Если вам лень читать статью, приступайте сразу к просмотру видеоролика, в котором показан процесс изготовления паяльника, его сборка и испытания. Хотя, некоторые технические подробности освещены только в статье. Продолжительность видеоролика 8 минут, разрешение Full HD. Есть субтитры.
Пролог
Я уже недавно представлял на суд зрителя подобную конструкцию паяльника, но c вдвое меньшей мощностью. Это был сверхминиатюрный паяльник, позволяющий производить самые мелкие работы, такие как, например, ремонт шлейфов.
К сожалению, конструкция эта оказалась слишком сложной для повторения, так как требовала изготовления всяких замысловатых деталей, а также специальной оснастки для изготовления нагревательного элемента. Поэтому я решил значительно упростить самоделку, но вместе с этим повысить КПД изделия.
Тут уместно доложить, что несколько дней экспериментов с нагревательными элементами на основе резисторов МЛТ доказали полную несостоятельность этой конструкции, хотя она довольно широко представлена самодельщиками в сети Интернет.
Лишь один резистор из пяти позволил довести температуру жала до 400°С и то, только в течении одного цикла включения/выключения. При очередном включении он отказал. Другие резисторы не позволили получить температуру выше 250°С и выходили из строя во время одного или двух коротких циклов.
Исследование вышедших из строя резисторов показало, что обрыв плёночного резистивного элемента происходит по внешнему периметру той или другой контактной чашки. Вы можете это проверить и сами, если подключите резистор к блоку питания и с помощью вольтметра определите место наивысшего падения напряжения.
Но, не стоит унывать, изготовление паяльника на основе резистора МЛТ тоже довольно трудоёмкая работа, так как доработка самого резистора требует даже примитивной токарной обработки. А представленную ниже конструкцию можно повторить чуть ли ни на коленке.
Паяльник из консервной банки
Это эскиз малогабаритного паяльника для пайки SMD компонентов р/а. По нему и был собран этот паяльник.
Деталировка
Ручка паяльника была изготовлена из ручки от скакалки. К сожалению, ручка оказалась без сквозного отверстия, и его пришлось просверлить. В видеоролике показано, как это можно сделать.
В эскиз были заложены саморезы в качестве крепёжных элементов крепления корпуса и кабеля, но у меня дома не нашлось таких мелких шурупчиков. Поэтому я использовал пустотелые заклёпки, в которых нарезал резьбу.
Полученные таким образом резьбовые втулки и пружинку от шариковой ручки я вклеил эпоксидным клеем в отверстия, просверленные в ручке. Если вы будете использовать саморезы, то желательно под них тоже просверлить отверстия, чтобы ручка не растрескалась.
Каркасом паяльника является небольшая трубка, согнутая из жести от консервной банки. В качестве шаблона для гибки трубки использован отрезок медной проволоки диаметром 2,5мм. Эта же проволока послужила заготовкой для изготовления жала паяльника. При использовании проволоки другого диаметра, придётся внести поправку в чертёж развёртки каркаса.
Корпус паяльника тоже изготовлен из жести толщиной 0,3мм от консервной банки.
Чтобы, при сверлении отверстий диаметром 3 и 4 миллиметра, обеспечить правильную форму отверстий и не снимать заусенцы, лучше использовать свёрла с заточкой цапфенбор. Отверстия, указанных выше размеров, необходимы для снижения температуры корпуса в месте его соединения с ручкой паяльника. Разные же диаметры этих отверстий были выбраны для того, чтобы линия изгиба планок не проходила через отверстия.
А это чертёж развёрток: корпуса, каркаса и замыкателя. Четрёж можно приклеить к жести и использовать в качестве шаблона для обрезки контура и разметки отверстий. Под превьюшкой находится чертёж в формате А4. Масштаб чертежа 1:1, разрешение 300 пикселей на дюйм.
Технические данные и расчёт нагревательного элемента паяльника
Пара слов перед цифрами.
Малогабаритный паяльник должен быть низковольтным просто потому, что чем меньше размер нагревательного элемента, тем сложнее обеспечить электробезопасность. Это обусловлено конечной электрической прочностью воздушной изоляции.
