Иногда случается так, что необходимо срочно припаять SMD-элемент, но под рукой нет специальных инструментов. Только обычный паяльник, припой и канифоль. В этом случае, припаять миниатюрный SMD-элемент сложно, но можно, если знать определенные особенности такой пайки.
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. Суть ее в том, что необходимо согласовывать движения кисти с ударами сердца. От ударов сердца собственно и происходит неизбежное подрагивание рук.
Не нужно бороться с дрожью - это бесполезно. Нужно научиться под нее подстраиваться.
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).
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:
- "Прихватывание" детали
- Пайка противоположного "прихваченному" конца
- Возврат к пайке "прихваченного" конца
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. Если канифоль выкипает в течение 2-3 секунд, то жало паяльника имеет слишком высокую температуру и может повредить SMD-элемент.
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. Тем не менее эта пайка - нормальная и суть методики здесь была продемонстрирована.
Рекомендую развернуть видео на весь экран и установить качество "Full HD" в настройках видеоролика.
Все понимают, как можно с помощью обычного паяльника ЭПСН, мощностью 40 ватт, и мультиметра, различную электронную технику, с выводными деталями. Но такие детали сейчас встречаются, в основном только в блоках питания различной техники, и тому подобных силовых платах, где протекают значительные токи, и присутствует высокое напряжение, а все платы управления, сейчас идут на SMD элементной базе.
На плате SMD радиодетали
Так как же быть, если мы не умеем демонтировать и впаивать обратно , ведь тогда минимум 70% от возможных ремонтов техники, мы уже самостоятельно не сможем выполнить... Кто нибудь, не очень глубоко знакомый с темой монтажа и демонтажа, возможно скажет, для этого необходимы паяльная станция и паяльный фен, различные насадки и жала к ним, безотмывочный флюс, типа RMA-223, и тому подобное, чего в мастерской домашнего мастера обычно не бывает.
Паяльная станция
У меня есть дома в наличии, паяльная станция и фен, насадки и жала, флюсы, и припой с флюсом различных диаметров. Но как быть, если тебе вдруг потребуется починить технику, на выезде на заказ, или в гостях у знакомых? А разбирать, и привозить дефектную плату домой, или в мастерскую, где есть в наличии соответствующее паяльное оборудование, неудобно, по тем или иным причинам? Оказывается выход есть, и довольно простой. Что нам для этого потребуется?
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.
Распайка планарных деталей
Итак, как происходит сам процесс? Кое-что . 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. Включаем паяльник, и выставляем с помощью диммера, мощность ориентировочно ватт 30-35, больше не рекомендую, есть риск перегреть микросхему при демонтаже. Проводим жалом нагревшегося паяльника, вдоль всех ножек микросхемы, с обоих сторон.
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. С какой целью мы оставляем это место? Чтобы можно было слегка коснувшись контактов, жалом паяльника, припаять их к плате. Затем мы берем паяльник ЭПСН 25 ватт, или подобный маломощный, и касаемся двух ножек микросхемы расположенных по диагонали.
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 .
Обсудить статью ПАЙКА SMD ДЕТАЛЕЙ БЕЗ ФЕНА
Как правильно паять SMD? Рано или поздно всем электронщикам приходилось сталкиваться с таким вопросом.
Бывают случаи, когда простым паяльником не подобраться к SMD элементам . В этом случае лучше всего использовать паяльный фен и тонкий металлический пинцет.
В этой статье мы с вами поговорим о том, как же правильно запаивать и отпаивать SMD. Тренироваться будем на трупике телефона. Красным прямоугольничком я показал, что мы будем отпаивать и запаивать обратно.
За дело берется Паяльная станция AOYUE INT 768
Для фена нужна подходящая насадка. Выбираем самую маленькую, так как отпаивать и припаивать будет маленькую smd-шку.
А вот вся конструкция в сборе.
С помощью зубочистки наносим флюсплюс на smd-шку.
Вот так мы ее смазали.
Выставляем на паяльной станции температуру фена 300-330 градусов и начинаем жарить нашу детальку. Если припой не плавится, то его можно разбавить сплавом Вуда или Розе с помощью тонкого жала паяльника. Как увидим, что припой начинает плавиться, с помощью пицента аккуратно снимаем детальку, не задев smd-шки, которые рядом.
