Как паяют SMD-компоненты

Как паяют SMD-компоненты

SMD-компонентами называют небольшие электронные элементы, которые монтируются на поверхность печатной платы. «SMD» (в транскрипции «СМД») является аббревиатурой словосочетания из английского языка «Surface Mounted Device», которое переводится, как «прибор, монтируемый на поверхность».

Еще одно значение слова «поверхность» проявляется в том, что пайка производится не традиционным способом, когда выводы компонентов вставляются в отверстие печатной платы и на обратной стороне припаиваются к токопроводящим дорожкам. SMD-компоненты монтируются на лицевой стороне, где находятся все дорожки. Такой вид посадки и называется поверхностным монтажом.

Пайка SMD в корпусе 1206, 0805, MELF, MINIMELF и т. д.

В этих корпусах производят резисторы, конденсаторы, диоды и светодиоды. Такие элементы поставляются в бумажных или пластиковых лентах, адаптированных к автоматической сборке. Такие ленты наматывают на барабаны и обычно содержат 5000 штук элементов, хотя, может быть, даже 20000 в одной катушке.

Такие катушки устанавливаются в сборочные машины, благодаря чему весь процесс производства может быть полностью автоматизирован. Роль человека в подобном производстве — это только установка новых катушек и контроль качества готовой продукции.

В названии корпуса закодированы размеры SMD компонента. Например, 1206 означает, что длина элемента составляет 120 mils, а ширина — 60 mils. Mils составляет 1/1000 дюйма или 0,0254 мм.

На практике чаще всего используются корпуса 1206, 0805, 0603, 0402, 0201, 01005. Для ручного монтажа идеально подходит корпус 1206, но даже 0402 можно паять вручную, хотя это довольно утомительно. Элементы MELF имеют цилиндрическую форму и чаще всего являются диодами или резисторами. Давайте теперь перейдем к делу!

Припаять диод в корпусе MELF

Прежде всего, мы должны облудить одну из контактных площадок. Мы обрабатываем площадку флюсом и прикасаемся к ней кончиком паяльника, и через некоторое время наносим припой. Припой должен немедленно расплавиться и равномерно покрыть всю площадку. Все, что вам нужно, это тонкий слой припоя — лучше, чтобы его было мало, чем слишком много.

Далее мы берем SMD компонент за боковые стороны и кладем его на место пайки. После этого следует разогреть ранее облуженную площадку и придавить в нее SMD компонент. Припой должен равномерно охватить вывод компонент.

Последний этап — пайка второго контакта. Здесь нет ничего сложного — мы прикасаемся к контакту и к площадке жалом паяльника, затем прикладываем к нему припой, который быстро плавиться, обволакивая место пайки ровным слоем.

На следующих рисунках показано, как припаивается конденсатор в корпусе 1206. Последовательность операций идентична приведенной выше.

Пайка SMD компонентов своими руками. Инструкция

В этой статье будет рассмотрена небольшая инструкция по пайки smd компонентов. Вы научитесь паять многоногие микросхемы, а так же познакомитесь с основными моментами и возможными трудностями, которые могут возникнуть в процессе пайки и узнаете как их избежать. В статье наглядно показано как паять SMD компоненты своими руками, а так же рассказывается о необходимом оборудовании и припоях, надеюсь надеюсь будет полезно!

С каждым днем все чаще радиолюбители используют в своем творчестве SMD детали и компоненты. Не смотря на размеры, работать с ними проще: не нужно сверить отверстия в плате, откусывать длинные вывода и т.д. Осваивать пайку SMD компонентов нужно обязательно, так как она точно пригодится.

Данный мастер-класс рассчитан не на новичков в пайке, а скорее на любителей, которые хорошо паяют но испытывают небольшие затруднения с пайкой многоногих микросхем или контроллеров.

Что понадобится для пайки SMD компонентов

  • Паяльник с регулятором температуры и толщиной жала Купить паяльник
  • Губка для очистки жала Купить губку
  • Оплётка для выпайки Купить оплётку
  • Пинцет радиомонтажный Купить пинцет
  • Припой трубчатый или другой Купить припой
  • Флюс паста Купить флюс пасту
  • Флюс жидкий Купить жидкий флюс

А лучше всего купить готовый набор для пайки SMD компанентов , где есть все необходимые инструменты и принадлежности.