Кроме этого, незначительная длина нихромового провода, из которого изготавливается низковольтный нагреватель, позволяет применить однослойную намотку. Нагреватель такой конструкции имеет лучшую теплоотдачу и более прост в изготовлении. В первую очередь это связано с тем, что каждый очередной слой нагревателя требует использования термостойкой прокладки, которая обладает более низкой, чем у металла теплопроводностью.
Предполагается, что температура паяльника будет регулироваться за счёт изменения напряжения питания, например, с помощью любительского лабораторного блока питания.
Рассчитаем сопротивление спирали для паяльника с номинальным напряжением 12 Вольт.
Исходные данные:
Напряжение питания – 0…12 Вольт,
Мощность – 15 Ватт,
Сопротивление нагревателя при этом будет равно:
R = U²/P , где:
R – сопротивление в Омах,
U – напряжение питания в Вольтах,
P – мощность нагревателя в Ваттах.
R = 12²/15 = 9,6 (Ом)
Нихромовый провод подходящего диаметра я получил, разобрав десятиваттный резистор С5-5-10Ватт на 160 Ом. Внутри оказался провод диаметром 0,17мм.
Кстати, металлический корпус от этого же резистора я применил при изготовлении
Нихромовый провод я не отжигал, так как расчётная длина провода позволила намотать витки с некоторым зазором (шагом). Если вам попадётся более толстый провод, и расстояние между витками будет слишком мало, то провод придётся отжечь до образования окалины.
Определить длину провода можно с помощью омметра. У меня получилось около 140мм.
Количество витков спирали нагревателя определяем так:
ω = L/(π*(D+d)) , где:
ω – количество витков,
L – длина провода,
π – число Пи (3,14),
D – диаметр каркаса вместе с изолирующей слюдяной прокладкой,
d – диаметр провода.
ω = 140/(3,14*(3,6+0,17)) ≈ 12 (витков)
Паяльник описанной конструкции может обеспечить температуру на конце жала свыше 500°С. Время достижения температуры 350°С около одной минуты.
Сборка паяльника
Спираль нагревательного элемента намотана на каркасе из жести. Между каркасом и спиралью проложена прокладка из слюды (или стекломиканита). Чтобы пластинка слюды не рассыпалась при намотке спирали, она была наклеена на лоскут стеклоткани. С внешней стороны спираль также изолирована несколькими слоями стеклоткани.
На выводы спирали одета трубка из стеклоткани, позаимствованная у выброшенной соседями электроплиты.
Для обеспечения равномерной стяжки нагревателя жестяной обечайкой, в разрыв обечайки вставляется небольшой жестяной замыкатель. Он предотвращает выдавливание стеклоткани в зазор обечайки.
А это самодельный паяльник для пайки SMD деталей в собранном виде. Небольшое расстояние между передним краем ручки и концом жала обеспечивает необходимую точность позиционирования жала при монтаже мелких радиодеталей.
Близкие темы
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.
Качественная пайка поверхности плат микросхем обеспечивается за счёт специальных компонентов, где паяльная паста для SMD играет весомую роль. Согласно общепринятой классификации, промышленность использует несколько подвидов материалов, используемые для эффективного соединения, в частности:
- Отмывочная группа.
- Безотмывочная группа.
- Растворимые на основе водной жидкости.
- Галогеносодержащие.
- Без состава галогенов.
Что такое СМД и основные принципы
Применение флюса для пайки СМД компонентов имеет свои особенности, которые позволяют улучшить соединение поверхности микросхем и плат. Общая рекомендация по применению флюса для пайки SMD эффективны к чип-резисторам, а также SOIC, LQFP, QFN и другие. Нанесение тончайшего слоя материала позволяет осуществлять производственную пайку без ущерба качества. Кстати, дословно с английского значение паста для пайки SMD, переводится как «использование компонентов для поверхностной пайки»(Surface Mounted Devices). Как видно из рабочего названия пасты, она позволяет обеспечить достаточную монтажную плотность соединения по сравнению с обычными технологиями.