А вот и наша деталька под микроскопом
Теперь припаяем ее обратно. Для этого чистим пятачки (если вы не забыли – это контактные площадки) с помощью медной оплетки.
После того, как мы их почистили от лишнего припоя, нам нужно сделать бугорки с помощью нового припоя. Для этого на кончике жала паяльника берем совсем чуть-чуть припоя.
И делаем бугорки на каждой контактной площадке.
Ставим туда smd-детальку
И пригреваем ее феном, до тех пор, пока припой не растечется по стенкам детальки. Не забывайте про флюс, но его надо очень немного.
Готово!
В заключении хотелось бы добавить, что данная процедура требует умение работать с мелкими детальками. Сразу все не получится, но кому это надо, со временем научится припаивать и выпаивать SMD-компоненты. Некоторые умельцы припаивают smd-шки с помощью паяльной пасты. Паяльную пасту я использовал при запаивании BGA микросхем в этой статье.
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.
Температура пайки – важный момент в работе пайщика, от которого зависит качественное соединение металла. Данный показатель должен быть выше аналогичного показателя полного расплавления тиноля. В некоторых случаях, показатель может находиться между линией ликвидус и линией солидус.
Опираясь на теорию, припой должен быть полностью расплавлен до того момента, как он заполнит зазор и распределится в соединении под влиянием капиллярных сил. В связи с этим температура ликвидуса тиноля может быть самой низкой, применяемой для такого процедуры, как высокотемпературная пайка. В свою очередь, все детали должны нагреваться до этой температуры или более высокой.
Нельзя быть уверенным в том, что все внутренние, а также внешние части деталей нагреваются только до данной температуры. Скорость нагрева, месторасположение, масса металлических деталей, а также коэффициент термического расширения паяемого металла – все это факторы, которые определяют в детали распределение тепла.
В условиях быстрого местного нагрева деталей температурное распределение неравномерно, температура наружных поверхностей существенно выше, чем внутренних. Во время медленного нагрева и равномерного распределения тепла, распределение тепловой энергии в паяном узле происходит более равномерно.
Диффузия, а также растворение тиноля на протяжении пайки
Во время смачивания соединяемого металла при помощи расплавленного припоя может иметь место растворение тинолем основного металла или диффузия компонентов тиноля в основной металл. Вдобавок ко всему, диффузия имеют наибольшую вероятность образования в том случае, если тиноль вместе с основным металлом подобны по химическому составу.
На растворение и диффузия могут быть влиятельны следующие факторы:
- Температура соединения материалов;
- Продолжительность пайки;
- Геометрия соединяемого места металла, поскольку она определяет площадь основного материала, подвергаемую воздействию тиноля;
- Химический состав.
В редких случаях на протяжении пайки по причине местной диффузии тиноля между зернами основного материала происходит растекание материала, зависящего от внутренних напряжений. Чрезмерная диффузия тиноля в основном металле с большой вероятностью может оказывать влияние на механические и физические свойства металла.
Таким образом, тонкие части основного материала – наиболее уязвимая зона паяного соединения. В данном месте по причине эрозии могут образовываться сквозные раковины. Стоит отметить, что растворение основного металла тинолем изменяет температуру его ликвидуса, тем самым может привести к недостаточному заполнению зазора между деталями.
Для уменьшения диффузии или растворения есть несколько сплавов, которые применяются в качестве тинолей. Припои приобретают жидкую консистенция при достижении температуры ниже действенной температуры ликвидуса. Благодаря припою подобного состава высокотемпературная пайка производится успешно также при тех обстоятельствах, когда температура соединения металлов не дошла до линии ликвидуса.
Температура соединения smd-компонентов
Нижний подогрев дает возможность уменьшить теплоотвод от компонента в smd-плату, тем самым снижая нужную температуру инструмента для пайки. Во время использования воздушных методик замены компонентов нижний подогрев способен уменьшать или исключать вовсе коробление smd-платы, которое вполне может произойти по причине одностороннего нагрева посредством горячего воздуха.
Помимо всего, печатные платы, выполненные на основе керамики, перед процедурой пайки нуждаются в плавном предварительном нагреве вследствие чувствительности данных материалов к перепадам температур.
