Технологии пайки SMD-компонентов и их реализация в домашних условиях — Меандр — занимательная электроника
За последние несколько лет, технология поверхностного монтажа радиокомпонентов стала очень популярной и применяется при производстве большинства современных электронных устройств. Аббревиатура SMD расшифровывается как — surface mounted device, что в свою очередь можно перевести как «прибор монтируемый на поверхность». Собственно само название данной технологии полностью раскрывает ее суть — радиокомпоненты монтируются непосредственно на поверхность платы, но в отличии от навесных компонентов, SMD-компонентам не нужны специальные отверстия для монтажа.
Отсутствие специальных отверстий для установки радиокомпонентов позволило сделать печатные платы компактнее. Применение технологии поверхностного монтажа позволяет значительно экономить место на плате, что в свою очередь позволяет увеличить плотность радиокомпонентов и делать более сложные устройства.
Кроме того, большинство SMD-компонентов имеют миниатюрный размер, за счет того, что им не требуются крупные выводы, как у выводных компонентов. Но многие ошибочно считают, что все без исключения SMD-компоненты очень маленькие. Среди них довольно часто встречаются и крупные радиодетали, которые отличаются от своих “выводных” собратьев лишь типом выводов (что логично).
Но давайте перейдем к сути статьи, а именно вопросу — как же осуществляется пайка SMD-компонентов и можно ли реализовать ее в домашних условиях.
SMD и обычный электрический паяльник
Довольно часто при мелкосерийном производстве или производстве прототипов устройств специалисты используют обычные электрические паяльники. Как же паять SMD-компоненты с помощью контактного паяльника?
1. Сперва на место, где должен быть установлен компонент наноситься флюс.
2. Далее устанавливается сам компонент, который необходимо припаять.
3. На жало паяльника наноситься немного припоя. Главное не переборщить и не нанести слишком много.
4. Капля припоя наноситься на контакты компонента. Благодаря флюсу, припой хорошо растекается и надежно скрепляет компонент с контактом на плате.
Если припоя будет слишком много — место пайки выйдет неаккуратным. Излишки припоя с легкостью убаюкаться специальной лентой, или же просто жалом паяльника.
Для пайки SMD-компонентов обычным паяльником лучше заменить стандартное жало на тонкое. Если же такого нет, можно использовать и стандартное, но перед тем, как приступать к серьезной работе потребуется небольшая тренировка.
Плюсы такого способа в его простоте. Если есть обычный паяльник, то кроме него собственно ничего и не потребуется. Минусы также очевидны — скорость работы будет довольно низкой (особенно при отсутствии навыков пайки SMD).
Пайка с помощью термовоздушной паяльной станции (фена)
Такой способ также часто используется при мелкосерийном производстве и ремонте. При этом, качество пайки будет гораздо выше, чем при использовании обычного паяльника. Пайка термовоздушной паяльной станцией, или феном происходит следующим образом:
1. На плату наноситься специальная паяльная паста.
2. устанавливается SMD-компонент который необходимо припаять.
3. компонент и место пайки прогреваются феном. При этом, из паяльной пасты испаряется флюс, а мельчайшие крупинки припоя плавятся и растекаются, припаивая компонент к контактам платы.
Плюсы такого метода — аккуратное место пайки компонента к плате и простота выполнения всего процесса. Главное не наносить слишком много пасты. При этом не всегда требуется нанесение дополнительной порции флюса, так как он уже содержится в пасте.
Минус такого способа всего один — термовоздушная паяльная станция может быть довольно дорогой. Также, поток воздуха воздействует не точечно, а на определенной области. Если не установить насадку для работы с миниатюрными SMD-компонентами, есть большая вероятность прогреть и расплавить припой на уже припаянных компонентах.
Пайка инфракрасной паяльной станцией
Существует множество видов инфракрасных паяльных станций, среди которых можно найти как любительские, так и профессиональные
Как происходит процесс пайки с помощью такого оборудования?
1. Сперва на плату наносится паяльная паста.
2. Далее устанавливаются компоненты, которые необходимо припаять.
3. Компонент вместе с местом пайки прогреваются инфракрасным излучением, вследствие чего компонент надежно припаивается к месту пайки.
Существуют сложные, программируемые паяльные станции, которые способны самостоятельно припаивать элементы на плату. Достаточно лишь нанести на места пайки пасту и компоненты, а паяльная станция сделает все остальное. При этом, наблюдать за процессом можно с экрана монитора, отслеживая прогресс работы и температурные показатели.
Преимущество такого способа очевидны — с хорошей паяльной станцией процесс производства плат можно сделать полуавтоматическ
Некоторые умельцы собирают свои собственные паяльные станции. Их стоимость гораздо ниже, чем у заводских, но сам процесс сборки и программирования довольно сложный.
Пайка в индукционной печи
Данный процесс применяется в промышленном производстве печатных плат. Он позволяет производить десятки, а то и сотни печатных плат в час, при этом, весь процесс может быть полностью автоматизирован. Как происходит процесс индукционной пайки и подготовка к нему?
1. На плату наноситься специальный трафарет.
2. Через трафарет, на плату наносят слоя паяльной пасты.
