Как правильно работать паяльным феном, чтобы провозвести монтаж BGA чипа или SMD компонента

Самодельный паяльник

Для того чтобы БГА пайка получилась высококачественной – нужно побеспокоиться о приобретении хорошего трафарета или маски, при выборе которых рекомендуется соблюдать следующие условия:

• наличие в маске специальных термических зазоров (термопрофиля);
• небольшие размеры трафарета и удобная для наложения структура;
• желательно, чтобы при изготовлении трафарета применялись лазерные технологии.

Особенностью изделий китайского производства является неудобство работы с многослойными чипами, при наложении на которые и последующем нагреве маска начинает прогибаться. При значительных размерах самого трафарета он при этом начинает отбирать тепло на себя, что также может повлиять на эффективность BGA пайки.

Вот почему при выборе маски следует исходить из возможности приобретения образца с термическими швами, подготовленными по технологии лазерной резки. Изделия этого класса гарантируют получение высокой точности ориентации контактных площадок (с отклонением не более 5-ти микрометров).

При рассмотрении особенностей пайки корпусов чипов нельзя не коснуться такого важного для данного процесса понятия, как реболлинг. В профессиональной практике под ним подразумевается процедура восстановления контактных площадок электронных BGA-компонентов посредством микроскопических паяльных шариков.

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.

Все электрические паяльники, которые можно встретить в магазине или интернете, различаются по своим характеристикам. Чтобы ответить на вопрос, как выбрать паяльник для пайки микросхем необходимо определить его основные параметры:

• · Мощность. Для микропайки выводов микросхем достаточно выбрать паяльник мощностью от 20 до 35 Вт. Более мощные паяльники могут вызвать перегрев компонентов.
• · Габариты и вес. Лучше всего маленький паяльник, который удобно лежит в руке. Паяльник всегда держат в пальцах, как шариковую ручку — поэтому он должен быть миниатюрным и лёгким. Не следует приобретать массивные паяльники с деревянными ручками — их нельзя правильно взять в руку. Не рекомендуется приобретение паяльников в виде пистолета — ими тяжело паять детали на печатных платах.
• · Конструктивное исполнение. При выборе нужно обратить внимание на материал ручки (он должен быть удобным, нескользким, не натирать мозолей), на исполнение электрического шнура (кабель должен обязательно быть в двойной изоляции, с сечением жилы провода не менее 2,5 мм, эластичным, чтобы не мешал при работе).
• · Наличие контроллера температуры (термостата). Для обеспечения качественной пайки температура жала паяльника должна быть от 260 до 300 °C, не выше. Если встроенный контроллер отсутствует, лучше выбрать паяльник с питанием 12 В или 36 В. По отзывам радиолюбителей, хуже всего справляются с контролем температуры тайваньские паяльники на 220 В — они перегреваются, из-за чего не получается качественно припаять микросхему. В качестве выхода из положения паяльник включается через регулятор мощности, который можно приобрести или сделать самому.
• · Форма и тип жала. Лучший выбор — это паяльник со сменными насадками. Для пайки планарных микросхем лучше всего подходит жало диаметром 2 мм со срезом 45°, которым удобно выполнять пайку ножек «волной припоя». Тонкими конусными насадками удобно паять микросхемы со штырьковыми выводами в металлизированных отверстиях платы. Паяльные жала должны быть со специальным покрытием, которое препятствует появлению нагара. Не следует брать обычные медные насадки — они быстро обгорают, окисляются, их нужно периодически зачищать.
• · Наличие паяльной станции. Паяльная станция — это отдельный блок с контроллером и регулятором температуры, к которому через разъем подсоединяется паяльник и другие элементы (фен, термопинцет). Станция используется в основном для профессиональных или постоянных паяльных работ, для разового ремонта в домашних условиях её стоимость слишком высока (от 3 тыс. р.).

