосновение паяльника к ножкам ЛЕД элемента приводит к повышению температуры излучающего кристалла. Если постоянно не контролировать длительность прикосновения жала к детали, избежать чрезмерного нагрева не удастся.

Что необходимо для работы

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

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

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

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

Что нужно для хорошей пайки

• 1. Паяльник ЭПСН 25 ватт, с жалом заточенным в иголку, для монтажа новой микросхемы.

• 2. Паяльник ЭПСН 40-65 ватт с жалом заточенным под острый конус, для демонтажа микросхемы, с применением сплава Розе или Вуда. Паяльник, мощностью 40-65 ватт, должен быть включен обязательно через Диммер, устройство для регулирования мощности паяльника. Можно такой как на фото ниже, очень удобно.

• 3. Сплав Розе или Вуда. Откусываем кусочек припоя бокорезами от капельки, и кладем прямо на контакты микросхемы с обоих сторон, в случае если она у нас, например в корпусе Soic-8.

• 4. Демонтажная оплетка. Требуется для того, чтобы удалить остатки припоя с контактов на плате, а также на самой микросхеме, после демонтажа.

• 5. Флюс СКФ (спиртоканифольный флюс, растолченная в порошок, растворенная в 97% спирте, канифоль), либо RMA-223, или подобные флюсы, желательно на основе канифоли.

• 6. Удалитель остатков флюса Flux Off, или 646 растворитель, и маленькая кисточка, с щетиной средней жесткости, которой пользуются обычно в школе, для закрашивания на уроках рисования.

• 7. Трубчатый припой с флюсом, диаметром 0.5 мм, (желательно, но не обязательно такого диаметра).

• 8. Пинцет, желательно загнутый, Г – образной формы.

Основы пайки smd компонентов.

Основные выводы

Пайка светодиодов SMD не представляет большой сложности, но требует аккуратности и осторожности. Следует помнить об опасности перегрева элементов, результатом которого будет их выход из строя. Необходимо обеспечить соблюдение условий:

• использовать маломощный паяльник с температурой
  нагрева не выше 260°;
• применять качественный флюс (специалисты
  рекомендуют специальный состав для пайки алюминия);
• ограничивать время контакта светодиодов с жалом
  паяльника.

Помимо этого, надо помнить о
соблюдении полярности, следить за состоянием токоведущих дорожек. Свои варианты
пайки SMD светодиодов излагайте в комментариях.

Что понадобится для пайки smd компонентов

А лучше всего купить готовый набор для пайки SMD компанентов, где есть все необходимые инструменты и принадлежности. 

Купить набор для пайки SMD

Это минимальный набор, без дорогих паяльных станций, фенов и оловоотсосов.

Где сверлить отверстия в плате

Отверстия в плате под гнездо начинаем сверлить с ножки видео выхода. Прикладываем гнездо боком к гнезду аудиовхода, выравниваем, чтобы новое гнездо выступало так же как и штатное и замеряем штангенциркулем глубину от края платы до места, где уперлась ножка видеовыхода.

После этого переворачиваем плату и штангенциркулем ведем по плате, пока не найдем место пересечения с дорожкой видеовыхода. Там и сверлим со стороны дорожек отверстие (0,5 мм) под ножку. Конечно лучше это место слегка накернить, т.к. дорожка в том месте тонкая.

Остальные отверстия сверлить уже намного легче, т.к. достаточно приставить гнездо к плате и наметить отверстия уже с внутренней стороны платы (со стороны деталей). Щели под пластмассовые ушки пришлось после просверливания отверстий доводить до нужного размера надфилем.

Для большей устойчивости гнезда на плате я переместил ножку массы — вставил ее в отверстие ближе к краю. Для этого пришлось ножку немного вытащить из гнезда наружу и согнуть.

Ножка гнезда аудиовыхода попала напротив дорожки с массой (-). Пришлось надфилем пропилить разрыв на плате и создать обособленную площадку, в которой просверлить два отверстия — одно под ножку аудиовыхода, а второе отверстие — под перемычку, поскольку родное отверстие аудиовыхода на плате было напротив гнезда аудивхода, но оно не было задействовано (наверное предполагалось, что там может быть установлено сдвоенное гнездо).