3. Далее, на плату устанавливаются компоненты.
4. Плата отправляется в индукционную печь, где и происходит весь процесс пайки.
Плюсы индукционной пайки — высокая скорость производства, возможность полной автоматизации процесса. Минусы — такое мини-производств
Так что в итоге?
Несмотря на сложность некоторых методов пайки, все их можно реализовать в домашних условиях:
- Пайка обычным электрическим паяльником наиболее доступный способ монтажа SMD-компонентов. После небольшой тренировки Вы сможете паять даже сложные компоненты с большим количеством выводов.
- Пайка термовоздушной паяльной станцией дает оптимальное качество пайки и не вызовет особых затруднений даже у новичков, но такая станция стоит гораздо дороже, чем обычный паяльник. Но если Вы истинный радиолюбитель и часто работаете с SMD-компонентами такие затраты будут оправданными.
- Инфракрасная паяльная станция обеспечивает отличное качество пайки. Если фирменная станция не по карману, можно попробовать собрать свою собственно, своими силами. Существует множество любительских проектов, где даже есть списки всех необходимых компонентов, а также можно загрузить прошивку с открытым исходным кодом. Но помните, что сборка собственной паяльной станции требует определенных навыков и знаний.
- Индукционная пайка наиболее сложная, так как требует наличия знаний, навыков и редких компонентов. Тем не менее, все это можно реализовать в домашних условиях, но подумайте — стоит ли оно того и нужно ли Вам производить платы устройств в около промышленных масштабах.
042-Пайка SMD компонентов. — GetChip.net
Вот, решил показать, как я паяю SMD компоненты («Surface Montage Details» — означает поверхностный монтаж деталей). Вообще, почему-то, бытует мнение, что паять SMD компоненты сложно и неудобно. Я постараюсь Вас переубедить в обратном. Более того, я докажу, что паять SMD компоненты намного проще обычных TH компонентов («Through Hole» в переводе «сквозь отверстие» — сквозьдырочные компоненты :)).Если быть совсем уж откровенным у TH и SMD компонентов есть свои назначения и области использования и попытки с моей стороны убеждать Вас в том, что SMD лучше, немного не корректны. Ну да ладно — все равно, я думаю, Вам будет интересно почитать.
Знаете, какая главная ошибка тех, кто первый раз пробует паять SMD компоненты?
На практике есть определенные проблемы с пайкой очень мелких SMD компонентов (резисторы, конденсаторы …) они могут во время пайки «прилипать» к жалу. Для того чтобы избежать такой проблемы нужно паять отдельно каждую сторону.
Для того, чтобы добиться хорошей пайки, нужны определенные материалы и инструменты.
Главным материалом, обеспечивающим комфортную пайку, является жидкий флюс. Он обезжиривает и снимает окислы с поверхности спаиваемого металла, что увеличивает силу смачивания. Кроме того, во флюсе припою легче образовать каплю, что препятствует созданию «перемычек-соплей» Рекомендую применять именно жидкий флюс — канифоль или вазелин-флюс не дают такого эффекта. Жидкий флюс не редкость в магазинах — купить его будет не проблема. На вид это прозрачная жидкость с противным запахом напоминающий ацетон (тот, что я покупаю называется «F5 – флюс для пайки тонкой электроники»). Можно, конечно, попробовать паять и спирто-канифолью, но во-первых, эффект будет хуже, во-вторых, после удаления застывшей канифоли спиртом, остается белый налет, который очень проблематично убрать.
Вторым по важности является паяльник. Очень хорошо если имеется регулировка температуры – можно не боятся перегреть компоненты. Оптимальная температура для пайки SMD компонентов находится в пределах 250-300 оС. Если нет паяльника с регулировкой температуры, тогда лучше применять низковольтный паяльник (12v или 36v мощность 20-30w) он имеет меньшую температуру жала. Самый худший результат дает обычный паяльник на 220v. Проблема в том, что температура жала у него слишком высока, из-за чего флюс быстро испаряется и ухудшается смачиваемость поверхности пайки. Большая температура не позволяет длительно греть ножку, из-за этого пайка превращается в нервное тыканье жалом в плату. Как частичный выход из положения можно посоветовать включить паяльник через регулятор мощности (сделать самому – схема довольно простая или купить готовый – в магазине светильников такие продаются как регуляторы яркости свечения светильников, люстр).
Жало у паяльника должно иметь ровный рабочий срез (это может быть или классический «топорик», типа «отвертка» или срез под 45 градусов).
Жало-конус плохо подходит для пайки SMD компонентов – не паяйте им, намучаетесь. Очень хорошие результаты дает жало «микроволна». Кто не знает – это жало имеющее в рабочей плоскости отверстие. При помощи этого отверстия и капиллярного эффекта создаваемого в нем припой можно не только наносить, но и эффективно убирать излишки (после того как я попробовал паять «микроволной» остальные жала валяются в коробочке без дела).
Припой. Особого припоя не нужно – используйте тот, каким Вы обычно пользуетесь. Очень удобен припой в тонкой проволочке – легко дозировать. У меня проволочка диаметром 0.5мм. Не используйте припой без свинца (на него пытаются заставить перейти производителей электроники по причине вредности свинца). Из-за отсутствия в припое свинца значительно уменьшается сила поверхностного натяжения, паять обычным паяльником станет проблематично.