Большинство умельцев ошибочно считает, что использование СМД-компонентов непрактично в домашних условиях. Большинство мастеров считает, что только ТН-технология может понадобиться в домашних условиях, хотя главная проблема, это выбор правильного диаметра жала паяльника. Неопытные мастера действительно не знают тонкостей применения пайки SMD паяльной пастой, так как результатом работы является «заляпывание» оловом СМД — контактов печатной платы. Чтобы избежать типичных ошибок, следует учитывать некоторые параметры: капиллярный эффект, который должен иметь тонкую структуру строения, а также поверхностное натяжение и правильное смачивание обрабатываемой поверхности. Игнорирование поставленных задач не сможет в полной мере ответить на трудный вопрос, какой флюс лучше для пайки SMD в домашних или промышленных масштабах.
Качественный контакт с ножками микросхемы платы с SMD компонентами происходит по одной простой причине, эффект начинает оказывать сила общего действия натяжения, которая формирует отдельные независимые капли образования на поверхности платы олова.»
Как видно из общего описания, действия мастера сведены к минимуму и флюс для пайки SMD компонентов осуществляет только разогрев ножек применяемых частей микродеталей. Помните, при работе с очень мелкими компонентами и деталями может произойти схватывание (непредвиденное соединение) технологических элементов к жалу работающего горячего паяльника, что негативно сказывается на дальнейшей работе микросхемы.
Особенности технологии в заводских условиях
Для промышленного производства паста для пайки SMD компонентов адаптирована под групповую систему, где задействована электронная система нанесения флюса по поверхности микросхемы. На поверхности контактных рабочих площадках используют тонкую технологию нанесения при помощи шелкографии. Таким образом, по своей технологии и консистенции материал чем-то напоминает нам привычную зубную пасту. Субстанция включает в себя припой порошка, а также компоненты флюса. Вся субстанция перемешивается и конвейерным способом наносится на поверхность микросхемы.
Автоматизированная система аккуратно переворачивает платы, которые необходимо запаять, далее микросхемы перемещаются в температурный шкаф, где происходить растекание массы с последующим припоем. В печи, под воздействие требуемой температуры происходит условное обтекание технологических контактных ножек SMD компонентов, и в итоге получается довольно прочное соединение. После температурного шкафа микросхему снова перемещают в естественную среду, где происходит остывание.
Можно ли самостоятельно паять пастой SMD?
Теоретически да, но практически нужен довольно большой опыт для проведения данной технологической операции. Для работы нам понадобятся следующие инструменты и препараты:
- Специальный паяльник с тонким жалом для SMD-компонентов.
- Бокорезы инструментальные.
- Пинцет производственный.
- Шило или специальная тонкая игла.
- Материал припоя.
- Увеличительное стекло, можно лупу (необходимо будет постоянно наблюдать за тонкими ножками СМД-компонентов).
- Флюс с нейтральными безотмывочными свойствами (дополнительный препарат).
- Шприц, при помощи которого будем наносить флюс.
- Если нет безотмывочного препарата, используем настой спиртовой и канифоль.
- Паяльный фен средней нагрузки и мощности.
Флюс всегда должен быть в жидком состоянии, таким образом, вы полностью обеззараживаете поверхность микросхемы. Кроме этого, препарат в процессе работы убирает образование окислов на поверхности платы. Помните, что спиртовой раствор совместно с канифолью не могут обеспечить качество пайки, и их применение допустимо только в том случае, если нет под рукой подходящего состава для пайки.
Выбор паяльника
Для работы требуется подобрать специальный паяльник, который имеет регулировку диапазона нагрева. Для работы с микросхемой подойдёт паяльник, который имеет рабочую температуру нагрева не боле +250…+300 С. Если под рукой нет такого паяльника, допускается использовать устройство с мощностью от 20 до 30 Вт и не более 12-36 Вольт.
Паяльник с напряжением 220 Вольт не сможет обеспечить качество пайки, где очень трудно регулировать требуемую температуру нагрева флюса.
Не советуем применять паяльник с жалом типа «конус», это приведёт к повреждению обрабатываемой поверхности. Самым оптимальным жалом является тип «микроволна». Паяльник с напряжением 220 Вольт не только быстро нагревается, но и приводит к тому, что в процессе пайки происходит улетучивание компонентов. Для эффективной работы паяльника, рекомендуем использовать тончайшую проволочку для обеспечения взаимодействия жала, флюса и припоя.
- Помещаем SMD- компоненты на специальную контактную рабочую площадку.