В месте, где было просверлено отверстие под видеовыход, а так же в местах пайки аудио перемычки и ножки аудиовыхода, кончиком надфиля надо аккуратно удалить лак с дорожек в месте будущей пайки. Здесь требуется очень большая внимательность, чтобы не перебить и не отслоить дорожки во время удаления лака.

Гнездо

Для начала я нашел само гнездо — взял какое было в наличии.

По креплению оно не подходило к отверстиям платы. Пришлось сверлить новые. При этом повезло, что два из них — все-таки совпали. Одно из пластмассовых креплений моего нового гнезда попало в отверстие, предназначенного для общего вывода, и общий вывод тоже попал прямо туда куда нужно, не смотря на смещение. Само гнездо пришлось немного подпилить надфилем снизу, поскольку оно легло на одну из перемычек на плате.

Вообще, можно было бы установить гнездо и без смещения — часть отверстий все-таки совпадала. Но отводы под видео и аудио выходы попадали не в очень удачное место на плате. Кроме того боковые пластмассовые ушки тоже попадали не совсем удачно. Когда я сместил гнездо к краю платы, то одно из пластмассовых ушек попало в отверстие предназначенное для общего вывода (массы) — его просто пришлось немного расширить надфилем.

Заставить жало не дрожать — невозможно

Ни один человек не способен сделать так, чтобы инструмент (любой — не только паяльник) не подрагивал в руках. Когда-то давно я читал про мастеров, рисующих миниатюрные картины или росписи. Там была описана технология, которой они пользуются в работе.

Не нужно бороться с дрожью — это бесполезно. Нужно научиться под нее подстраиваться.

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

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.

Как паять smd
компоненты

Монтаж ЛЕД элементов технологически значительно отличается от подключения лампы. Пайка SMD светодиодов требует некоторого опыта и навыков. Если их нет, рекомендуется сначала потренироваться на каких-нибудь ненужных кусочках провода. Это поможет овладеть искусством пайки и позволит сохранить светодиоды в рабочем состоянии.

Специфика монтажа SMD светодиодов заключается в отсутствии обычных длинных выводов. Элементы устанавливаются на плату и припаиваются к дорожкам, для чего по бокам корпусов ЛЕД приборов имеются маленькие площадки. Работа требует аккуратности и внимания.

Важно помнить об опасности нагрева, максимально сокращая время прикосновения паяльника к SMD деталям. Если нет соответствующего инструмента, на жало обычного паяльника наматывают медный провод толщиной около 1 мм. Один конец этой обмотки служит жалом, температура нагрева которого значительно ниже, чем у основного элемента. Рассмотрим порядок действий детальнее:

Как паять при помощи фена

Пайка с помощью фена чем-то напоминает промышленный способ монтажа SMD светодиодов, только вместо печи с нужной температурой используется специальный фен. Процесс производится поэтапно:

• на поверхность платы наносим специальную
  термопасту. Не следует полностью покрывать ей основание, достаточно нанести
  материал только на контактные площадки;
• устанавливаем светодиод с помощью пинцета;
• направляем поток горячего воздуха и припаиваем
  плату к ЛЕД элементу. Для защиты от перегрева рекомендуется прикрыть его
  металлическим предметом.

При подаче горячего воздуха паста
расплавляется, образуя слой флюса и жидкого припоя. Флюс быстро испаряется,
оставляя прочную спайку.

Фен удобно использовать для
демонтажных работ. Если требуется выпаять сразу много светодиодов (например,
для замены перегоревших элементов на линейной подсветке), фен позволит быстро
нагреть плату и легко отсоединить даже наклеенные детали.

Как это выглядит на плате

В принципе, всю эту статью можно и не читать. 🙂 Искушенному радиолюбителю достаточно будет изучить три следующие фотографии:

Лужение площадки

Опытные радиолюбители не всегда выполняют подобный шаг, но на первых парах я рекомендую его сделать.

