Как правильно паять паяльной станцией

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.

Как пользоваться паяльной станцией

Статьи Как пользоваться паяльной станцией

Приобретение первой паяльной станции — важный шаг, но далеко не последний, ведь предстоит большая работа по освоению данного оборудования.

Конечно, каждый мечтает поскорее очистить стол от ненужных вещей для паяльника, а потом засесть над устройством и сразу стать радиолюбителем.

Но в реальности всё бывает не так просто и скоро, поскольку данный тип оборудования отличается от обычного паяльника, так что требуется привыкнуть к нему и освоить правила использования.

Сначала надо определиться, какой тип паяльной станции у вас имеется, поскольку каждый вид отличается конкретными принципами действия. Обычная станция имеет контактный паяльник. Если же вместо него установлен особый термофен, перед вами термовоздушная станция.

Также выпускают смешанное оборудование, где есть и паяльник для контактной работы, и маленький фен. Инфракрасные станции не рекомендуются для использования новичкам, в первую очередь, из-за высокой стоимости (иногда цена уравнена к бюджету на целый автомобиль).

Без тщательного изучения технических нюансов можно с уверенностью сказать, что все из указанных паяльных станций схожи меж собой, поскольку в основе лежит блок управления. В нем размещена управляющая электроника и трансформатор. В дешевых моделях — аналоговые элементы управления, а в дорогих — качественные цифровые компоненты. Теперь стоит остановиться на каждой категории станций подробнее.

• Контактная модель комплектуется разборными пальяниками со съемными нагревательными элементами. Часто в таких устройствах можно заменить жало для конкретного вида пайки. Многие контактные станции выпускают для опытных пользователей, так что всегда можно подобрать для оборудования отдельные аксессуары, помогающие в некоторых сложных и нестандартных видах работ.
• Паяльная станция с термофеном в блоке управления может содержать вентилятор или компрессор. Также последний элемент могут размещать прямо в фене. Припой при работе с феном нагревается за счет горячих воздушных масс, так что можно равномерно прогревать не один контакт, а всю деталь. С помощью термофена можно отпаивать и многовыводные компоненты.
• Смешанные станции от некоторых производителей могут иметь оловоотсос, но цена на оборудование при этом будет в несколько раз выше.
• Инфракрасные устройства вместо фена или контактного паяльника обладают нагревательным элементом инфракрасного типа. Стоят они дороже всех остальных паяльных станций, но и помогают даже в работе со сложными элементами.

В целом, использование такого оборудования не выглядит сложнее, чем работа обычным паяльником. Наоборот, станция обеспечивает удобство и комфорт пайки. Можно выявить некоторые соответствия между конкретными видами устройств и видами проводимых работ:

• Контактная станция позволяет осуществлять навесной монтаж и работать с маленькими SMD-деталями. В оборудовании можно менять жало для точности процедуры и аккуратно регулировать температуру нагрева этой насадки.
• Термовоздушная паяльная станция тоже подойдет для навесного монтажа, но основной ее профиль работы — SMD-монтаж. Отдельные выводы компонента при этом нет нужды прогревать: деталь сразу вся нагревается, и элемент без проблем удаляется.
• Смешанное оборудование — это отличное решение для комплексных работ. С феном и паяльником можно приобретать станции для ремонтных центров и сервисов технического обслуживания.
• Инфракрасная станция нужна для сложных ремонтных работ. Обычно речь идет о восстановлении дорогостоящих устройств. К примеру, с таким оборудованием можно выпаять чип с материнской платы, при этом не нанося никакого вреда ни элементу, ни самой поверхности.

Существуют также элементарные правила работы в процессе пайки. Например, нельзя выставлять наибольшую температуру нагрева без особой необходимости. Если такое сделать в контактной паяльной станции, жало перегреется и придёт в негодность, как и нагревательный элемент.

У термофена в результате перегрева также повредятся нагревательные детали.

Мастера советуют также использовать качественный флюс. Это актуально при работе с любым видом станции, потому что флюс низкого качества медленно разрушает дорогое жало и вредит здоровью работника. Не нужно экономить на флюсе, и лучше использовать его всегда чуть больше, чем требуется в данный момент. То же самое касается и припоя: с ним лучше не жадничать.

Некоторые из радиолюбителей занимаются самостоятельной модификацией своих устройств. Однако если это ваша первая паяльная станция и вы еще плохо разбираетесь в ее технической начинке и в приборах вообще, лучше воздержаться от подобных процедур, чтобы не навредить оборудованию.