- Наносим жидкий препарат на ножки задействованных компонентов очень аккуратно.
- Под действие рабочей температуры происходит растекание флюса и припоя по контактной площадке.
- Даём время необходимого для того, чтобы могли остыть контакты и препарат на поверхности платы.
Но, для микросхемы процедура пайки немного отличается от вышеприведённой:
- Производим монтаж SMD-контактов на точно установленные контактные места.
- В метах соединения смачиваем флюсом.
- Для качественного припоя делаем надёжный контакт с одной стороны, после этого припаиваем другую ножку.
- Предельно аккуратно припаиваем другие рабочие компоненты, не забываем при этом жалом паяльника удалять образования.
В некоторых случаях допускается использовать для пайки специальный паяльный фен, но для этого необходимо создать подобающие рабочие условия. Помните, что фен допускается разогревать только до температуры +250 С, не более (в редких случаях до +300 С).
Видео: как сделать флюс для пайки SMD своими руками
SMD - Surface Mounted Devices - Компоненты для поверхностного монтажа - так расшифровывается эта английская аббревиатура. Они обеспечивают более высокую по сравнению с традиционными деталями плотность монтажа. К тому же монтаж этих элементов, изготовление печатной платы оказываются более технологичными и дешевыми при массовом производстве, поэтому эти элементы получают все большее распространение и постепенно вытесняют классические детали с проволочными выводами. В радиолюбительских конструкциях все чаще применяются детали, предназначенные для поверхностного монтажа (SMD). Пайка таких компонентов, особенно вручную, вызывает трудности.
Инструменты и материалы
Несколько слов про необходимые для этой цели инструменты и расходные материалы. Прежде всего это пинцет, острая иголка или шило, кусачки, припой, очень полезен бывает шприц с достаточно толстой иголкой для нанесения флюса. Поскольку сами детали очень мелкие, то обойтись без увеличительного стекла тоже бывает очень проблематично. Еще потребуется флюс жидкий, желательно нейтральный безотмывочный. На крайний случай подойдет и спиртовой раствор канифоли, но лучше все же воспользоваться специализированным флюсом, благо выбор их сейчас в продаже довольно широкий.
В любительских условиях удобнее всего такие детали паять при помощи специального паяльного фена или по другому - термовоздушной паяльной станцией. Выбор их сейчас в продаже довольно велик и цены, благодаря нашим китайским друзьям, тоже очень демократичные и доступны большинству радиолюбителей. Вот например такой образчик китайского производства с непроизносимым названием. Я такой станцией ользуюсь уже третий год. Пока полет нормальный.
Ну и конечно же, понадобится паяльник с тонким жалом. Лучше если это жало будет выполнено по технологии «Микроволна» разработанной немецкой фирмой Ersa. Оно отличается от обычного жала тем, что имеет небольшое углубление в котором скапливается капелька припоя. Такое жало делает меньше залипов при пайке близко расположенных выводов и дорожек. Настоятельно рекомендую найти и воспользоваться. Но если нет такого чудо-жала, то подойдет паяльник с обычным тонким наконечником.
В заводских условиях пайка SMD деталей производится групповым методом при помощи паяльной пасты. На подготовленную печатную плату на контактные площадки наносится тонкий слой специальной паяльной пасты. Делается это как правило методом шелкографии. Паяльная паста представляет собой мелкий порошок из припоя, перемешанный с флюсом. По консистенции он напоминает зубную пасту.
После нанесения паяльной пасты, робот раскладывает в нужные места необходимые элементы. Паяльная паста достаточно липкая, чтобы удержать детали. Потом плату загружают в печку и нагревают до температуры чуть выше температуры плавления припоя. Флюс испаряется, припой расплавляется и детали оказываются припаянными на свое место. Остается только дождаться охлаждения платы.
Вот эту технологию можно попробовать повторить в домашних условиях. Такую паяльную пасту можно приобрести в фирмах, занимающихся ремонтом сотовых телефонов. В магазинах торгующих радиодеталями, она тоже сейчас как правило есть в ассортименте, наряду с обычным припоем. В качестве дозатора для пасты я воспользовался тонкой иглой. Конечно это не так аккуратно, как делает к примеру фирма Asus когда изготовляет свои материнские платы, но тут уж как смог. Будет лучше, если эту паяльную пасту набрать в шприц и через иглу аккуратно выдавливать на контактные площадки. На фото видно, что я несколько переборщил плюхнув слишком много пасты, особенно слева.