Нужно залудить плату, а именно место куда будет припаян контроллер. Конечно, площадка скорей всего залужена, особенно если плата сделана на производстве. Но со временем на контактах появляется оксидная пленка, которая может вам помешать. Нагреваем паяльник до рабочей температуры. Площадку обильно смазываем флюсом. На жало наносим немного припоя и лудим дорожки.

Лишний припой удаляем с помощью ПЩ провода. Он отлично впитывает припой благодаря эффекту капиллярности.

Методика «птичий клюв»

Когда птица строит гнездо, то вставляя очередную ветку, она делает короткие и множественные движения клювом. Даже если нужно подправить уже вставленную в гнездо веточку, каждое действие птица производит совершая несколько мелких и точных движений. По правде говоря эти движения не всегда точны, но в сумме все же дают нужный результат.

Главная ошибка многих новичков в том, что они при пайке пытаются сделать длинное и непрерывное движение. Это бесполезно. Секрет в том, что необходимо делать короткие движения (в идеале они согласовываются с ударами сердца, но специально концентрироваться на этом не нужно, — со временем это должно получится само собой).

Необходимые материалы и инструменты

Для пайки SMD светодиодов потребуются:

• паяльник, обладающий нужными параметрами;
• бокорезы, пинцет, ножницы;
• монтажная игла или тонкое шило;
• припой и флюс. Подойдет обычная канифоль или
  специальный жидкий состав, представляющий собой спиртовой раствор. Часто
  используют таблетку аспирина;
• тонкая кисточка для нанесения жидкого флюса;
• лупа на регулируемой подставке (кронштейне),
  которой пользуются ювелиры;
• паяльный фен (компонент паяльной станции).

Обойтись без флюса не удастся,
так как расплавленный припой без него не смачивает контакты и не оседает на
металле. Спиртовый раствор канифоли специалисты не рекомендуют, так как он
малоэффективен и оставляет несмываемый белый налет.

Выбор паяльника является важным
этапом подготовки. Оптимальный вариант — паяльная станция с функцией
регулировки температуры. Однако, подойдет и обычный низковольтный экземпляр с
напряжением питания от 12 до 36 В и мощностью 20-30 Вт. Работать со стандартным
устройством на 220 В не рекомендуется, так как их жало слишком сильно
нагревается.

Большое значение имеет тип наконечника жала. Обычный конусный — не лучший вариант, оптимальным выбором будет т.н. микроволна. Это срезанный примерно под 45° пруток с небольшим углублением, сделанном в осевом направлении. Оно наполняется жидким припоем и позволяет эффективнее наносить материал на площадки SMD светодиода и платы. При необходимости микроволна действует как отсос излишков припоя, что позволяет избежать капель и потеков.

Оптимальный тип припоя —
тонкая проволочка с канифолью внутри. Этот вид позволяет успешно паять
светодиоды практически любым паяльником.

Особенности работы с микросхемами bga

При пайке микросхем типа BGA выбирается тот же температурный диапазон от 345 до 350 градусов с обеспечением умеренного воздушного напора для предотвращения сдувания «соседей». В процессе работы паяльный фен должен удерживаться под углом 90 градусов по отношению к плате. Во избежание выхода из строя чипа не стоит его прогревать только по центру, лучше обходить монтажный элемент по периметру.

После истечения 1-3 минуты можно сделать попытку слегка приподнять чип над платой при помощи пинцета. Если чип не поддается, значит припой все еще твердый. Чтобы избежать повреждения токопроводящих дорожек платы, нужно регулятором на фене «накинуть сверху» градусов 5 температуры и продолжить греть.

Отверстия в корпусе

Центр отверстий для гнезда в корпусе видеодвойки находим после того, как впаяем гнездо. Конечно, перед пайкой необходимо проследить, чтобы гнездо не упиралось в боковую стенку корпуса.

Большие отверстия под «тюльпаны» сверлить не сложно, тем более что высокой точности там не нужно. Тем не менее центр отверстий лучше найти при помощи штангенциркуля — замерять сначала на плате расстояние между старым гнездом и только что впаянным, и перенести эти расстояния на корпус, а затем замерять относительную высоту отверстий на плате, и также перенести на корпус это расстояние, найдя таким образом пересечение — центр будущего первого отверстия гнезда. Найти центр второго отверстия уже будет проще.