Опираясь на способ подачи тепловой энергии, можно выделить инфракрасные, а также конвекционные нижние подогреватели. Первые приспособления зачастую состоят из нескольких кварцевых ламп, которые имеются ярко выраженное красное свечение. Относительно конвекционных приспособлений, то они могут работать путем применения принудительной конвекции.
Рассматриваемые smd-компоненты являются достаточно хрупкими, и в условиях воздействиях вибрационной нестабильности (при механических ударах) могут трескаться. Еще одним минусом smd-компонентов является непереносимость перегрева во время пайки, из-за чего часто возникают микротрещины, заметить которые практически невозможно. Самое неприятное, пожалуй, в этом деле – то, что узнаешь о трещинах в smd-компонентах во время эксплуатации. Проверить наличие трещин в smd-деталях можно при помощи обыкновенного мультиметра.
Таким образом, соединять smd-детали можно при помощи паяльной станции, а также паяльника. Определенная часть пайщиков утверждает, что паять компоненты проще паяльной станцией со стабилизированной температурой. Однако если паяльной станции нет, разрешить вопрос можно при помощи паяльника, включая его посредством регулятора. Стоит отметить, что без регулятора у обычного паяльника температура его наконечника (жала) достигает температуры 400 гр. С. показатель во время работы с smd-компонентами должен составлять 260-270 гр. С.
Оптимальная температура нагрева жала паяльника, а также требуемая мощность во время ручной пайки – показатели, которые зависят от конструктивных особенностей паяльника, выполняемой им задачи. В работе с бессвинцовыми припоями трубчатой формы, которые имеют температуру плавления порядка 217-227 гр. С, минимальный показатель нагрева жала паяльника составляет 300 гр. С.
На протяжении пайки необходимо всячески избегать избыточного перегрева жала паяльника, а также длительного воздействия жала на металл. В большинстве случаев во время работы с припоями, в состав которых не входит свинец, и традиционным тинолями, наиболее подходящим является нагревание жала паяльника до температуры 315-370 гр. С.
В определенных ситуациях отличные результаты при пайке smd-компонентов могут получаться во время кратковременного нагрева (длительность воздействия жала паяльника до 0,5 секунды), а также при нагреве жала паяльника до показателя от 340 до 420 гр. С.
Порядок пайки smd-компонентов
Порядок пайки smd-компонентов :
- Сначала отлудите одну из контактных площадок. Для этого подайте достаточное количество тиноля для дальнейшего формирования галтели.
- Далее следует установка smd-компонента на КП.
- Следующим этапом придерживайте smd-компонент посредством пинцета, и одновременно с этим поднесите жало паяльника, тем самым обеспечивая одновременный контакт жала паяльника с выводом smd-компонента, а также отлуженной КП.
- Произведите кратковременную пайку в течение 0,5-1,5 секунды. Относительно жала приспособления, то оно должно быть отведено.
- Далее выполняется высокотемпературная пайка второго вывода: поднесением жала приспособления, вы обеспечиваете одновременный контакт жала с выводом и КП.
- Далее с противоположной от жала паяльника стороны следует подать тиноль под углом 45° к КП, а также выводу компонента.
Четыре секрета – залог успешной пайки
Существует четыре секрета качественно выполнения пайки, последующей длительной эксплуатации детали. Рассмотрим их подробнее.
Основополагающие качественного соединения:
- Правильность применения припоя и флюса в пайке;
- Чистота жала паяльника, а также степень его нагрева;
- Чистые паяемые поверхности металлов во время процедуры;
- Правильность соединения, достаточный нагрев рабочей зоны деталей.
Как становится понятно, от температуры нагрева деталей, а также степени прогревания паяльника очень многое зависит. Также следует знать температуру плавления некоторых оловянно-свинцовых припоев.
Температура плавления припоев
| Маркировка припоя | Температура плавления (°С) |
| ПОС-90 | 222 |
| ПОС-60 | 190 |
| ПОС-50 | 222 |
| ПОС-40 | 235 |
| ПОС-30 | 256 |
| ПОС-18 | 277 |
| ПОС-4-6 | 265 |
Знание технологической составляющей пайки позволяет пайщику осуществлять соединения деталей на долгое время, что является отличным качеством для настоящего профессионала. Таким образом, высокотемпературная пайка будет показывать отличную результативность.