Это минимальный набор, без дорогих паяльных станций, фенов и оловоотсосов.

Паяем SMD компоненты своими руками

Итак, начнем с самого сложного — пайка контроллера в корпусе QFP100. С чип резисторами и конденсаторами, думаю, и так все понятно. Главное правило тут: много флюса не бывает или флюсом пайку не испортишь. Избыточное нанесение флюса не дает олову обильно растекаться по контактом и замыкать их. Ещё есть второе второстепенное правило: даже мало припоя бывает много. В общем, дозировать и наносить его на жало нужно очень осторожно, чтобы не переборщить, иначе зальет все сразу.

Лужение площадки

Опытные радиолюбители не всегда выполняют подобный шаг, но на первых парах я рекомендую его сделать.

Нужно залудить плату, а именно место куда будет припаян контроллер. Конечно, площадка скорей всего залужена, особенно если плата сделана на производстве. Но со временем на контактах появляется оксидная пленка, которая может вам помешать. Нагреваем паяльник до рабочей температуры. Площадку обильно смазываем флюсом. На жало наносим немного припоя и лудим дорожки.

Лишний припой удаляем с помощью ПЩ провода. Он отлично впитывает припой благодаря эффекту капиллярности.

Устанавливаем и выравниваем контроллер

Когда площадка подготовлена, пришло время установить контроллер. Тут есть хитрость, большинство паяльщиков устанавливают микросхему и пинцетом выравнивают ее контакты по дорожкам. Но делать это очень сложно, так как даже небольшое подергивание рукой откидывает контроллер на значительное расстояние. Делать это будет гораздо проще, если смазать по диагонали уголки флюсом-пастой.

Теперь устанавливаем контроллер и корректируем пинцетом.

Как только микросхема встала — припаиваем контакты по диагонали.

Проверяем, все ли контакты попали на свои места.

Пайка SMD контактов микросхемы

Тут уже можно использовать как жидкий, так и тягучий флюс. Очень обильно наносим его на контакты.

Смачиваем каплей припоя жало, лишнее очищаем губкой.

И, аккуратно проводим по смазанным контактам.

Торопиться в этом деле не нужно.

Удаление лишнего флюса и припоя

Посте пропайки всех контактов, пришло время удалять лишний припой. Наверняка несколько контактов, да слиплись.

Очень обильно смачиваем контакты жидким флюсом. Жало паяльника полностью очищаем губкой от припоя и проходимся по слипшимся контактам. Лишний припой должен втянуться на жало. Чтобы удалить лишний флюс используйте СБС — спирто-бензиновую смесь, смешанную 1:1.

И тщательно всё протираем!

Смотрите видео с мастер-классом:

Обязательно посмотрите видео, где наглядно видно движение паяльника и все манипуляции.

Поверхностный монтаж, применение ЧИП (SMD) компонентов

Современная радиоаппаратура строится в основном только на так называемых чип компонентах, это чип резисторы, конденсаторы, микросхемы и прочее. Выводные радиодетали, которые мы привыкли выпаивать со старых телевизоров и магнитофонов и которые радиолюбители обычно применяют для сборки своих схем и устройств, все реже применяются в современной радиоаппаратуре.

В чем же заключаются плюсы применения таких чип элементов? Давайте разберемся.

Плюсы данного вида монтажа

Во первых, применение чип компонентов заметно уменьшает размеры готовых печатных плат, уменьшается их вес, как следствие для этого устройства потребуется небольшой компактный корпус. Так можно собрать очень компактные и миниатюрные устройства. Применение чип элементов заставляет экономить печатную плату (стеклотекстолит), а так же хлорное железо для их травления, кроме того, не приходиться тратить время на высверливание отверстий, в любом случае, на это уходит не так много времени и средств.
Платы изготовленные таким образом легче ремонтировать и легче заменять радиоэлементы на плате. Можно делать двухсторонние платы, и размещать элементы на обеих сторонах платы. Ну и экономия средств, ведь чип компоненты стоят дешево, а оптом брать их очень выгодно.

Читайте также  Эксцентрики для мебели

Для начала, давайте определимся с термином поверхностный монтаж, что же это означает? Поверхностный монтаж – это технология производства печатных плат, когда радиодетали размещаются со стороны печатных дорожек, для их размещения на плате не приходится высверливать отверстия, если коротко, то это означает «монтаж на поверхность». Данная технология является наиболее распространенным на сегодняшний день.