После этого шилом или небольшим острым керном слегка продавливаем найденную ранее при помощи штангенциркуля отметку на пластмассе (чтобы сверло потом не увело в сторону). Сверлим отверстие сначала небольшим сверлом (например 3 мм), и приложив плату с гнездом, проверяем — насколько точно мы поймали центр.

Берем второе сверло (6-8 мм) и расширяем отверстие. При этом, если нужно исправить центр — сверлим с боковым усилием. Опять прикладываем плату с гнездом и проверяем — не ушел ли в сторону ли центр. Следующее сверло может быть последним.

Окончательный диаметр отверстия — 11 мм. Но я бы не советовал брать сверло такого диаметра. Лучше взять меньшее сверло и боковыми усилиями понемногу рассверливать отверстие до нужного диаметра. Это нужно для того, чтобы прикладывая плату с гнездом, почаще сверяться — несколько точно мы попали.

Тут важно понимать, что абсолютная точность не требуется, потому что даже диаметр штатного (заводского) отверстия сделан с некоторым запасом — с допуском на люфт гнезда в нем.

Немного сложнее найти место сверления самореза который предусмотрен на гнезде, чтобы удерживать его от продавливания. Это отверстие маленькое, делается без люфта должно быть просверлено максимально точно. После просверливания больших отверстий (под сами «тюльпаны»), вставляем плату, прикручиваем старые (заводские) шурупы, выравниваем плату и намечаем это последнее отверстие отверстие длинным тонким сверлом изнутри (см. картинку).

После этого всё откручиваем, снимаем плату и в намеченное отверстие продавливаем нагретую на огне иглу насквозь (нагреть иглу достаточно зажигалкой). Сверлить изнутри не получится, потому что близко боковая стенка. После продавливания нагретой иглой, спокойно просверливаем отверстие снаружи.

Здесь тоже можно начать сверлить сначала меньшим сверлом, а потом приложив плату — проверить насколько точно совпадает центр. Если необходимо — окончательно расширить отверстие можно уже круглым надфилем, смещая отверстие в нужную сторону. Поскольку я здесь попал в ребро, то мне еще понадобилось под шляпку шурупа сточить надфилем площадку (см. ниже третье фото).

Кроме того, оказалось, что внутри корпуса самый край тела гнезда (то место куда вкручивается шуруп) слегка упирался в полукруглый угол с боковой стенкой. Пришлось сточить надфилем около 2 мм на самом гнезде.

Пайка smd контактов микросхемы

Тут уже можно использовать как жидкий, так и тягучий флюс. Очень обильно наносим его на контакты.

Смачиваем каплей припоя жало, лишнее очищаем губкой.

И, аккуратно проводим по смазанным контактам.

Торопиться в этом деле не нужно.

Пайка smd элемента в три этапа

Главная трудность пайки SMD-элементов обычным паяльником — в том, чтобы удержать деталь пинцетом.

Т.е. в самом начале пайки главное внимание должно быть сконцентрировано на усилие руки, держащей пинцет. Здесь немаловажно также выбрать правильный угол обзора, чтобы четко видеть насколько ровно деталь легла на свое место.

При этом не помешает знать один маленький секрет. В самом начале деталь достаточно лишь слегка «прихватить». Не нужно пытаться сразу припаять ее с первой стороны! Хорошая пайка требует переноса внимания на сам процесс пайки — концентрация внимания на пинцете теряется…

Таким образом вначале только прихватываем деталь с одного конца. Прихватив деталь — избавляемся от пинцета, и припаиваем вторую сторону детали. И только потом возвращаемся к окончательной пайке первой стороны.

Не стоит забывать, что площадки под элемент на плате должны быть ровные. Если там был припой — нужно аккуратно удалить его излишки перед пайкой, иначе деталь после пайки останется «перекошенной».

