Монтаж компонентов электронных схем выполняется разными способами. Одним из наиболее распространенных вариантов является пайка, обеспечивающая надежный контакт и прочное крепление деталей к печатной плате.
Она не представляет большой сложности и доступна даже начинающим радиолюбителям. Пайка светодиодов SMD отличается особенностями и правилами. Они призваны сохранить элементы и защитить их от перегрева. Несоблюдение требований приводит к потере светильников, поэтому полезно будет рассмотреть вопрос подробнее.
Пайка в заводских условиях
В заводских условиях используются другие технологии пайки, позволяющие одновременно спаять несколько плат. Специальный робот устанавливает необходимые элементы на основание, на рабочую сторону которого методом шелкографии нанесена паяльная паста. Она содержит припой и флюс, при нагреве они переходят в другую фазу и выполняют свои задачи. Флюс обезжиривает контакты и обеспечивает смачивание, а припой под действием капиллярного эффекта затекает в зазоры соединений и обеспечивает прочное соединение SMD элементов.
Процесс происходит в специальной печи, где плата выдерживается определенное время. Длительность контакта и режим нагрева подбираются таким образом, чтобы не вредить SMD светодиодам. Процедура происходит достаточно быстро и обеспечивает пайку элементов в промышленных объемах.
Важно! Повторить такую технологию в домашних условиях не получится, поскольку необходимо обладать полным комплектом оборудования и материалов. Поэтому для любителей важно освоить процесс ручной пайки SMD светодиодов с использованием обычных инструментов и материалов.
Подогрев снизу
Данный прием не только полезен в работе с паяльным феном, но и повышает удобство пайки.
Плату закрепляют зажимом, устанавливают 200-градусную температуру и прогревают в течение пяти минут, после чего начинают работать, как обычно.
При помощи термоскотча можно экранировать рядом стоящие элементы.
После снятия чипа вышеупомянутой оплеткой очищают контакты. Аналогичным образом поступают и с платой.
Все процедуры надо проводить аккуратно, чтобы не допустить повреждений схемы. Если под рукой нет оплетки из меди, удалить припой можно при помощи паяльника с утонченным жалом.
Необходимые материалы и инструменты
Для пайки SMD светодиодов потребуются:
- паяльник, обладающий нужными параметрами;
- бокорезы, пинцет, ножницы;
- монтажная игла или тонкое шило;
- припой и флюс. Подойдет обычная канифоль или специальный жидкий состав, представляющий собой спиртовой раствор. Часто используют таблетку аспирина;
- тонкая кисточка для нанесения жидкого флюса;
- лупа на регулируемой подставке (кронштейне), которой пользуются ювелиры;
- паяльный фен (компонент паяльной станции).
Обойтись без флюса не удастся, так как расплавленный припой без него не смачивает контакты и не оседает на металле. Спиртовый раствор канифоли специалисты не рекомендуют, так как он малоэффективен и оставляет несмываемый белый налет.
Выбор паяльника является важным этапом подготовки. Оптимальный вариант — паяльная станция с функцией регулировки температуры. Однако, подойдет и обычный низковольтный экземпляр с напряжением питания от 12 до 36 В и мощностью 20-30 Вт. Работать со стандартным устройством на 220 В не рекомендуется, так как их жало слишком сильно нагревается. От этого флюс испаряется быстрее, чем надо, не выполняя свою задачу в нужных пределах. Максимальная температура нагрева — 260°.
Большое значение имеет тип наконечника жала. Обычный конусный — не лучший вариант, оптимальным выбором будет т.н. микроволна. Это срезанный примерно под 45° пруток с небольшим углублением, сделанном в осевом направлении. Оно наполняется жидким припоем и позволяет эффективнее наносить материал на площадки SMD светодиода и платы. При необходимости микроволна действует как отсос излишков припоя, что позволяет избежать капель и потеков.
Оптимальный тип припоя — тонкая проволочка с канифолью внутри. Этот вид позволяет успешно паять светодиоды практически любым паяльником.
Особенности работы с микросхемами BGA
При пайке микросхем типа BGA выбирается тот же температурный диапазон от 345 до 350 градусов с обеспечением умеренного воздушного напора для предотвращения сдувания «соседей». В процессе работы паяльный фен должен удерживаться под углом 90 градусов по отношению к плате. Во избежание выхода из строя чипа не стоит его прогревать только по центру, лучше обходить монтажный элемент по периметру.