Кроме плюсов есть конечно же и минусы. Платы собранные на чип компонентах боятся сгибов и ударов, т.к. после этого радиодетали, особенно резисторы с конденсаторами просто напросто трескаются. Чип компоненты не переносят перегрева при пайке. От перегрева они часто трескаются и появляются микротрещины. Дефект проявляет себя не сразу, а только в процессе эксплуатации

Типы и виды чип радиодеталей

Резисторы и конденсаторы

Чип компоненты (резисторы и конденсаторы) в первую очередь разделяются по типоразмерам, бывают 0402 – это самые маленькие радиодетали, очень мелкие, такие применяются например в сотовых телефонах, 0603 — так же миниатюрные, но чуть больше чем предыдущие, 0805 – применяются например в материнских платах, самые ходовые, затем идут 1008, 1206 и так далее.

Ниже дана более таблица с указанием размеров некоторых элементов:
[0402] — 1,0 × 0,5 мм
[0603] — 1,6 × 0,8 мм
[0805] — 2,0 × 1,25 мм
[1206] — 3,2 × 1,6 мм
[1812] — 4,5 × 3,2 мм

Все чип резисторы обозначаются кодовой маркировкой, хоть и дана методика расшифровки этих кодов, многие все равно не умеют расшифровывать номиналы этих резисторов, в связи с этим я расписал коды некоторых резисторов, взгляните на таблицу.

Примечание: В таблице ошибка: 221 «Ом» следует читать как «220 Ом».

Что касается конденсаторов, они никак не обозначаются и не маркируются, поэтому, когда будете покупать их, попросите продавца подписать ленты, иначе, понадобится точный мультиметр с функцией определения емкостей.

Транзисторы

В основном радиолюбители применяют транзисторы вида SOT-23, про остальные я рассказывать не буду. Размеры этих транзисторов следующие: 3 × 1,75 × 1,3 мм.

Как видите они очень маленькие, паять их нужно очень аккуратно и быстро. Ниже дана распиновка выводов таких транзисторов:

Распиновка у большинства транзисторов в таком корпусе именно такая, но есть и исключения, так что прежде чем запаивать транзистор проверьте распиновку выводов, скачав даташит к нему. Подобные транзисторы в большинстве случаев обозначаются с одной буквой и 1 цифрой.

Диоды и стабилитроны

Диоды как и резисторы с конденсаторами, бывают разных размеров, более крупные диоды обозначают полоской с одной стороны – это катод, а вот миниатюрные диоды могут отличаться в метках и цоколевке. Такие диоды обозначаются обычно 1-2 буквами и 1 или 2 цифрами.

Стабилитроны, так же как и диоды, обозначаются полоской с краю корпуса. Кстати, из-за их формы, они любят убегать с рабочего места, очень шустрые, а если упадет, то и не найдешь, поэтому кладите их например в крышку от баночки с канифолью.

Микросхемы и микроконтроллеры

Микросхемы бывают в разных корпусах, основные и часто применяемые типы корпусов показаны ниже на фото. Самый не хороший тип корпуса это SSOP – ножки этих микросхем располагаются настолько близко, что паять без соплей практически нереально, все время слипаются ближайшие вывода. Такие микросхемы нужно паять паяльником с очень тонким жалом, а лучше паяльным феном, если такой имеется, методику работы с феном и паяльной пастой я расписывал в этой статье.

Следующий тип корпуса это TQFP, на фото представлен корпус с 32мя ногами (микроконтроллер ATmega32), как видите корпус квадратный, и ножки расположены с каждой его стороны, самый главный минус таких корпусов заключается в том, что их сложно отпаивать обычным паяльником, но можно. Что же касается остальных типов корпусов, с ними намного легче.

Как и чем паять чип компоненты?

Чип радиодетали лучше всего паять паяльной станцией со стабилизированной температурой, но если таковой нет, то остается только паяльником, обязательно включенным через регулятор! (без регулятора у большинства обычных паяльников температура на жале достигает 350-400*C). Температура пайки должна быть около 240-280*С. Например при работе с бессвинцовыми припоями, имеющими температуру плавления 217-227*С, температура жала паяльника должна составлять 280-300°С. В процессе пайки необходимо избегать избыточно высокой температуры жала и чрезмерного времени пайки. Жало паяльника должно быть остро заточено, в виде конуса или плоской отвертки.