Чтобы сделать маленький паяльник для микросхем своими руками, нужно приготовить следующие материалы:· отечественный резистор в металлическом корпусе МЛТ-0,5 любого номинала (нагревательный элемент);· медная проволока с диаметром 1—2 мм, длиной 20—30 мм (жало);· стальная проволока от выпрямленной скрепки (держатель);

· корпус от шариковой ручки;· полоска двухстороннего фольгированного текстолита шириной по внутреннему диаметру ручки и длиной 40 — 50 мм. Можно выпилить любой подходящий участок с двумя широкими контактами сверху и снизу с ненужной печатной платы;· блок питания на 1 — 2 ампер с регулировкой выходного напряжения.

1. Обрезать один вывод резистора, рассверлить чашечку в месте крепления вывода до внутреннего отверстия в корпусе.2. Зачистить до металла чашечку со стороны удалённого вывода.3. Срезать под углом 45° один конец медной проволоки (жало), другой конец вставить просверленное отверстие.4. Облудить стальную проволоку по всей длине, облудить зачищенную чашечку резистора.5.

Обернуть стальную проволоку вокруг чашечки резистора на 1—2 витка и припаять её к чашечке. Оба конца проволоки припаять к контактной площадке с одной стороны платы. К контактной площадке с другой стороны платы припаять второй вывод резистора.6. Припаять к контактным площадкам провода, идущие к блоку питания.7.

Установить плату с нагревательным элементом в корпус шариковой ручки, провода пропустить через корпус ручки и подключить к блоку питания.8. Проверить работу паяльника. Электрический ток, проходя по цепи, образованной стальной проволокой и резистором, будет выделять тепло в месте наибольшего сопротивления — на резисторе (нагревательном элементе). От корпуса резистора будет нагреваться жало самодельного паяльника.

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.

Дополнительные приспособления и материалы

Для выполнения пайки радиодеталей и микросхем необходим следующий набор приспособлений:

• · Держатель для паяльника. Выглядит в виде подставки со спиралью, в которую вкладывается паяльник в промежутках между пайками.
• · Губка. Используется для вытирания жала паяльника от припоя. Часто для вытирания жала применяют металлическую стружку.
• · Антистатический браслет и коврик. Необходим при выполнении любых операций с микросхемами, чтобы не повредить их статическим электричеством. Браслет должен быть заземлён. Печатную плату во время пайки нужно располагать на заземлённом антистатическом коврике из специальной резины.
• · Специальный шприц для отсоса припоя. Он нужен для того, чтобы очистить отверстия в плате от остатков припоя после демонтажа микросхемы. Вместо шприца можно использовать медицинскую или швейную иглу диаметром 1 мм. Острый кончик иглы нужно обрезать.
• · Пинцет. Нужен для того, чтобы придерживать радиодеталь во время пайки.
• · Лупа. Лучше выбрать специальные радиомонтажные лупы с увеличением от 5 до 10 крат для пайки маленьких радиодеталей и микросхем с мелким шагом.
• · Кисточка или ватная палочка — для протирки паяных соединений от флюса.
• · Медицинский шприц для нанесения флюса на места пайки.
  В качестве материалов для пайки применяют:
• · Припой. Лучше всего специальный припой для пайки микросхем в виде тонкой проволочки 0,5-1 мм — его очень удобно подводить к месту пайки.
• · Флюс. Это специальная жидкость, которая наносится на контактные площадки и ножки микросхемы для увеличения растекаемости и смачиваемости припоя. Флюс облегчает пайку, удаляет окисную плёнку с выводов радиодеталей. В качестве флюса обычно используют раствор канифоли в этиловом спирте.
• · Этиловый спирт или очищенный бензин. После пайки нужно обязательно удалить остатки флюса кисточкой, смоченной в этиловом спирте или бензине.
• · Ацетон или смывка для лака. Применяется для удаления лака с лакированных печатных плат перед отпайкой отказавшего чипа.
• · Металлическая плетёнка (оплётка экранированного провода). Используется для удаления излишков припоя с ножек микросхемы.