Посмотрим, что из этого получится. На смазанные пастой контактные площадки укладываем детали. В данном случае это резисторы и конденсаторы. Вот тут пригодится тонкий пинцет. Удобнее, на мой взгляд, пользоваться пинцетом с загнутыми ножками.
Вместо пинцета некоторые пользуются зубочисткой, кончик которой для липкости чуть намазан флюсом. Тут полная свобода - кому как удобнее.
После того как детали заняли свое положение, можно начинать нагрев горячим воздухом. Температура плавления припоя (Sn 63%, Pb 35%, Ag 2%) составляет 178с*. Температуру горячего воздуха я выставил в 250с* и с расстояния в десяток сантиметров начинаю прогревать плату, постепенно опуская наконечник фена все ниже. Осторожнее с напором воздуха - если он будет очень сильным, то он просто сдует детали с платы. По мере прогрева, флюс начнет испаряться, а припой из темно-серого цвета начнет светлеть и в конце концов расплавиться, растечется и станет блестящим. Примерно так как видно на следующем снимке.
После того как припой расплавился, наконечник фена медленно отводим подальше от платы, давая ей постепенно остыть. Вот что получилось у меня. По большим капелькам припоя у торцов элементов видно где я положил пасты слишком много, а где пожадничал.
Паяльная паста, вообще говоря, может оказаться достаточно дефицитной и дорогой. Если ее нет в наличии, то можно попробовать обойтись и без нее. Как это сделать рассмотрим на примере пайки микросхемы. Для начала все контактные площадки необходимо тщательно и толстым слоем облудить.
На фото, надеюсь видно, что припой на контактных площадках лежит такой невысокой горочкой. Главное чтобы он был распределен равномерно и его количество на всех площадках было одинаково. После этого все контактные площадки смачиваем флюсом и даем некоторое время подсохнуть, чтобы он стал более густым и липким и детали к нему прилипали. Аккуратно помещаем микросхему на предназначенное ей место. Тщательно совмещаем выводы микросхемы с контактными площадками.
Рядом с микросхемой я поместил несколько пассивных компонентов керамические и электролитический конденсаторы. Чтобы детали не сдувались напором воздуха нагревать начинаем свысока. Торопиться здесь не надо. Если большую сдуть достаточно сложно, то мелкие резисторы и конденсаторы запросто разлетаются кто куда.
Вот что получилось в результате. На фото видно, что конденсаторы припаялись как положено, а вот некоторые ножки микросхемы (24, 25 и 22 например) висят в воздухе. Проблема может быть или в неравномерном нанесении припоя на контактные площадки или в недостаточном количестве или качестве флюса. Исправить положение можно обычным паяльником с тонким жалом, аккуратно пропаяв подозрительные ножки. Чтобы заметить такие дефекты пайки необходимо увеличительное стекло.
Паяльная станция с горячим воздухом - это хорошо, скажете вы, но как быть тем, у кого ее нет, а есть только паяльник? При должной степени аккуратности SMD элементы можно припаивать и обычным паяльником. Чтобы проиллюстрировать эту возможность припаяем резисторы и пару микросхем без помощи фена одним только паяльником. Начнем с резистора. На предварительно облуженные и смоченные флюсом контактные площадки устанавливаем резистор. Чтобы он при пайке не сдвинулся с места и не прилип к жалу паяльника, его необходимо в момент пайки прижать к плате иголкой.
Потом достаточно прикоснуться жалом паяльника к торцу детали и контактной площадке и деталь с одной стороны окажется припаянной. С другой стороны припаиваем аналогично. Припоя на жале паяльника должно быть минимальное количество, иначе может получиться залипуха.
Вот что у меня получилось с пайкой резистора.
Качество не очень, но контакт надежный. Качество страдает из за того, что трудно одной рукой фиксировать иголкой резистор, второй рукой держать паяльник, а третьей рукой фотографировать.