Рекомендации по пайке чип компонентов

Печатные дорожки на плате необходимо облудить и покрыть спирто-канифольным флюсом. Чип компонент при пайке удобно поддерживать пинцетом или ногтем, паять нужно быстро, не более 0.5-1.5 сек. Сначала запаивают один вывод компонента, затем убирают пинцет и паяют второй вывод. Микросхемы нужно очень точно совмещать, затем запаивают крайние вывода и проверяют еще раз, все ли вывода точно попадают на дорожки, после чего запаивают остальные вывода микросхемы.

Если при пайке микросхем соседние вывода слиплись, используйте зубочистку, приложите ее между выводами микросхемы и затем коснитесь паяльником одного из выводов, при этом рекомендуется использовать больше флюса. Можно пойти другим путем, снять экран с экранированного провода и собрать припой с выводов микросхемы.

Несколько фотографий из личного архива

Заключение

Поверхностный монтаж позволяет экономить средства и делать очень компактные, миниатюрные устройства. При всех своих минусах, которые имеют место, результирующий эффект, несомненно, говорит о перспективности и востребованности данной технологии.

Как паять SMD-компоненты?

Порядок работ

Процесс пайки при тщательном подходе к теории и получении определенного опыта не является сложным. Итак, можно всю процедуру разделить на несколько пунктов:

  1. Необходимо поместить SMD-компоненты на специальные контактные площадки, расположенные на плате.
  2. Наносится жидкий флюс на ножки детали и нагревается компонент при помощи жала паяльника.
  3. Под действием температуры происходит заливание контактных площадок и самих ножек детали.
  4. После заливки отводится паяльник и дается время на остывание компонента. Когда припой остыл — работа выполнена.

Процесс пайки SMD-компонентов

При выполнении аналогичных действий с микросхемой процесс пайки немного отличается от вышеприведенного. Технология будет выглядеть следующим образом:

  1. Ножки SMD-компонентов устанавливаются точно на свои контактные места.
  2. В местах контактных площадок выполняется смачивание флюсом.
  3. Для точного попадания детали на посадочное место необходимо сначала припаять одну ее крайнюю ножку, после чего компонент легко выставляется.
  4. Дальнейшая пайка выполняется с предельной аккуратностью, и припой наносится на все ножки. Излишки припоя устраняются жалом паяльника.

Паяльник с острым жалом 24 В.

Как паять при помощи фена?

При таком способе пайки необходимо смазать посадочные места специальной пастой. Затем на контактную площадку укладывается необходимая деталь — помимо компонентов это могут быть резисторы, транзисторы, конденсаторы и т. д. Для удобства можно воспользоваться пинцетом. После этого деталь нагревается горячим воздухом, подаваемым из фена, температурой около 250º C. Как и в предыдущих примерах пайки, флюс под действием температуры испаряется и плавится припой, тем самым заливая контактные дорожки и ножки деталей. Затем отводится фен, и плата начинает остывать. При полном остывании можно считать пайку оконченной.

Читайте также  Устройство посудомоечной машины

Фен для паяния мелких деталей

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.

Процесс пайки SMD компонента

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.

Как выпаять светодиод из LED-лампочки

Вместо лампочек накаливания или энергосберегающих ламп в патрон светодиод не вставишь, нужен как бы посредник. Им является корпус лампы, в котором на плате расположены сразу несколько кристаллов.

Для удобства рекомендуется плотно намотать медную проволоку на жало, сечением не больше 4 мм.

Пинцетом или иголкой отодвигаем кристалл вниз, параллельно контактам.

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.

Качество пайки

По качеству пайки не самых сложных печатных плат установка ТЕРМОПРО не уступает лучшим образцам камерных и конвейерных печей, при этом цена установки несопоставима с ценами на промышленное оборудование для серийного производства. Таким образом, применение установки ТЕРМОПРО — выгодное, экономичное и качественное решение задачи пайки smd компонентов при изготовлении прототипов и мелкосерийном производстве малогабаритных плат.

Необходимое технологическое оборудование

Термостол НП 24-17про или НП 17-12про или НП 10-6про

с цифровым регулятором температуры ТП 1-10кд-про или инфракрасная паяльная станцияИК-650про с термостолом НП 34-24про

Шарнирный прижим для термодатчика

Прижим обеспечивает быструю и удобную установку термодатчика для контроля температуры на печатной плате.