Еще нужен пинцет. Тут без особенностей – подойдет любой удобный для Вас.
Технология пайки очень проста!
Если паяем микросхему, то технология такая. Позиционируем микросхему так, чтобы ножки попали на свои контактные площадки, обильно смачиваем места пайки флюсом, припаиваем одну крайнюю ножку, окончательно совмещаем ножки с площадками (припаянная ножка позволяет, в определенных пределах, «вертеть» корпус микросхемы), припаиваем еще одну ножку по диагонали, после этого микросхема надежно закреплена и можно спокойно пропаивать остальные ножки. Паяем не спеша, проводя жалом по всем ножкам микросхемы. Если образовались перемычки нужно очистить жало от избытка припоя, обильно смазать перемычки жидким флюсом и повторно пройтись по ножкам. Лишний припой заберется жалом — «сопли» устранятся.
http://www.youtube.com/watch?v=xVTHi4uyiMw
(Visited 26 910 times, 1 visits today)
РадиоКот :: Как паять SMD.
Как паять SMD.
Припой диаметром не больше 0,6 мм
Методика
1. Нарежьте припой по ширине ваших компонентов
2. Установите компонент на место пайки
3. Поместите припой рядом с компонентом
4. Придерживайте компонент пальцем (Мяу! Я бы не стал этого делать. Без шерсти останетесь. Используйте пинцет.) и припаяйте с одного конца, нагревая паяльником припой.
5. Припаяв один конец, второй припаять обычным способом.
Вы паяете карты SMD и вам надоело паять вручную корпуса LQFP/TQFP64? Вы мечтаете о паяльной печи, но нет средств? Читайте дальше как сделать паяльную печь из обычной.
Изучите самостоятельно всю документацию по безопасности. Дальнейшие операции содержат определенный риск.
Необходимое оборудование
Теория.
Пайка происходит в несколько этапов
1. Нагревание. Постепенно увеличивается температура компонента и припоя.
2. Сушка. Время, требуемое для действия флюса и его полного испарения. Равно 1 мн 30 сек.
3. Плавка. Плавление крема для пайки и нагрев до максимальной температуры, которая равна температуре плавления крема + 20°C.
4. Охлаждение.
Эта характеристика меняется в зависимости от крема для пайки. Смотрите документацию на ваш крем.
Температурная характеристика печи.
Сделайте характеристику своей печи.
1. Нагрейте печь до 125°C. Наклон кривой должен быть 1-4°C/мин.
2. Остановите нагрев в течение 1 мин 30 с.
3. Снова включите печь и нагревайте до 210°C.
4. Выключите печь и откройте дверцу.
Характеристика будет, например такой:
Замечания
Скорость нагрева чуть меньше, советуемой производителем — ничего особенно страшного.
Этап сушки не очень стабилен. Если температура падает значительно, можете включить на чуть-чуть печь, чтобы температура не опускалась ниже 120°C.
Плавка отличная.
Охлаждение, 1 этап хорош, но охлаждение замедляется с 80°C. В данном случае карту можно вытащить из печки при 80-70°C. Не вытаскивайте раньше, т.к. компоненты могут сдвинуться.
На некоторых сайтах используется регулирование температуры на базе мк с введенной в память характеристикой крема. Принимая во внимание тепловую инерцию печки, этот способ кажется не особо полезным, к тому же и так работает…
Первый тест
Нанесите немного крема на карту из расчета, что крем теряет примерно треть своего объема. Если крема будет лишку, он может растечься между ножками — придется зачищать.
Поставьте компонент и поместите плату в центр печки. Термопара должна находится как можно ближе к плате.
Установите температуру печи 250°C и включите оба сопротивления — верхнее и нижнее.(Мяу! Видимо имеются в виду оба нагревателя печки — верхний и нижний.)
При 125°C выключите печь на полторы минуты.
Включите чтобы температура поднялась до 210°C.
Сначала вы увидите как крем плавится, затем он трансформируется в капельки олова, которые зафиксируют ножки компонента на дорожках.
При 210°C процесс закончен, можете выключить печь и открыть дверцу.
В итоге:
Вам остатлось только проверить, жив ли еще компонент ;)
Что нужно знать
Урок 7 — Монтаж и пайка SMD
Монтаж и пайка SMD-компонентов
Даже если тебе никогда в жизни не придётся самостоятельно иметь дело с чип-деталями, надо понимать, что 99% всей современной электроники создаётся именно на их основе. Поэтому каждый уважающий себя радиолюбитель должен хотя бы в общих чертах представлять SMD-техпроцесс.
В предыдущем уроке мы уже познакомились с так называемыми SMD-компонентами (чип-компонентами). Сейчас же пришло время узнать, как осуществляется их монтаж и пайка.
Можно припаять SMD-деталь и с помощью самого обычного припоя и паяльника с тонким жалом. Процесс состоит из трёх шагов:
— наносим припой на одну контактную площадку;
— с помощью пинцета устанавливаем чип-компонент на нужную позицию и, удерживая деталь пинцетом, прогреваем один из его выводов. Деталь зафиксирована, пинцет можно убрать;
— припаиваем второй вывод компонента.