Транзисторы и микросхемы стабилизаторов припаиваются аналогично. Я сначала припаиваю к плате теплоотвод мощного транзистора. Тут припоя не жалею. Капелька припоя должна затечь под основание транзистора и обеспечить не только надежный электрический контакт, но и надежный тепловой контакт между основанием транзистора и платой, которая играет роль радиатора.
Во время пайки можно иголкой слегка пошевелить транзистор иголкой, чтобы убедиться что весь припой под основанием расплавился и транзистор как бы плавает на капельке припоя. К тому же лишний припой из под основания при этом выдавится наружу, улучшив тепловой контакт. Вот так выглядит припаянная микросхема интегрального стабилизатора на плате.
Теперь надо перейти к более сложной задаче - пайке микросхемы. Первым делом, опять производим точное позиционирование ее на контактных площадках. Потом слегка «прихватываем» один из крайних выводов.
После этого нужно снова проверить правильность совпадения ножек микросхемы и контактных площадок. После этого таким же образом прихватываем остальные крайние выводы.
Теперь микросхема никуда с платы не денется. Осторожно, по одной припаиваем все остальные выводы, стараясь не посадить перемычку между ножками микросхемы.
Вот тут то нам очень пригодится жало «микроволна» о котором я упоминал вначале. С его помощью можно производить пайку многовыводных микросхем, просто проводя жалом вдоль выводов. Залипов практически не бывает и на пайку одной стороны с полусотней выводов с шагом 0,5 мм уходит всего минута. Если же такого волшебного жала у вас нет, то просто старайтесь делать все как можно аккуратнее.
Что же делать, если несколько ножек микросхемы оказались залиты одной каплей припоя и устранить этот залип паяльником не удается?
Тут на помощь придет кусочек оплетки от экранированного кабеля. Оплетку пропитываем флюсом. Затем прикладываем ее к заляпухе и нагреваем паяльником.
Оплетка как губка впитает в себя лишний припой и освободит от замыкания ножки микросхемы. Видно, что на выводах остался минимум припоя, который равномерно залил ножки микросхемы.
Надеюсь, я не утомил вас своей писаниной, и не сильно расстроил качеством фотографий и полученных результатов пайки. Может кому-нибудь этот материал окажется полезным. Удачи!
С уважением, Тимошкин Александр
Установка и пайка SMD элементов в домашних условия — в наше время все большую популярность приобретает сборка электронных устройств именно на компонентах SMD, предназначенных для установки на поверхность платы. Такая технология монтажа обусловлена максимально плотной компоновкой деталей, да и в плане экономики является технологически дешевым производством. В интернете можно найти множество статей посвященных методам монтажа таких электронных компонентов, но у каждого радиолюбителя есть свои способы работы с СМД-деталями, так и я в своей статье хочу поделится своими навыками в проведении поверхностного монтажа электронных деталей как с начинающими радиолюбителями, так и с теми куму еще не доводилось работать с SMD.
Внимание! Все картинки кликабельны.
Необходимые инструменты и материалы
Немного об инструментах и материалах, которые потребуются в процессе работы. Обязательно должен быть хороший пинцет, иголка (можно от шприца), для нанесения флюса потребуется шприц с толстой иглой, кусачки, легкоплавкий припой, а так как сами детали миниатюрные и не вооруженным глазом с ними затруднительно работать, поэтому потребуется еще увеличительное стекло. А в идеале не плохо бы иметь у себя прибор такой как налобная лупа, например вот такой марки: MG81001-3LED — это увеличительное стекло с набором трехмерных линз и встроенной светодиодной подсветкой. И еще обязательным материалом должен быть у вас жидкий флюс, например F-3 или самостоятельно приготовленный из порошка чистой канифоли и спирта, но все же рекомендуется пользоваться флюсами промышленного производства, в продаже их выбор огромен.
В бытовых условиях паять SMD-детали предпочтительнее всего горячим воздухом, для этого существуют специальные паяльные станции, а вместо обычного паяльника установлен электрический фен. Такое оборудование сейчас в продаже присутствует то же в большом количестве, а если китайского производства, то и цены невысокие. Вот здесь на фото показан такой китайский прибор, название трудно произносится, но работает эта станция уже около трех лет и пока безотказно.