Как выпаять радиоэлемент

Выпайка DIP — чипов

1. Последовательность действий по выпайке :
2. Удалить лак с мест пайки чипа кисточкой или ватной палочкой, смоченной в ацетоне или смывке (в случае лакированной платы).
3. Удалить остатки растворителя и лака кисточкой, смоченной в этиловом спирте.
4. Нагреть паяльник до рабочей температуры.
5. Прикоснуться жалом паяльника к первой ножке чипа (с обратной стороны платы) до полного расплавления припоя.
6. Удалить расплавленный припой шприцем для отсоса. При использовании иглы вместо шприца насадить иглу на ножку чипа и прокручивая иглу вокруг своей оси, опустить её до упора в отверстие.
7. После полного удаления припоя из отверстия начать выпаивать выводы из следующего отверстия.
8. Извлечь микросхему после полной распайки всех выводов.

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.

Как припаять чип

При пайке микросхемы нужно избегать перегрева чипа — касаться жалом паяльника каждой ножки при пайке допускается не более трёх секунд, после чего нужно охладить место пайки и выполнить повторное касание жалом паяльника (при необходимости повторной пайки).Перед пайкой выводы чипа нужно облудить — нанести на них тонкую плёнку припоя, для улучшения паяемости с контактной площадкой.

Пайку выполнять в следующем порядке:1. Установить чип в отверстия платы.2. Нанести флюс на выводы микросхемы с обратной стороны платы.3. Запаять каждый вывод чипа в отверстии с обратной стороны платы.4. Удалить остатки флюса.

Монтаж SOIC-чипов

Пайку SOIC — чипов удобно выполнять «волной припоя». Меод основан на капиллярном эффекте, под действием которого жидкий припой затекает между выводом и металлизированной площадкой, смачивая их и формируя каплю.

1. Облудить контактные площадки, нанести на них флюс.2. Установить чип на плату, совместить ножки с площадками платы и припаять один угловой вывод (любой).3. Припаять к металлизированной площадке второй угловой вывод, расположенный по диагонали чипа напротив первой припаянной ножки. При этом контролировать, чтобы остальные выводы микросхемы были совмещены со своими металлизированными площадками.4.

Нанести флюс на все выводы чипа.5. Провести несколько раз жалом по выводам с каждой стороны чипа — разогнать припой по выводам.6. Если образовались перемычки припоя между соседними выводами, то излишки удалить с помощью металлической плетёнки. Её следует поместить сверху перемычки, прогреть жалом паяльника. Излишки припоя впитаются в оплётку. Затем снова провести жалом паяльника по выводам.

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.

Совершенствуйте навыки пайки

Пайка микросхем в домашних условиях своими силами возможна при точно соблюдении технологии пайки, правильном выборе инструмента и материалов. Для того чтобы закрепить навык пайки микросхем паяльником, необходимо тренироваться на нерабочих платах от старых компьютеров или жёстких дисков, в которых имеются микросхемы.

Необходимость в этой процедуре возникает в случаях, когда требуется заменить сгоревшую микросхему, предварительно выпаяв её с посадочного места. Ещё один вариант необходимости в таких операциях – самостоятельное изготовление печатных плат, содержащих корпуса BGA типа.

Для работы по методу BGA потребуется следующий инструмент и материал:

• паяльная станция, оснащённая термофеном;
• удобный в обращении пинцет;
• специальная паяльная паста и фирменный флюс;
• трафарет для нанесения паяльной пасты с учётом дальнейшего позиционирования корпуса;
• липкая лента или экранная оплётка для удаления припоя.

В отдельных случаях для этих целей может использоваться специальный отсос, позволяющий удалить старый припой.

Для качественной пайки BGA-корпусов очень важна предварительная подготовка посадочного места (его ещё называют «рабочей областью»). Достичь требуемого результата поможет знакомство с основными технологическими особенностями этого процесса.