Выводы

Самый главный вывод, который можно сделать после изучения паяльной станции, — работа с таким оборудованием приятная, удобная и понятная. Устройство обеспечивает безопасность и комфорт пайки, если соблюдать минимальные правила осторожной работы. Помните всегда о том, что максимальная температура нагрева негативно сказывается на состоянии элементов и сокращает их эксплутационный срок.

Экстремальный режим работы паяльной станции никак не влияет на расширение ее функционала, а только лишь перегружает оборудование.

Обычным электрическим паяльником пользуется подавляющее большинство людей. Однако в определённых условиях для качественной пайки потребуется специальная рабочая установка, называемая паяльной станцией.

При знакомстве с оборудованием этого класса полезно будет узнать, как проводиться калибровка паяльной станции, позволяющая паять в заданном диапазоне рабочих температур. Но прежде следует ознакомиться с тем, что она представляет собой в целом, и каким образом используется на практике.

Удобства и преимущества пайки паяльной станцией довольно легко оценить, если подробно ознакомиться с полным набором входящих в неё составляющих.

С данной точки зрения она представляет собой комплекс специальных устройств и приспособлений, обеспечивающих качественную пайку и лужение различных по структуре металлоизделий, в особенности мелких деталей, микросхем.

В состав типовой установки, как правило, входят следующие элементы:

• электронагреватель соответствующего класса (электрический паяльник или термический фен);
• регулируемый блок питания, собранный на основе достаточно мощного трансформаторного преобразователя, позволяющего выбирать требуемые режимы нагрева потребителя;
• подставка под паяльное приспособление и устройство для отсоса расплавленного припоя (ими комплектуются не все продающиеся модели).

Состав паяльного комплекса, которым пользуются для организации профессиональных работ, может быть дополнен другими модулями, позволяющими повысить качество пайки.

Принцип работы оборудования заключается в совместном использовании всех составляющих его узлов, что позволяет контролировать и осуществлять регулировку температуры в рабочей зоне.

Преимущества паяльных станций являются обоснованием целесообразности их применения и практически отвечают на вопрос о том, как ими нужно пользоваться.

Питающий блок для паяльных станций изготавливается на основе автотрансформатора достаточной мощности, посредством которого можно управлять амплитудой поступающего на нагрузку напряжения (в небольших пределах).

В качестве конечного потребителя (нагревателя для паяльной станции) чаще всего используются либо обычный электропаяльник, либо специальный термический фен, имеющий встроенный переключатель режима работ.

Входящим в комплект инструментом пользоваться будет значительно удобнее, если в его составе имеется специальный отсос для удаления остатков расплавленного припоя, а также наиболее востребованные запчасти.

Типы установок

По количеству подключаемых к блоку питания паяльников станции могут быть одно- или двухканальные. В комплект последнего из этих образцов могут входить как основной, так и дополнительный (демонтажный) паяльники, отличающиеся по своей мощности и рабочим температурам.

Иногда один из них имеет функцию быстрой смены рабочего наконечника («жала»), что позволяет пользоваться им для пайки различных видов радиодеталей.

С внешним видом некоторых из моделей паяльных установок можно ознакомиться на фото.

Особый интерес представляет компрессорная паяльная установка, оборудованная специальным нагнетателем воздуха, используемым при работе с феном.

В таких паяльных станциях сфокусированный с помощью специального устройства воздушный поток сначала нагревается в термическом канале, а затем направляется через выходное сопло в зону пайки.

Помимо образцов с компрессорной накачкой воздушной струи, выпускают установки турбинного типа, которые по причине своей дороговизны встречаются очень редко и не пользуются потребительским спросом.

Известно, что хорошо отлаженная паяльная станция позволяет в разы повысить эффективность пайки и ускорить демонтаж электронных компонентов и изделий. Однако это возможно лишь при условии, если она не имеет дефектов и схема установки температуры правильно откалибрована.

Среди имеющихся в продаже недорогих паяльных систем широкое распространение получили бюджетные китайские копии фирменных станций марки «Hakko».

Отношение российского потребителя к этим образцам нельзя назвать однозначным. Одни мастера считают, что рабочие станции сильно перегреваются, другие – что жало паяльника плохо захватывает припой, поэтому им неудобно пользоваться.

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.

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.

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.

Как правильно паять?

Пайка является технологической операцией, позволяющей получить неразъемное соединение элементов из разных материалов, что обеспечивается введением припоя с относительно низким температурным режимом плавления.

Существует несколько правил, объясняющих, как правильно паять паяльником и получить высокий результат при работе с таким инструментом.