Ручная пайка SMD-компонентов
Примерно таким же образом можно паять SMD-транзисторы и микросхемы.
Но ручная пайка – это очень долгий и кропотливый процесс, поэтому применяется только радиолюбителями для создания единичных конструкций. На крупных радиозаводах всё стараются автоматизировать. Поэтому там никто не паяет каждую деталь по отдельности паяльником, процесс совершенно другой.
Ты уже знаешь, что такое припой: гибкая оловянно-свинцовая проволока, которая при нагреве паяльником расплавляется, а после остывания застывает и надёжно фиксирует вывод радиодетали, обеспечивая при этом электрический контакт. Но припой может быть не только в виде оловянно-свинцового прутка. Можно создать припой в виде пасты, которая так и называется – паяльная паста. Паста содержит в своём составе и флюс, и мельчайшие частички олова. При нагреве паста расплавляется, а после остывания застывает, обеспечивая электрический и механический контакт.
Паяльная паста наносится на все контактные площадки. При производстве опытных образцов и мелкосерийных партий пасту наносят с помощью ручных дозаторов: шприцом, например, или даже зубочисткой. Но при крупносерийном производстве используется другая технология нанесения пасты. Сначала изготавливается трафарет: тонкий лист из нержавеющей стали, в котором имеются отверстия, точно совпадающие с контактными площадками печатной платы. Трафарет прижимается к печатной плате, сверху наносится слой паяльной пасты и разравнивается специальным шпателем. Затем трафарет поднимается, и таким образом буквально за пару секунд паяльная паста оказывается нанесённой на все контакты печатной платы.
Печатная плата с нанесённой на контактные площадки паяльной пастой
Теперь на плату можно устанавливать компоненты. SMD-компонент можно аккуратно установить на нужные контактные площадки. В радиолюбительстве установку компонентов производят вручную с помощью обычного или вакуумного пинцета, а на крупных производствах эту операцию выполняют роботы, которые могут установить до нескольких сотен деталей в минуту! Благодаря тому, что паяльная паста вязкая, компонент как бы фиксируется на своём месте, и это очень удобно.
После установки всех SMD-компонентов происходит пайка платы. Плата помещается в специальную печь, где за несколько минут нагревается примерно до 300С. Паяльная паста расплавляется, а после остывания обеспечивает механический и электрический контакт компонентов. Для того, чтобы избежать термоударов, важно настроить термопрофиль, то есть скорость нагрева и охлаждения печатной платы. В промышленности используются специальные многозонные печи, в каждой камере которых поддерживается строго заданная температура. Печатная плата, двигаясь по конвейеру, последовательно проходит все зоны печи.
Паяльные печи: промышленная (слева) и для мелкосерийной пайки (справа)
В мелкосерийном и опытном производстве используются компактные печки, в которых платы «запекаются» по одной. Радиолюбители и вовсе иногда приспосабливают для этих целей бытовые духовые шкафы, или нагревают печатную плату горячим воздухом с помощью промышленного фена. Конечно, качество пайки при таких кустарных методах очень нестабильно, но и требования к надёжности радиолюбительских конструкций обычно не высокие.
После окончания пайки плату промывают от остатков флюса, входящего в состав паяльной пасты, сушат и проверяют. Если в конструкции имеются DIP-компоненты, их припаивают в последнюю очередь, и даже на крупных радиозаводах этот процесс производится, как правило, вручную. Дело в том, что автоматизировать DIP-процесс очень сложно и дорого, именно поэтому современная радиоэлектроника в основном проектируется на SMD-компонентах.
Скачать урок в формате PDF
Как паять SMD компоненты паяльной пастой в домашних условиях?
SMD-компоненты представляют собой миниатюрные электронные детали, устанавливаемые на платы. При этом пайка выполняется не по привычной технологии, когда выводы деталей крепятся на отверстия платы и припаиваются с обратной стороны. Монтаж элементов SMD выполняется непосредственно на лицевой стороне поверхности, на которой расположены токопроводящие дорожки. Для этого применяется специальный флюс (паста).
Паяльная паста и ее свойства
Первоначально подобные составы применялись только в SMT-технологиях. Сейчас их область использования увеличивалась. В состав паяльной пасты для SMD входят следующие ингредиенты:
- Порошкообразный припой. Чаще всего подбираются сплавы на основе серебра, свинца или олова. Наибольшее распространение имеют пасты бессвинцового типа.
- Обезжиривающий припой.
- Связующие элементы. Они облегчают фиксацию элементов на поверхности плат. Чем больше размеры платы, тем более вязкой консистенцией должна обладать паста для пайки.
- Вспомогательные ингредиенты и активаторы.
Добиться качественной пайки можно только в той ситуации, если были соблюдены все условия и срок хранения паяльной массы. У большей части ингредиентов подобных составов срок годности не более полугода. Хранить их нужно при температуре +2…+10°C. В помещении не должно быть слишком холодно или жарко. Уровень влажности воздуха при этом не должен превышать 80%. Перед применением состава его нужно разогреть до комнатной температуры и лишь после этого открывать банку или извлекать субстанцию из шприца. В некоторых случаях на прогрев уходит около 5-6 часов.