После истечения 1-3 минуты можно сделать попытку слегка приподнять чип над платой при помощи пинцета. Если чип не поддается, значит припой все еще твердый. Чтобы избежать повреждения токопроводящих дорожек платы, нужно регулятором на фене «накинуть сверху» градусов 5 температуры и продолжить греть.
Как паять SMD компоненты
Монтаж ЛЕД элементов технологически значительно отличается от подключения лампы. Пайка SMD светодиодов требует некоторого опыта и навыков. Если их нет, рекомендуется сначала потренироваться на каких-нибудь ненужных кусочках провода. Это поможет овладеть искусством пайки и позволит сохранить светодиоды в рабочем состоянии. Перед началом работы следует осмотреть поверхность платы. Если она покрыта лаком или слоем силикона, следует освободить от них токоведущие дорожки, к которым будут припаяны светодиоды.
Специфика монтажа SMD светодиодов заключается в отсутствии обычных длинных выводов. Элементы устанавливаются на плату и припаиваются к дорожкам, для чего по бокам корпусов ЛЕД приборов имеются маленькие площадки. Работа требует аккуратности и внимания. Важно помнить об опасности нагрева, максимально сокращая время прикосновения паяльника к SMD деталям. Если нет соответствующего инструмента, на жало обычного паяльника наматывают медный провод толщиной около 1 мм. Один конец этой обмотки служит жалом, температура нагрева которого значительно ниже, чем у основного элемента. Рассмотрим порядок действий детальнее:
Порядок работ
Процесс пайки состоит из следующих операций:
- удаление перегоревшего светодиода (если это необходимо);
- зачистка токопроводящих дорожек, нанесение флюса на место пайки;
- установка нового ЛЕД элемента на место;
- пайка контактов;
- очистка места пайки от остатков флюса.
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.
Безопасность при пайке
- Наконечник горячего паяльника имеет очень высокую температуру, что позволяет легко поджечь что-либо, расплавить пластмассовые предметы или обжечься самому.
- Положено естественно держать нагретый паяльник только за предназначенную для этого ручку.
- Не разбирайте паяльник — это может привести к поражению электрическим током, так как при сборке не гарантируется надёжная изоляция проводов нагревательных (под напряжением 220 В) от металла корпуса.
- Паяльные пары токсичны независимо от используемого присадочного металла. Будьте осторожны, не вдыхайте их. Убедитесь что помещение, в котором паяете, хорошо вентилируется.
Кроме того, при пайке рекомендуется защитить глаза, например надев защитные очки — попав случайно на жидкость раскалённый припой может брызнуть в стороны. Помните чем кончается выливание свинца в воду?
Основные принципы пайки и распространенные ошибки
Процесс пайки SMD светодиодов состоит в нанесении тонкого слоя припоя (легкоплавкого оловянно-свинцового сплава с различными добавками) одновременно на контакты присоединяемой детали и токоведущих дорожек печатной платы. Используются физические процессы:
- смачивание металлов расплавом;
- капиллярное пропитывание мелких зазоров между контактами, обеспечивающее соединение как в механическом, так и в электрическом отношении.
Для того, чтобы паять диоды SMD, необходимо использовать специальный паяльник с малой мощностью и ограничивать время контакта ЛЕД прибора с горячим рабочим органом. Специалисты рекомендуют не превышать 3-5 секунд. Распространенной ошибкой является использование паяльников с тонким жалом. Это снижает эффективность теплопередачи и не позволяет качественно нагреть контакты и дорожки печатной платы.
Опытные люди рекомендуют пользоваться нормальным жалом, сточенным под углом. Большая масса обеспечит быстрый прогрев площадок и расплав припоя, исключая перегрев светодиода. Жидкий припой под действием эффектов смачивания и капиллярного впитывания затекает в мельчайшие зазоры между ножками элемента и дорожкой печатной платы, после чего горячий паяльник убирают в сторону. Припой застывает и создает монолитный участок прочного соединения деталей.
Вторая ошибка, приводящая к выходу светодиода из строя — перегрев. Чрезмерно долгое прикосновение паяльника к ножкам ЛЕД элемента приводит к повышению температуры излучающего кристалла. Если постоянно не контролировать длительность прикосновения жала к детали, избежать чрезмерного нагрева не удастся.