Итак, когда деталь прихвачена, то сдвинуть ее уже невозможно (если только не перегревать или не прикладывать ощутимо больших усилий). Это позволяет отвлечься от ее удержания, и сконцентрироваться на пайке с другого конца, после чего вернуться к первому. Таким образом, пайка происходит в три этапа:

1. «Прихватывание» детали
2. Пайка противоположного «прихваченному» конца
3. Возврат к пайке «прихваченного» конца

Ниже — видеоролик, который я записал, когда дорабатывал видео и аудио выход для старой видеодвойки FUNAI(см. статью FUNAI tvr 1400a mk7 — как сделать видеовыход).

Все используемые инструменты — простые и грубые, включая самодельную кисточку из лески (которой я промываю место пайки спиртом). Канифоль — обычная, «камешком». Паяльник — 25 ватт. КСТАТИ! Самый лучший паяльник для «нежных» деталей тот, на котором канифоль «дымит», но не успевает перекипеть полностью на жале в течение примерно 7 секунд.

Пайка произведена не идеально, но я и хотел, чтобы была запечатлена самая обычная приемлемая пайка, пусть даже с некоторыми незначительными помарками (задевание соседней площадки, капание излишка канифоли), чему поспособствовала камера, из за которой пришлось держать инструменты почти на вытянутых руках.

Пайка в заводских условиях

В заводских условиях используются другие технологии пайки, позволяющие одновременно спаять несколько плат. Специальный робот устанавливает необходимые элементы на основание, на рабочую сторону которого методом шелкографии нанесена паяльная паста. Она содержит припой и флюс, при нагреве они переходят в другую фазу и выполняют свои задачи.

Процесс происходит в специальной печи, где плата выдерживается определенное время. Длительность контакта и режим нагрева подбираются таким образом, чтобы не вредить SMD светодиодам. Процедура происходит достаточно быстро и обеспечивает пайку элементов в промышленных объемах.

Важно! Повторить такую технологию в домашних условиях не получится, поскольку необходимо обладать полным комплектом оборудования и материалов. Поэтому для любителей важно освоить процесс ручной пайки SMD светодиодов с использованием обычных инструментов и материалов.

Пайка ленты покрытой силиконом

Силиконовая защита наносится для исключения контактов ленты с влагой. Для пайки необходимо удалить слой покрытия. Для этого ленту надрезают острым ножом и аккуратно снимают защиту. После этого тщательно зачищают и обезжиривают токоведущие дорожки, наносят флюс и припаивают светодиоды.

Паяем smd компоненты своими руками

Итак, начнем с самого сложного — пайка контроллера в корпусе QFP100. С чип резисторами и конденсаторами, думаю, и так все понятно. Главное правило тут: много флюса не бывает или флюсом пайку не испортишь. Избыточное нанесение флюса не дает олову обильно растекаться по контактом и замыкать их.

Подогрев снизу

Данный прием не только полезен в работе с паяльным феном, но и повышает удобство пайки.

Плату закрепляют зажимом, устанавливают 200-градусную температуру и прогревают в течение пяти минут, после чего начинают работать, как обычно.

При помощи термоскотча можно экранировать рядом стоящие элементы.

После снятия чипа вышеупомянутой оплеткой очищают контакты. Аналогичным образом поступают и с платой.

Все процедуры надо проводить аккуратно, чтобы не допустить повреждений схемы. Если под рукой нет оплетки из меди, удалить припой можно при помощи паяльника с утонченным жалом.

Порядок работ

Процесс пайки состоит из следующих операций:

• удаление перегоревшего светодиода (если это
  необходимо);
• зачистка токопроводящих дорожек, нанесение флюса
  на место пайки;
• установка нового ЛЕД элемента на место;
• пайка контактов;
• очистка места пайки от остатков флюса.

Необходимо постоянно помнить о времени прогрева контактов, максимально сокращая его до приемлемых значений. Готовая пайка должна быть аккуратной, ровной, без наплывов или потеков припоя. Излишки материала можно собирать кусочком плетеного экрана, нагревая припой и прикасаясь к нему пучком проводков. 

Последовательность действий на примере смд-компонента

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

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

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

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

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

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

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

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.

Процедура реболлинга

Для проведения реболлинга чип помещают в трафарет, и закрепляют специализированной изолентой. С тыльной стороны пальцем или шпателем наносят паяльную пасту, затем настраивают фен на температурный режим около 300 градусов и начинают прогревать. После появления характерного блеска от расплавленной паяльной пасты дают припою полностью остыть.