Виды паяльников

Ручной инструмент, используемый в лужении и пайке, позволяет нагревать детали и флюс, а также расплавляет припой с последующим его нанесением на участки контактов спаиваемых элементов.

Основные виды паяльников представлены несколькими конструкциями:

• Инструмент с нихромовым нагревателем в виде проволочной спирали, пропускающей переменные сетевые или постоянные/переменные токовые величины низкого напряжения. Современные модели отличаются контролем температурного режима нагрева наконечника при помощи встроенного термодатчика. Конструкция прибора может дополняться специальными изоляторами, снижающими тепловые потери и увеличивающими теплопередачу.
• Инструмент с керамическим стержневым нагревателем, срабатывающий в процессе подведения на контактную группу напряжения. Данный вид относится к категории наиболее совершенных приборов, отличающихся быстротой нагрева и длительным эксплуатационным сроком, а также имеющим широкий диапазон регулирования температурных показателей и уровня мощности.
• Индукционный инструмент осуществляет нагрев посредством катушечной части индуктора, а жало характеризуется наличием ферромагнитного покрытия, что способствует получению магнитного поля и разогреву сердечника. Поддерживание необходимого температурного режима на жале осуществляется в автоматическом режиме и не требует наличия термодатчика или какого-либо управляющего электронного устройства.
• Импульсный инструмент работает при нажатии и удержании в таком положении специальной кнопки «Пуск», чем и обусловлен практически мгновенный нагрев жала до оптимальных рабочих температурных показателей. Отечественные конструкции этого типа характеризуются наличием схемы, в которой медный проводной наконечник представляет собой часть электрической цепи, содержащей также частотный преобразователь и высокочастотный трансформатор. Наиболее современные импульсные модели обладают регулировкой по мощности и температурным показателям, что позволяет одинаково успешно паять мелкие электронные элементы и достаточно крупногабаритные детали.
• Газовый инструмент относится к категории практичных и автономных устройств, а в качестве теплового источника для достаточного прогрева наконечника служит сгораемый газ, которым заправляется прибор. Отсутствие насадки позволяет использовать такой вид паяльника в качестве традиционной газовой горелки.
• Автономный аккумуляторный инструмент характеризуется небольшими показателями мощности, поэтому применяется преимущественно в пайке наиболее мелких электронных элементов.

Особняком стоят так называемые паяльные станции, предназначенные, как правило, для выполнения больших по объемам и частых работ, связанных с пайкой.

Безусловно, крупный термовоздушный и инфракрасный паяльный инструмент не способен расцениваться в качестве достойного конкурента традиционным бытовым электрическим паяльникам, но обладает множеством преимуществ использования:

• нагрев области пайки выполняется посредством горячей воздушной струи, которая выбрасывается соплом паяльной станции;
• стандартный температурный режим сфокусированного воздушного прогрева составляет порядка 100-500 °C;
• в зависимости от вида воздушного давления приборы могут быть представлены турбинными и компрессорными станциями.

В паяльных станциях инфракрасного типа нагрев осуществляется под воздействием ИК-излучения при длине волны в пределах 2-10 мкм.

В популярных до недавнего времени старых паяльниках, нагреваемых на обычном открытом огне, сегодня отпала необходимость, тем не менее, выполненная своими руками простейшая конструкция иногда вполне может послужить заменой дорогостоящему оборудованию.

Припои — материалы, используемые в пайке и обладающие температурным режимом плавления ниже, чем данные показатели у соединяемых металлов. С этой целью применяются оловянные, свинцовые, кадмиевые, медные, никелевые, серебряные и некоторые другие виды сплавов:

• мягкие припои с температурным режимом плавления в пределах 300 °C представлены оловянно-свинцовыми сплавами, сурьмянистыми припоями для пайки оцинкованных или цинковых элементов, оловянно-свинцово-кадмиевыми припоями для пайки сверхчувствительных к перегревам изделий, оловянно-цинковыми и бессвинцовыми припоями;
• твердые припои с температурным режимом плавления выше 300 °C представлены, как правило, медно-цинковыми, медно-фосфористыми и серебряными припоями с разными видами добавок.