Проверка ёмкости
Проверить электролитические конденсаторы (так же как неэлектролитические) на предмет сохранения ими своего номинала (ёмкости) можно несколькими способами.
Но вначале необходимо ознакомиться с измерительными приборами, которые позволяют правильно оценить величину ёмкости конкретного элемента, прежде чем что-то паять.
Для измерения конденсаторов с номинальными емкостями до 20-ти микрофарад может хватить обычного мультиметра, имеющего соответствующую функцию. В качестве такого измерителя может использоваться недорогой прибор типа DT9802A.
Для оценки состояния элементов с большими номиналами потребуется специальный прибор типа «измеритель RLC». Посредством такого устройства можно проверять не только конденсаторы, но и такие распространённые элементы, как резистор и катушка индуктивности.
Проверка конденсатора цифровым мультиметром:
Часто неисправный конденсатор вздувается, и заметен без применения всяких приборов.
Простой, но не достаточно эффективный метод выявления неисправности – проверка с помощью обычного омметра, по показанию которого можно судить о целостности прокладки из диэлектрика.
Данный способ применяется обычно при отсутствии в приборе функции измерения ёмкости. Для этих целей может использоваться простейший стрелочный прибор, переведённый в режим измерения сопротивления.
При прикосновении концами щупа к ножкам исправного элемента стрелка должна немного отклониться, а затем возвратиться в сходное состояние.
Если же показания на приборе изменились, а стрелка после отклонения остановилась на каком-то конечном значении сопротивления – это значит, что конденсатор пробит и подлежит замене.
Как перепаивать конденсатор на «материнке»
Прежде чем припаять новый конденсатор, надо выпаять старый. Выпаивать повреждённый или неисправный элемент из материнской платы следует максимально быстро, чтобы не перегреть контактные площадки, которые в противном случае могут просто отвалиться.
Чтобы освободить ножки выпаиваемого элемента от припоя, следует хорошо прогреть посадочное место. Только при условии его достаточного прогрева при выпаивании конденсатора удаётся не повредить дорожки платы.
Придерживая с одной стороны небольшой по размеру конденсатор нужно постараться не обжечься, поскольку его контакт раскаляется от нагревания паяльником.
Помимо этого, необходимо быть максимально внимательным и не прикладывать слишком много усилий, так как жало паяльника может сорваться и повредить соседние детали.
Последовательность действий такая:
- Вначале обесточивают компьютер, отключают не только сетевой кабель, но и другие питающие провода.
- Снимают крышку и отвинчивают материнскую плату.
- Осматривают плату и находят поврежденный элемент, изучают его параметры (на маркировке), покупают замену.
- Замечают, какая полярность подключения конденсатора была (можно сделать фото).
- С помощью паяльной станции или пальника выпаивают поврежденный конденсатор.
- Устанавливают и припаивают новый.
После удаления конденсатора остаётся свободное место, которое сначала следует аккуратно очистить от остатков пайки, воспользовавшись отсосом.
Некоторые радиолюбители используют для этого остро отточенную спичку (зубочистку), посредством которой посадочное отверстие прокалывается с одновременным прогревом остриём жала паяльника.
Ещё один способ освобождения отверстий от остатков пайки предполагает его высверливание подходящим по размеру сверлом.
По завершении подготовки места под новый элемент его ножки следует сначала сформовать соответствующим образом, так чтобы они легко входили в посадочные гнёзда. Всё, что остаётся сделать после этого – впаять его взамен сгоревшего.
Меры предосторожности при измерении
Тем, кто решил самостоятельно проверить исправность встроенных в схему конденсаторов и затем их паять, рекомендуем придерживаться следующих правил.
- Обязательно проследите за тем, чтобы со схемы было полностью снято напряжение. Для этого тем же мультиметром, включённым в режим измерения напряжения, следует проверить отсутствие его во всех контрольных точках платы.
- При измерении встроенных в схему «подозрительных» конденсаторов следует внимательно следить за тем, чтобы случайно не повредить включённые параллельно ему элементы.
- И, наконец, паять дополнительно монтируемые в схему элементы нужно с предельной осторожностью, чтобы не повредить остальную её часть.
Лишь при соблюдении всех этих условий удаётся сохранить контролируемое устройство в рабочем виде.
Дефекты паяных соединений
Дефектами паяного соединения считаются:
- Паяные соединения с трещинами.
- Разрушенные паяные соединения.