Также необходимо учитывать, что со временем паяльная смесь утрачивает свои свойства. Подбирать материалы для пайки оловом или иными материалами нужно с учетом следующих требований:
- недопущение формирования шариков и разбрызгивания;
- высокая клеящая способность;
- стойкость к растеканию при первичном нагреве;
- отсутствие остаточного флюса;
- максимальный срок хранения.
Кроме того, материалы для паяльной пасты должны легко дозироваться и подходить для трафаретной печати.
Важные технические характеристики
Выбирать паяльную массу нужно с учетом ее физико-химических свойств. Эти характеристики находятся в прямой зависимости от ингредиентов состава. Такими свойствами являются:
- наличие/отсутствие свинца и легирующих наполнителей;
- форма и структура частичек;
- величина частичек по IliS;
- вязкость;
- степень паяемости, которая определяется загрязненностью и окисленностью частичек припоя.
Кроме того, пасты безотмывочного типа не провоцируют образование коррозии, а водосмывные — могут приводить к таким проблемам на участке пайки, так как в их составе присутствует ряд органических веществ.
Разновидности
Современный рынок предлагает продукцию от брендов ALPHA, HERAEUS, Felder и т.д. Все пасты для паяльных работ классифицируются по следующим признакам:
- по составу припоя — без галогена или галогенсодержащие;
- по необходимости в дополнительном отмывании;
- по типу припоя — без свинца или свинцовые;
- по температурным показателям — высоко-, средне-, низкотемпературные.
Если состав не смывается, в нем содержится канифоль. В такой ситуации для промывки элементов необходимо воспользоваться специальными растворителями.
Необходимо учитывать и то, что увеличение уровня паяемости элементов сопровождается снижением надежности фиксации. Например, составы с содержанием галогена обладают высокой технологичностью, однако их надежность находится на низком уровне.
Технология использования пасты
Перед тем как припаять SMD-элементы с применением паяльной пасты, необходимо изучить технологию работы с этим составом. Пользоваться им нужно следующим образом:
- для начала необходимо очистить, обезжирить и просушить плату;
- после этого плату необходимо надежно зафиксировать в горизонтальном положении;
- в отмеченных точках соединения равномерно наносится паста;
- мелкие детали устанавливаются на поверхность платы;
- иногда требуется дополнительная обработка составом ножек токопроводящих микросхем;
- прогревать установленные SMD-компоненты можно феном;
- когда припой полностью испарится, температуру плавки можно увеличить;
- паять необходимо осторожно, соблюдая все необходимые требования безопасности;
- после работы плату нужно остудить и промыть.
Для монтажа микросхем применяются паяльники с температурой в пределах +250…+300°С. Нежелательно брать для такой работы устройства с конусовидными насадками. Чтобы добиться максимальной эффективности, следует воспользоваться тонкой проволокой для контакта пасты с паяльным жалом.
SMD-компоненты также можно припаять по следующей схеме:
- детали устанавливаются на площадку;
- паяльная паста наносится на ножки;
- под воздействием паяльника пастообразная субстанция равномерно растекается по зоне контакта;
- элементы остывают и очищаются.
Для пайки кабелей паста наносится на них в зоне соединения. После этого к массе прикладывается паяльное жало.
Изготовление в домашних условиях
Иногда готовой паяльной массы не оказывается в наличии, поэтому полезно узнать о способах ее изготовления. Для этой цели необходимо подготовить паяльный жир и прутик припоя из свинца и олова. При отсутствии первого материала его можно заменить вазелином ЛТИ-120.
Припой необходимо размельчить с помощью надфиля или специальной насадкой для дрели. Готовая крошка должна состоять из мелких частичек. Она убирается в емкость, в которую добавляется вазелин в соотношении 1:1 и небольшое количество флюса.
Все компоненты самодельной пасты тщательно перемешиваются и разогреваются на водяной бане. Готовый состав можно хранить в крупном шприце. С помощью него пастообразная субстанция и будет наноситься на платы.
Для увеличения эффективности паяльной массы в нее можно добавить немного хлористого аммония. В готовой смеси концентрация этого ингредиента не должна превышать 5-10%. Заменить аммоний можно анилином солянокислым. Хранить вещества необходимо в герметичных емкостях и вдали от домашних питомцев и детей.
Преимущества применения
Паяльные пасты используются не только в быту, но и в промышленности. Такое обширное распространение этого материала объясняется следующими его преимуществами:
- возможность применения в производстве плат, на которых находятся мельчайшие элементы;
- пользоваться паяльной пастой можно даже без паяльника, но в таком случае потребуется специальная станция или фен для нагрева изделия и равномерного распределения ингредиентов по поверхности платы;
- пользоваться пастой для пайки можно в таких ситуациях, когда отсутствует возможность воспользоваться классическими инструментами.