Флюсы — органические и неорганические вещества или смеси, позволяющие удалять оксиды со спаиваемой поверхности, защищающие ее от негативного воздействия внешней среды и активно понижающие поверхностное натяжение, а также заметно улучшающие распространение жидкого припоя:

• в зависимости от температурного интервала активности все смеси и вещества представлены низкотемпературными и высокотемпературными флюсами;
• в зависимости от природы растворителя используемые флюсы бывают водными и неводными;
• в зависимости от природы активатора, которым определяется действие, флюсы могут быть кислотными, канифольными и галогенидными, гидразиновыми и фторборатными, анилиновыми и стеариновыми, а также боридно-углекислыми;
• в зависимости от механизма действия флюсы выполняют защитные или химические функции, оказывают электрохимическое и реактивное действие;
• в зависимости от агрегатного состояния в пайке используются флюсы твердого, жидкого и пастообразного типа.

Самым простым и доступным в работе дешевым видом флюса, имеющим низкий ток утечки, является канифоль сосновая. Такой химически пассивный тип флюса находит очень широкое применение и обладает умеренной растворимостью в спиртах с глицерином.

К самым известным, высококачественным и популярным, но достаточно дорогостоящим флюсам зарубежного происхождения относятся IF-8001 Interflux, IF-8300 BGA Interflux, IF-9007 Interflux BGA и FMKANC32-005.

Вспомогательные материалы представлены компонентами, которые не входят непосредственно в образуемые паяные соединения, но принимают участие в его образовании:

• паяльные флюсы — вспомогательные материалы, удаляющие оксиды с поверхности паяемых материалов и припоя, а также предотвращающие их образование;
• стоп-пасты и стоп-покрытия — вспомогательные материалы, используемые для подготовки поверхности конструктивных элементов и наносимые на паяемые участки, где нежелательным является применение жидкого припоя;
• припои — вспомогательные материалы, представленные специальными тугоплавкими или легкоплавкими сплавами, что зависит от входящих в состав металлов.

Синтетические клеи и ацетоны, используемые чаще всего в электромонтажных работах, относятся к пожароопасным и вредным вспомогательным веществам, поэтому их применение потребует неукоснительного соблюдения противопожарных и санитарно-гигиенических норм.

Основные вспомогательные материалы для пайки представлены припоями и флюсами, а также газовыми средами, облегчающими нанесение стоп-материалов на покрытия.

Температура пайки

Температурный режим пайки является одним из наиболее важных моментов при выполнении работы пайщиком, и оказывает непосредственное влияние на качество соединений металлов. При этом данный показатель должен превышать аналогичные показатели полного тинольного расплавления.

Согласно теории проводимых работ, до момента заполнения зазора и распределения во всех соединениях припой должен полностью расплавиться, поэтому температурный режим ликвидуса тиноля бывает самым низким, применяемым для высокотемпературной пайки. В то же время все спаиваемые элементы должны прогреваться более сильно.

Первое включение нового паяльника в электрическую сеть сопровождается выделением из корпуса дыма, что обусловлено выгоранием лака и жиров, попавших в инструмент в процессе сборки или консервации. Именно по этой причине первое включение осуществляется в хорошо вентилируемых помещениях или на улице.

Жалу приобретенного паяльника необходимо при помощи паяльника придать оптимальную и удобную форму, поэтому конец его прогревается и отковывается. В результате такой несложной процедуры происходит максимальное уплотнение меди и продлевается общий срок эксплуатации инструмента.

Самыми часто используемыми и универсальными являются угловое жало и «на срез», а несколько реже применяется в работе ножевидная форма.

Очистка загрязненных поверхностей производится механическими или химическими способами:

• первый вариант предполагает зачистку поверхности при помощи напильника, металлической щетки, шлифовального круга или шкурки, а также применение пескоструйных аппаратов с последующим обдуванием струей сжатого воздуха;
• второй вариант основан на удалении жировых загрязнений, ржавчины и окалины бензином, трихлорэтиленом и различными щелочами с обязательной последующей промывкой под горячей и холодной водой.

Окалину и ржавчину требуется удалять в процессе протравливания раствором серной кислоты, после чего изделие промывается, а на труднодоступные участки наносится флюс. Пайка сложных узлов предполагает их фиксацию при помощи шпилек, болтов или специальных приспособлений.

Поверхности, которые не должны иметь припоя после выполнения пайки, требуется покрыть водной пастой на основе графита или мела.

Лужение

При отсутствии на жале паяльника специального защитного покрытия в обязательном порядке выполняется процесс лужения или покрытия его тонким оловянным слоем.

С этой целью жало паяльника доводится до рабочей температуры, после чего окунается в канифоль, а полностью расплавленный припой аккуратно и тщательно растирается по поверхности наконечника.

Также можно смочить кусок материи в растворе на основе хлористого цинка и протереть ей нагретое паяльное жало, после чего втереть в поверхность смесь из расплавленного припоя и каменной поваренной соли.

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.

Правила сушки

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.