- «Холодная» пайка. Термин «холодные соединения» относится к паяным соединениям, образованным с признаками неполного оплавления, такими, как зернистый вид поверхности, неправильная форма соединения или неполное слияние частиц припоя.
- Галтель припоя нарушает минимальный электроизоляционный промежуток между контактными площадками или выводами компонента, или касается корпуса компонента. Галтель припоя — поверхность, образованная припоем в процессе пайки
- Отсутствие смачивания или плохая смачиваемость контакта или контактной площадки — отсутствие (полное или частичное) способности смачивания контактной площадки или металлизированного контакта компонента расплавленным припоем, уменьшение площади контактной площадки или вывода, покрытой припоем.
- Перемычки припоя между соединениями, кроме случаев, когда электрический контакт между этими соединениями предусмотрен конструкцией изделия
Критерии оценки качества паяных соединений выводных компонентов, монтируемых в монтажные отверстия платы
Контактный угол между галтелью припоя и контактной площадкой печатной платы
Признаком хорошего паяного соединения является наличие низких или нулевых контактных углов (Ө) между галтелью припоя и контактной площадкой (угол Ө меньше 90˚). Галтель припоя вогнутая, припой на присоединяемом элементе образует застывший шов.
Признаком некачественного паяного соединения является образование галтели припоя с контактным углом (Ө), равным или более 90˚.
Дефект – для классов 1, 2, 3:
● Непропай – припой образовал шарик на поверхности, похожий на те, которые образует вода на вощеной поверхности. Галтель припоя выпуклая, контактный угол (Ө) больше 90˚,
застывшего шва не видно. (Reject – брак).
Выступание выводов над контактными площадками платы
Выступание выводов не должно привести к нарушению минимального электрического пространства, повреждению паяных соединений вследствие деформации выводов, проникновению выводов через защитную антистатическую упаковку (пленку) при последующих операциях или при эксплуатации изделия.
Выводы выступают над контактной площадкой в пределах от Lmin до Lmaх таблицы 1, если нет специальных требований в КД.
Таблица 1. Выступание выводов
| Класс 1 | Класс 2 | Класс 3 | |
| L min1 | Конец вывода различим в припое 2 | ||
| L max | Отсутствие риска коротких замыканий | 2,3 мм | 1,5 мм |
Примечание:
1 для односторонних плат выступание выводов или проводов (L) составляет по крайней мере 0,5 мм для классов 1 и 2. Для класса 3 должно быть достаточное для различения выступание выводов.
2 для плат толщиной более 2,3 мм с металлизированными монтажными отверстиями выступание выводов компонентов в DIP-корпусах, сокетов, разъемов, имеющих выводы фиксированной длины, может быть не очевидно.
Дефект – для класса 3:
Выступание выводов не отвечает требованиям таблицы 1.
Заполнение припоем металлизированного монтажного отверстия платы и смачивание припоем вывода и стенок отверстия
При монтаже выводных элементов в сквозные металлизированные отверстия припой должен хорошо смачивать все контактные поверхности, смачивание стенок и заполнение отверстия припоем должны соответствовать рисунку и требованиям таблицы 2: .
1 — Высота заполнения отверстия припоем. 2 — Сторона установки компонентов. 3 — Сторона пайки.
Таблица 2. Пайка выводных компонентов в металлизированные отверстия, минимально допустимые критерии качества паяных соединений.
| Параметр1 | Класс 1 | Класс 2 | Класс 3 | |
| A | Круговое смачивание припоем вывода компонента и контактной площадки платы на стороне установки компонента | Не регламентируется | 180˚ | 270˚ |
| B | Высота заполнения отверстия припоем 2 | Не регламентируется | 75% | 75% |
| C | Круговое смачивание припоем вывода компонента и контактной площадки платы на стороне пайки | 270˚ | 270˚ | 330˚ |
| D | Площадь смачивания контактной площадки припоем на стороне установки компонента | 0 | 0 | 0 |
| E | Площадь смачивания контактной площадки припоем на стороне пайки | 75% | 75% | 75% |
Примечание:
(1) Относится к припою, нанесённому в процессе пайки.
(2) Незаполненные 25% высоты отверстия включают в себя незаполненные припоем полости на стороне пайки и на стороне установки компонента, то есть в сумме с обеих сторон платы.