Если нет возможности или желания самостоятельно изготавливать смесь, можно приобрести готовый вариант. Но нужно запомнить, что качественная паяльная паста стоит около 10 американских долларов за 50 г. Более дешевые варианты обладают низким качеством и могут не только не обеспечить достаточной надежности фиксации, но и привести к дополнительным проблемам при последующем использовании электронного изделия. Чтобы избежать проблем, покупать такие материалы лучше в сертифицированных магазинах или непосредственно у производителей.
Ручная пайка миниатюрных элементов SMD
Поверхностно-монтируемые компоненты в своем названии предусматривают установку на поверхность платы, а не в отверстия, как старые элементы. SMD (поверхностно-монтируемые элементы) легче, дешевле, меньше, и могут быть размещены ближе друг к другу. Эти факторы, а также другие, повлияли сегодня на широкое распространение компонентов без выводов.
Существует много относительно недорогих инструментов и простых методов для пайки и распайки SMD.
Инструменты для пайки SMD
- Регулируемый по температуре паяльник. Инструмент за 10 баксов без контроля температуры на самом деле не наилучший тренажер, чтобы научиться паять SMT. Вам не нужна дорогая паяльная станция, но у вас должна быть возможность контролировать температуру.
Относительно недорогой регулируемый паяльник за 50 долларов имеет ручку ступенчатого контроля температуры от 0 до 5. Поставляется с привычным жалом ST3 в форме клина, которое может быть слишком широким для чип компонентов, но оно всё же довольно часто используется для пайки. Многим людям будет более комфортно работать с конусными жалами ST7 или ST8. Насадка миниволна ST5 удобна для пайки деталей в корпусах QFP, QFN, PLCC, SOIC. Небольшое углубление в её срезанной поверхности позволяет удержать припой в количестве, достаточном для распределения по всему ряду выводов микросхемы.
- Припой. Для ручной пайки поверхностно-монтируемых элементов, нам нужен оловянно-свинцовый сплав 60/40 в виде проволоки диаметром в 0,015 дюйма (0,4 мм). Свинца в сплаве может быть больше и проволока понадобиться толще, если вам нужно закрепить на плате разъём.
- Распаечная тесьма. Это одна из вещей, которая просто незаменима для ручной пайки. Также известная как скребок припоя — помогает удалять припой. Она сплетена из тонких медных проволок в длинную косичку, и иногда имеет флюс внутри.
- Пинцет. Захваты с плоскими наконечниками необходимы для перемещения и удерживания миниатюрных чип компонентов. Очень удобны такие с загнутыми концами. Вы можете приобрести такие примерно за 5 долларов.
Некоторые люди используют вакуумный пинцет, чтобы забирать и ставить на место мелкие компоненты.
- Флюс. Его не всегда используют при ручной пайке плат с SMD, но некоторые люди не могут обойтись без него. Флюс можно применять даже с готовыми проволочными припоями, так как чем тоньше проволочка, тем меньше в ней этого растворителя. Во время пайки ножки элементов прогреваются больше чем один раз, поэтому важно добавлять немного флюса извне.
- Лупа с фонариком. Вам в любом случае понадобиться много света и увеличительное стекло при пайке миниатюрных элементов. Есть хорошие линзы на голову подобные OptiVisors, увеличивающие в 2,5 раза, в них встроены лампы освещения.
Чтобы проверить свою работу вам понадобится лупа с 10 кратным увеличением. Такие лупы тоже есть со встроенным фонариком.
Техника удаления припоя тесьмой
Чтобы сделать распайку, положите медную косичку на ножки элемента и проведите по ней горячим паяльником. Тепло и флюс перетянет олово на неё. Используйте другой конец косички, если кажется что ничего не получается (с катушки отрезается небольшой её кусочек).
В зависимости от обстоятельств косичку нужно поднимать выше, при этом тепло будет удаляться по ней вверх от области касания паяльника.
Чтоб очистить тесьму, вам нужно добавить флюса побольше.
Пайка двухконтактных элементов
Такие элементы, как резисторы и конденсаторы часто растрескиваются из-за неравномерного нагрева. Паяйте два их противоположных конца одновременно. Используйте пинцет, чтобы удерживать деталь на плате. Подайте немного припоя на одну сторону, чтобы образовалась аккуратная галтель между концом элемента и контактной площадкой. В идеале должна получиться именно плавная перемычка, а не огромный шарик олова на конце.
Если все не так, используйте медную тесьму, чтобы удалить лишний припой.
Пайка SOIC и других микросхем с множеством ножек
Используйте пинцет или вакуумную присоску для удерживания SOIC (малого контура интегральную микросхему) на плате. Припаяйте один из выводов микросхемы, желательно чтоб это была ножка питания. Затем прихватите другой вывод питания с противоположной стороны. Проследите, чтобы все остальные ножки выстроились над своими контактными площадками.
Подсоединяйте остальные ножки — начиная с крайних, не припаянных контактов, проведите волну припоя, подавая при необходимости оловянную проволоку к жалу паяльника. Сделайте эту операцию как можно быстрее, не допустив перегрева микросхемы.
Удаление наплывов
Когда вы закончите пайку, осмотрите ножки чип элементов. Маленькие мостики между ними могут быть легко удалены, быстрым прогревом их паяльником, смоченным во флюсе. Толстые перемычки удаляются знакомым нам способом — с помощью распаечной тесьмы.