Естественно нужен будет не большой паяльник с тонким наконечником, куда без него? Преимущество здесь отдается набору паяльных жал «Микроволна», изготовленных по технологии немецкой фирмой Ersa c 80-летним стажем. В наборе имеются жало разнообразных форм и назначений, более распространенная конструкция это жало с внутренним углублением, в котором скапливается дозированное количество припоя и удобно при работе с деталями плотной компоновки, а так же уменьшается вероятность залипания между близко расположенными выводами микросхем. Обязательно приобретите такой набор сменных паяльных жал, который намного облегчит вам пайку. В случаи если вы пока не обзавелись такими наконечниками, то можно паять и обычным тонким конусным жалом.
На заводских конвейерах монтаж SMD деталей производится методом нанесение на плату специальной пасты, затем с помощь роботов размещаются компоненты на свои установочные места, тем самым прилипая к паяльной пасте и по конвейеру отправляются в термическую печь, В печи происходит нагрев плат до заданной температуры. В процессе нагрева, флюс из паяльной пасты испаряется, а припой расплавляясь образует надежное контактное соединение детали с печатной платой.
Отталкиваясь от заводских технологий можно попытаться воспроизвести эти работы в условиях домашней мастерской. Паяльную пасту сейчас приобрести думаю не составит труда, так как она имеется в магазинах электроники и на радио-рынках в широком ассортименте. Что бы наносить пасту на плату в дозированном количестве, нужно воспользоваться тонкой иголкой от шприца. Я думаю наиболее подходящим вариантом будет применение самого шприца, в который набирается паста, а потом выдавливается на контактные площадки платы. На фото показано как не надо делать, то есть выдавлено слишком большое количество пасты, особенно в левой части платы.
Тем не менее продолжаем работу по установке компонентов. На площадки с нанесенной пастой размещаем детали, на данный момент это конденсаторы и резисторы. На этой стадии компоновки без пинцета никак не обойтись, при чем пинцет должен быть желательно с загнутыми концами, мне например таким удобнее пользоваться.
Для одноразовой установки деталей можно конечно обойтись и без пинцета, скажем взять зубочистку, а ее кончик смазать каким то липким веществом, можно тем же флюсом, то вполне возможно установить компонент на площадку. Здесь просто кто как приспособиться.
После завершения компоновки деталей и установки их на предназначенные места, начинается процесс нагревания горячим воздухом. Легкоплавкий припой начинает плавится при температуре +178°С, а значение температуры горячего воздуха нужно устанавливать регулятором на паяльной станции в пределах +250°С, затем расположив наконечник фена на расстоянии примерно 100 мм, начинать осторожно греть плату при этом постепенно приближая сопло фена ближе к плате. Нужно быть внимательнее с давлением горячего воздушного потока, в случаи его сильного напора, велика вероятность сдувания всех деталей с платы. Так же как и в промышленном производстве, в нагревательной печи флюс испаряется при нагреве, а припой расплавляясь меняет свой цвет, и постепенно из темного превращается в светлый и блестящий. На снимке ниже показан именно момент его расплавление.
После завершения расплавления припоя, сопло фена нужно медленно отвести от поверхности печатной платы, тем самым дать возможность ей остыть. На фото показано, что в итоге вышло. Исследования показали: большие капли припоя в торцах деталей говорят о том, что пасты в этих местах избыточно, а где мало припоя — значит было мало пасты.
Может такое случиться, что в вашем регионе паяльная паста отсутствует или она для вас слишком дорогая, то есть вариант пайки без применения пасты. Этот способ будет показан на фото, а в качестве примера послужит микросхема. Вначале нужно на все площадки, куда будут устанавливаться компоненты, покрыть толстым слоем припоя, то есть применить лужение.
На снимках должно быть видно, контактные площадки покрыты припоем так, что они образуют некий бугорок. Здесь одним из важных условий является равномерное нанесение припоя на все площадки, то есть бугорки по высоте должны быть одинаковы.После того как вы произвели лужение, на места установки элементов капаем из шприца немного флюса и немного подождем пока он загустеет. В таком состоянии к флюсу легче будут прилипать SMD-детали. С особой аккуратностью с помощью пинцета устанавливаем микросхему на отведенное для нее место. Совместить выводы микросхемы с площадками на плате, это уже дело принципа.