Внимание: для некоторых областей применения изделий может требоваться 100%-ное заполнение монтажного отверстия припоем. Это условие должно быть дополнительно оговорено в технологическом процессе.
Дефект – для классов 1, 2, 3:
паяное соединение не соответствует таблице 2.
Вертикальное заполнение монтажного отверстия припоем:
Эталон – для классов 1, 2, 3:
100%-ное смачивание припоем вывода, контактных площадок и стенок металлизированного монтажного отверстия, полное заполнение припоем монтажного отверстия вокруг вывода:
- вывод компонента;
- припой;
- контактная площадка;
- стенка монтажного отверстия;
- паяльная маска печатной платы;
- базовый материал печатной платы (прессованные слои стеклотекстолита, пропитанные эпоксидной смолой, ламинированные медной фольгой);
- металлизированные проводящие слои многослойной печатной платы.
Допустимо – для классов 1, 2, 3:
не менее 75% полости монтажного отверстия по высоте заполнено припоем, допускается незаполнение припоем отверстия по высоте на 25% (суммарно с обеих сторон платы):
Дефект — для классов 2, 3:
вертикальное заполнение отверстия припоем составляет менее 75%.
Периферийное (круговое) смачивание припоем вывода и стенки монтажного отверстия на стороне пайки
Допустимо – для класса 3:
Минимум на 270˚ (на 3/4) по диаметру отверстия вывод и стенка монтажного отверстия покрыты припоем.
Дефект – для класса 3:
Менее, чем на270˚ (менее, чем на ¾) по диаметру отверстия вывод и стенка монтажного отверстия покрыты припоем.
Смачивание припоем кольцевой контактной площадки металлизированного монтажного отверстия на стороне установки компонента
Допустимо – для классов 1, 2, 3:
Контактная площадка на стороне установки компонента может быть не покрыта припоем.
Смачивание припоем кольцевой контактной площадки металлизированного монтажного отверстия на стороне пайки вывода компонента
Допустимо – для классов 1, 2:
минимум на 270˚ (на ¾) по диаметру монтажного отверстия галтель припоя покрывает кольцевую контактную площадку, стенки отверстия и вывод.
Допустимо – для класса 3:
минимум на 330˚по диаметру монтажного отверстия галтель припоя покрываеткольцевую контактную площадку, стенки отверстия и вывод.
Допустимо – для классов 1, 2, 3:
припой смачивает минимум 75% площади кольцевой контактной площадки монтажного отверстия.
Различимость конца вывода в припое
Допустимо – для классов 2, 3:
галтель выпуклая¸ конец вывода из-за избытка припоя неразличим, но визуально определяется наличие вывода в отверстии на стороне установки компонента.
Дефект – для классов 1, 2, 3:
конец вывода из-за избытка припоя неразличим, со стороны установки компонента вывод деформирован и не очевидно, что конец вывода полностью вошел в монтажное отверстие.
Припой на формованной части (на сгибе, «плече») вывода компонента
Допустимо — для классов 1, 2, 3:
припой затек на сгиб вывода, но не касается корпуса компонента.
Дефект – для классов 1, 2, 3:
припой затек на «плечо» вывода и касается корпуса компонента.
Чистка паяльника
Губку для чистки паяльника следует смочить водой. Жало горячего паяльника осторожно протереть несколькими быстрыми движениями. Если слишком долго держать наконечник на одном месте, можно повредить губку.
Чистка (протирание) кончика грязного паяльника влажной губкой
Жало паяльника не нужно очищать после пайки отдельного элемента. Это следует делать при заметном загрязнении наконечника.
Проверка в плате
Один из самых распространённых способов проверки конденсатора без его выпаивания из схемы – включение параллельно ещё одного, заранее исправного конденсатора с известным номиналом.
Указанный метод позволяет судить об исправности элемента по индикатору прибора, показывающего суммарную ёмкость двух параллельно включённых «кондёров». При параллельном включении конденсаторов их ёмкости складываются.
При этом подходе удаётся обойтись без пайки конденсатора с целью извлечения его из схемы, в которой он шунтируется параллельно включёнными элементами (резисторами).
Однако возможности применения этого метода ограничиваются допустимыми напряжениями, действующими в данной электронной схеме и в плате тестируемого устройства.
Способ эффективен лишь при небольших величинах потенциалов, сравнимых со значениями предельных напряжений, на которые рассчитан электролитический конденсатор.