Автор: Алексей Алексеевич, г. Пермь.
Как паять SMD компоненты с помощью паяльной пасты | hardware
Паять в домашних условиях SMD компоненты (чип-резисторы, SOIC, LQFP, QFN и проч.) с помощью паяльной пасты и нехитрого оборудования совсем не так сложно, как может показаться на первый взгляд.
Помню свои первые опыты паяния пастой. Купил пасту, намазал места пайки резистора и пытался прогреть паяльную пасту паяльником… Конечно, это было ошибкой, и ничего у меня из такой пайки не получилось. Впоследствии я выяснил, что нагревать место пайки с паяльной пастой нужно струей горячего воздуха или инфракрасным излучением, причем при этом желательно соблюдать определенную последовательность нагрева, т. е. температура во времени должна меняться по специальному (оптимальному с точки зрения пайки) закону. Графики изменения температуры во времени еще называют температурными профилями. Для точного нанесения паяльной пасты на места пайки (особенно это важно для пайки ножек чипов) применяют паяльные маски. В состав паяльной пасты входит флюс и взвесь из мелких частичек припоя. Пайка с помощью паяльной пасты основана а эффекте смачивания (смачиваются паяемые поверхности сначала флюсом, а затем расплавленным припоем) и поверхностного натяжения жидкости. Капли расплавленного припоя под действием силы поверхностного натяжения автоматически устанавливают паяемую деталь на посадочное место.
При пайке в домашних условиях можно не вдаваться во все технологические премудрости пайки с помощью термопасты, и максимально упростить процесс. Нужно просто заранее подготовить все необходимое для пайки, и соблюдать несложные правила.
[Оборудование для пайки и необходимые материалы]
1. Оловянно-свинцовая паста EFD Solder Plus SN62NCLR-A, она на основе сплава Sn62Pb36Ag2 с добавлением флюса класса NO CLEAN. Ни в коем случае не советую применять бессвинцовую паяльную пасту — она для пайки в домашних условиях непригодна. Паста удобна для использования, если она находится в специальной тубе, см. фото. Оттуда её можно выдавливать любым толкателем (можно взять поршень от одноразового шприца). На конец тюбика можно надеть обычную медицинскую одноразовую иглу диаметром около 0.5 мм. Кончик иглы лучше сточить (затупить) под прямым углом. Если есть возможность, то лучше взять иглу от большого, 50-кубового шприца диаметром 0.9 мм, или купить в салонах «Профи» специальную иглу для дозатора пасты, эта игла обычно имеет диаметр 1.4 мм. В этом случае паста будет выдавливаться намного легче.
2. Флюс EFD Flux Plus 6-412-A no clean или аналогичный по качеству, неактивный. Для нанесения флюса можно взять иголку любого диаметра, лучше всего подойдет игла диаметром 0.5 или 0.9 мм.
3. Деревянные зубочистки — для точного нанесения паяльной пасты.
4. Монтажный фен с цифровым регулятором температуры и потока воздуха. Совсем неплох недорогой фен AOYUE 8032A++. Не покупайте фен без точной установки температуры, так как трудно на глаз установить температуру струи воздуха. Пригодятся также насадки для точного направления воздуха. Я часто пользуюсь насадкой с круглым соплом диаметром 12 мм.
5. Паяльник с регулировкой температуры. Для пайки микросхем понадобится также тонкое жало «волна». Я использую паяльник PX-601 со сменными жалами и регулятором температуры.
6. Средство для очистки плат — ацетон, спирт или, что еще лучше, аэрозоль FLUX-OFF.
[Условия качественной пайки]
1. Паяемые поверхности должны быть хорошо облужены. Если у Вас новые детали и свежая печатная плата, которая пришла с завода, либо качественное золотое покрытие на печатной плате, то об этом можно не беспокоиться. Если же поверхность платы необлужена или окислена, то нужно её предварительно перед пайкой облудить легкоплавким припоем. Перед пайкой поверхность желательно очистить от окислов. Если плата не очень грязная, то для очистки можно использовать обычную канцелярскую резинку для стирания карандашных надписей. Если плата сильно загрязнена (фольга тусклая, имеет покрытую окислами поверхность), то лучше использовать для очистки мелкозернистую наждачную бумагу (нулевку).
2. Важна консистенция паяльной пасты, когда Вы её наносите на паяемые поверхности. Паста должна выдавливаться из иглы шприца без значительных усилий. Если это не так (паста загустела, или Вы почему-то решили взять для нанесения пасты тонкую иглу 0.5 мм), то слегка разбавьте пасту флюсом EFD Flux Plus 6-412-A no clean. Паста также не должна быть рыхлой, как мокрый песок, она должна иметь вид сметаны и хорошо смачивать поверхность, на которую Вы её наносите. Слишком жидкая паста тоже не нужна, так как там будет мало припоя для надежной пайки, и паста будет растекаться по поверхности платы. Если паста долго лежала без дела, то перед использованием тщательно перемешайте пасту. После использования пасты и шприца вставьте в канал иглы тонкую проволочку (кусок гитарной струны или отрезок вывода радиокомпонента). Это нужно для того, чтобы паста не засохла в канале иглы и не закупорила её.