Вблизи микросхемы я расположил некоторое количество пассивных элементов, керамические и полярные конденсаторы. Что бы избежать выпадания деталей с платы под воздействием горячей струи воздуха от фена, начинаем греть плату как уже писалось выше, с некоторым удалением сопла фена от поверхности деталей. Главное не торопитесь с прогревом, не аккуратное движение струей воздуха и мелкие детали все разлетятся.
Вот посмотрите, что вышло в результате этих действий. На снимке видно, что емкости припаяны, как и должно быть, а вот несколько ножек микросхемы, обозначенные красным цветом не припаялись. Это брак может быть вызван несколькими причинами, такие как недостаточно припоя на площадках или мало было нанесено флюса. Исправляется это обыкновенным паяльником с тонким конусным наконечником. Нужно опять добавить немного флюса на площадку и пропаять с добавлением припоя. Для предупреждения таких дефектов нужно всегда пользоваться лупой.
У тех радиолюбителей, у кого нет паяльной станции можно обходится, как было сказано выше, простым паяльником. Ниже, на картинках показаны примеры пайки резисторов и две микросхемы при помощи паяльника. В качестве первого примера будет резистор. На заранее подготовленные контактные площадки, то есть уже с нанесенным на них припоем и флюсом устанавливаем резистор. Чтобы избежать его сдвига во время пайки, его нужно прижать шилом или иглой.
Далее хватает кратковременного прикосновения жалом паяльника вывода детали на площадке и компонент тут же будет припаян. Старайтесь набирать припой жалом паяльника не очень много, иначе из-за излишек может произойти затекание припоя относительно соседних выводов или дорожек.
Вот здесь результат пайки резистора
Качество конечно оставляет желать лучшего, но зато надежно. Снижение качества пайки происходит из-за неудобства одновременно паять, прижимать резистор и делать фото, то есть проблема в отсутствии «третьей руки».
Остальные электронные компоненты припаиваются аналогичным способом. Что касается меня, то вначале я припаиваю к контактной площадке основание мощного транзистора, при этом припой не экономлю. Части припоя необходимо затечь под корпус полупроводника, что создаст дополнительный надежный электрический и тепловой контакт.
Что бы не было сомнений в надежности пайки, то когда начинаете паять деталь, пошевелите иглой корпус транзистора, он должен немного скользить, это доказывает что припой под корпусом полностью расплавился, а излишки выдавятся наружу, тем самым улучшая тепловой контакт. На снимке показана уже запаянная микросхема стабилизатора.
После припайки одной ножки, нужно еще раз проверить точность установки микросхемы и совпадения ее ножек с площадками, а затем уже паяем остальные выводы по краям.
Теперь микросхема надежно закреплена с четырех сторон. Соблюдая осторожность паяем остальные ножки, при этом следите за тем, чтобы не сделать перемычек припоем между выводами микросхемы.
Вот на этом этапе работы очень поможет наконечник для паяльника «микроволна», о нем говорилось в начале статьи. Используя это жало, можно без особого труда паять сборки микросхем с большим количеством выводов, достаточно легким способом, просто вести наконечником паяльника вдоль ножек микросхемы. Перемычки между выводами бывают очень редко, а время пайки чипа с более чем полсотни ножек на одной стороне занимает около минуты. Вот такое это удивительное жало. Ну, а если у вас его нет то делайте работу простым коническим наконечником, но очень аккуратно.
Если произошел такой неприятный момент как спаивание нескольких выводов микросхемы вместе, а только одним паяльником убрать эти перемычки всегда проблематично.
То тогда убрать их можно с помощью отрезка оплетки, взятого от экранированного провода. Оплетку необходимо поместить в емкость с флюсом, что бы она пропиталась, а потом приложить на проблемное место с наплывом припоя и паяльником через эту оплетку разогреть припой.
Весь лишний припой впитается в оплетку, а площадка и зазор между выводами микросхемы останутся чистыми и свободными от ненужного залипания.
В конце статьи остается надеяться, что этот пост хотя бы немного был полезен для вас. А качество фотоснимков не вызвало у вас раздражения, так как фото делались одновременно с пайкой. Удачи всем в делах электронных!