Автоматический воздушный охладитель

Управляющий компьютер с программным обеспечением

Порядок технологических операций

1. Перед работой термостол предварительно прогревают до температуры 50 градусов.

2. Нанесение паяльной пасты на контактные площадки осуществляется с помощью дозатора ПП-34Ц. При достаточно часто повторяющейся серии печатной платы целесообразно наносить паяльную пасту используя трафарет.

5.1 Установка термодатчика на печатную плату для отладки термопрофиля. Для установки датчика на печатную плату рекомендуется выбирать места с широкими медными проводниками или медные площадки.

После того, как термопрофиль отлажен и проверен повторная установка термодатчика на плату не требуется, повторяемость техпроцесса обеспечивается автоматически.

5.2 Для пайки печатной платы без трудоемкой отладки программа оснащена режимом групповой пайки с обратной связью. В этом случае при пайке по заданному термопрофилю температура нагревателя автоматически корректируется в соответствии с текущей температурой платы.

7.1 Отладка термопрофиля в программе ТЕРМОПРО-ЦЕНТР.

7.2 При наличии отлаженного термопрофиля он загружается из базы данных программы и осуществляется запуск процесса пайки по термопрофилю.

7.3 Термопрофиль пайки можно визуально контролировать на экране компьютера в реальном масштабе времени.

Ограничения накладываемые техпроцессом

Обычно пайка smd компонентов на одной стороне платы по этой технологии происходит без проблем. Но все же процесс пайки по тремопрофилю на оборудовании «ТЕРМОПРО» накладывает определенные рамки на технологический процесс групповой пайки smd компонентов на печатные платы.

Динамические возможности пайки smd компонентов на термостолах ограничены скоростью нагрева до 1°C/с. Рекомендуемая скорость нагрева на наклонных участках термопрофиля должна составлять от 0.5 до 0.8°C/с. (Скорость подбирается экспериментально, чем толще плата или больше слоев, тем меньше скорость нагрева). Скорость охлаждения рекомендуется устанавливать в пределах от -0.8° до -1°C/с.

При пайке smd компонентов с односторонним монтажом на большой плате следует прижимать плату к поверхности термостола по углам. (Это требуется для предотвращения небольшого искривления платы, вызванного большим нагревом нижней поверхности платы)

Качественная пайка микросхем типа BGA, QFN, QFP по этой технологии затруднена из-за отвода тепла в массивный корпус. Обычно монтаж таких компонентов производят отдельной операцией, используя проверенную инфракрасную систему пайки, например ИК-650 ПРО.

Другие ограничения на двухсторонний монтаж SMD компонентов на плату можно преодолеть следующими способами:

  • При двухстороннем монтаже на нижней стороне платы следует размещать только мелкие пассивные SMD компоненты.
  • При необходимости (или в силу психологического недоверия к силам поверхностного натяжения припоя) рекомендуется предварительно приклеивать SMD к нижней стороне плате специальным клеем (chip bonder).
  • Двухсторонний монтаж следует паять с зазором, подложив под углы платы маленькие подставки толщиной 1,5 – 2 или 2,5 мм (чем меньше, тем лучше)
  • Скорость нагрева на наклонных участках термопрофиля для двухстороннего монтажа не должна превышать 0.5°C/с. (подбирается экспериментально)
  • Пайку smd компонентов при двухстороннем монтаже обязательно осуществлять под тепловым экраном.

Экономика процесса

Рабочий цикл пайки smd компонентов на печатную плату толщиной 1.5мм занимает около 10-12 минут, на последующее охлаждение термостола требуется еще 6 — 8 минут. Таким образом, один цикл пайки занимает около 20 минут, в час 3 цикла, за смену 24 цикла.

При использовании для пайки smd компонентов термостола НП 17-12 ПРО рекомендуемый размер печатной платы составляет не более 3U (160×100мм) или меньше.

При использовании для пайки smd компонентов термостола НП НП 24-17 ПРО рекомендуемый размер печатной платы составляет не более 6U (233×160мм) или меньше.

Читайте также  Как соединить провода

Если платы небольшие, то на рабочей поверхности термостола размещают несколько плат для одновременной пайки smd компонентов.

Производительность труда можно увеличить подключением к одному компьютеру сразу нескольких термостолов. Программа ТЕРМОПРО-ЦЕНТР позволяет это сделать.