Важный момент — паста должна быть достаточно свежей. Просроченная паста приведет к тому, что при разогреве мелкие шарики в составе пасты не будут сливаться вместе. Ниже на фотографии приведен пример пайки просроченной пастой (R4) и нормальной пастой (R5).
Видно, что шарики у верхнего резистора R4 лежат возле него кучкой — они просто слиплись, но не сплавились. Пайка нижнего резистора R5 получилась качественной, все шарики припоя в пасте слились вместе.
3. Когда Вы паяете простые компоненты, типа резисторов и конденсаторов, то количество наносимой пасты не играет особого значения. В этом случае пасту можно наносить в нужное место, просто выдавливая её из иголки тубы.
4. При пайке микросхем нельзя класть слишком много пасты, так как образующиеся шарики припоя могут замкнуть выводы микросхем, после чего излишки припоя придется убирать паяльником с жалом «волна». С микросхемами типа SOIC или TQFP это делается просто. Сложнее обстоит дело с корпусами типа QFN, так как у них имеется на брюшке корпуса металлическое теплоотводящее основание, и будет неприятно, если припой замкнет на него, особенно если в нескольких местах. Для того, чтобы этого не произошло, пасту надо наносить тонким слоем (можно даже между ножками), не больше чем нужно, и стараться не наносить её за пределы паяемой области (особенно нужно обратить внимание, чтобы излишки пасты не попали под корпус QFN). Для точного нанесения пасты используют деревянную зубочистку.
5. Перед пайкой микросхем необходимо, кроме покрытия дорожек на плате, еще и смазать паяльной пастой ножки микросхем. Особенно внимательно надо смазывать ножки микросхем QFN — паста должна надежно смочить выводы, и покрыть их тонким слоем. Ни в коем случае нельзя допускать попадания излишков пасты под основание корпуса QFN!
Корпус QFN для пайки требует специальной разводки печатной платы. Под корпусом у микросхемы QFN должна быть специальная площадка из фольги, и нужно, чтобы в центре было специальное отверстие диаметром около 1 мм для удаления излишков припоя. Кроме того, под корпусом микросхемы QFN не должно быть никаких посторонних переходных отверстий и токопроводящих дорожек.
7. Если паяемая плата имеет большие размеры, то при пайке платы желателен её нижний подогрев до температуры около 150 oC — чтобы избежать возможного коробления платы. Для этого имеются специальные паяльные ванны и стенды для монтажного подогрева.
8. Излишки олова, если они замкнули ножки микросхем, можно удалить жалом паяльника типа «волна», или распушенными жилами провода МГТФ, если их приложить в нужное место и нагреть паяльником. При удалении излишков олова смачивайте поверхности пайки флюсом EFD Flux Plus 6-412-A no clean.
[Последовательность действий при пайке]
1. Поверхность платы очищается, обезжиривается и высушивается. Для ускорения сушки можно воспользоваться феном (температура струи воздуха 110..130 oC).
2. Печатная плата надежно фиксируется в горизонтальном положении.
3. Паяльная паста наносится на печатную плату в места будущей пайки. Можно наносить пасту и между ножками микросхемы, важно только при этом не допускать излишков пасты, и добиться чтобы вся паяемая поверхность была смочена пастой.
4. На плату устанавливаются мелкие детали (чип резисторы и конденсаторы).
5. Паяльной пастой смазываются ножки SMD микросхем и разъемов.
6. На плату устанавливаются SMD микросхемы и разъемы. Постарайтесь добиться точного совмещения ножек микросхем и контактных площадок на печатной плате. Если Вы нанесли слишком много паяльной пасты, то её излишки будут мешать визуальному контролю точности установки микросхем.
7. Включается (если он есть) нижний подогрев платы. Через пару минут фен устанавливается на температуру 150 oC и несильной струей воздуха осторожно (чтобы не сдуть детали) прогревается паяемая верхняя сторона платы вместе с установленными деталями. Прогрев продолжается до тех пор, пока флюс из паяльной пасты не испарится. Если плата большая, то она должна быть установлена на инфракрасную печку настроенной температурой 150 oC.
8. Фен устанавливается на температуру около 250 oC (температура оплавления оловянно-свинцовой паяльной пасты около 200 oC), и поверхность платы снова прогревается, при этом частицы припоя в пасте должны оплавиться и сформировать аккуратную пайку. Процесс хорошо отслеживается визуально. Особенно внимательным надо быть при пайке микросхем QFN, и прогревать все стороны микросхемы одновременно и очень равномерно. Иначе припой с одной стороны расплавится быстрее, чем с другой, и микросхема может перекоситься и сместиться в сторону, «уплыть».
9. В течении нескольких минут дают плате остыть, затем отмывают средством FLUX-OFF или спиртом.
На YouTube можно найти много видеороликов, иллюстрирующих процесс пайки.
[Ссылки]
1. Материалы для пайки и ремонта печатных плат site:ostec-materials.ru.
2. Безотмывочная паяльная паста EFD SolderPlus SN62NCLR-A site:clever.ru.
3. Как паять SMD-чипы с шагом ножек 0.5 мм.