Для освобождения трафарета от чипа убирают изоленту и прогревают трафарет примерно до 150 градусов, в конце процедуры деталь должна освободиться. Бывает, что сходу невозможно достать деталь из китайского трафарета, поэтому может возникнуть необходимость аккуратно ее зацепить.

Во время обратной пайки микросхемы оценивают риски, выкладывают чип необходимое количество раз для точного совпадения пяток и шаров. Потом выставляют на паяльном фене температуру от 330 до 350 градусов и греют до тех пор, пока расплавленный припой не даст возможность чипу самому встать на место.

Прочее

Я снял на видео процесс пайки SMD-элементов и рассказал об этом в отдельной заметке: Как припаять SMD простым паяльником.

Там использована доработанная плата из этой заметки — можно рассмотреть ее поближе во всех ракурсах.

Радиокот :: как паять smd.

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.

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.

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.

   Форум

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.

Смотрите видео с мастер-классом:

Обязательно посмотрите видео, где наглядно видно движение паяльника и все манипуляции.

Способы

О пайке микросхем феном смотрите далее.

Схема и детали

Не буду рассказывать подробно о своих поисках и экспериментах, скажу только, что я взял за основу одну из схем (я их перелопатил десятки) следующей модели Funai — mk8. К сожалению, я не знаю что это за модель точно (она была указана, как Funai tvr 1400a mk8, но я сомневаюсь, что это не ошибка), но судя по схеме — это не двойка, а телевизор и основные компоненты этой схемы совпадали с моей видеодвойкой (за исключением того, что там присутствует видеовыход).

Транзистор я взял из списка допустимых аналогов другой такой же схемы. В качестве основного на схеме указан KTA1267 (GR), а список возможных замен выглядит так:

1. 2SA1318 (T,U)
2. 2SA1015 (GR)
3. 2SA564 (R,S)
4. 2SA933S (R,S)

Первые два выглядят наиболее предпочтительными по своим характеристикам — я взял первый (2SA1318). Все замеры сигнала показали ожидаемые результаты на выходе. Тем не менее, если у кого-то будут замечания по схеме — пишите пожалуйста.

Список деталей и их номинал

Для видео выхода:

• транзистор 2SA1318 — подписан на плате, как Q03
• резистор 100 Ом, SMD, тип корпуса 0805 — подписан на плате, как R20
• резистор 68 Ом, SMD, тип корпуса 0805 — подписан на плате, как R18
• резистор 1 кОм, обычный 0,25 Вт — подписан на плате, как R19
• конденсатор 470 мкФ 35V электролит — подписан на плате, как C10

Для аудио выхода:

• резистор 1 кОм, SMD, тип корпуса 0805 — подписан на плате, как R17
• конденсатор 1 мкФ 160V электролит — подписан на плате, как C08

Кроме того, необходимо будет впаять 2 перемычки, одна из которых штатная (подписана на плате, как J07)

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.

Удаление лишнего флюса и припоя

Посте пропайки всех контактов, пришло время удалять лишний припой. Наверняка несколько контактов, да слиплись.

Очень обильно смачиваем контакты жидким флюсом. Жало паяльника полностью очищаем губкой от припоя и проходимся по слипшимся контактам. Лишний припой должен втянуться на жало. Чтобы удалить лишний флюс используйте СБС — спирто-бензиновую смесь, смешанную 1:1.

Обильно мочим.

И тщательно всё протираем!

Устанавливаем и выравниваем контроллер

Когда площадка подготовлена, пришло время установить контроллер. Тут есть хитрость, большинство паяльщиков устанавливают микросхему и пинцетом выравнивают ее контакты по дорожкам. Но делать это очень сложно, так как даже небольшое подергивание рукой откидывает контроллер на значительное расстояние. Делать это будет гораздо проще, если смазать по диагонали уголки флюсом-пастой.

Теперь устанавливаем контроллер и корректируем пинцетом.

Как только микросхема встала — припаиваем контакты по диагонали.

Проверяем, все ли контакты попали на свои места.

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!