Как запаять smd микросхему. SMD монтаж: основы пайки, пайка печатных плат и технология. Монтаж SMD домашних условиях. Что понадобится для пайки SMD компонентов

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.

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.

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.

SMD-компоненты, благодаря применению новейших технологий, обладают небольшим размером и массой. Любой маленький элемент, функционально содержащий в себе десятки, а то и сотни резисторов, конденсаторов и транзисторов, будет в несколько раз меньше, чем обыкновенный полупроводниковый диод.

Благодаря этому радиоэлектронные приборы, изготовленные из компонентов для поверхностного монтажа, очень компактные и легкие.

Небольшие размеры SMD-компонентов не создают условий для возникновения наведенных токов в самих элементах. Для этого корпуса их слишком малы и не влияют на эксплуатационные характеристики. В результате устройства, собранные на таких деталях, работают качественнее, не создавая помех и не реагируя на помехи от других приборов.

SMD-компоненты можно располагать на плате очень близко друг другу. Современные детали настолько малы, что большую часть пространства стали занимать токопроводящие дорожки, а не радиокомпоненты. Это побудило производителей делать монтажные платы многослойными. Они представляют собой как бы сэндвич из нескольких плат, только контакты от всех дорожек выведены на поверхность самой верхней из них. Эти контакты называются монтажными пятачками. Такие многослойные платы очень компактны. Их используют при изготовлении мобильных телефонов, смартфонов, планшетных компьютеров. Детали на них настолько мелкие, что нередко разглядеть их можно только под микроскопом.

Технология пайки

Как уже указывалось выше, пайка SMD-компонентов осуществляется прямо на поверхность монтажных пятачков. Очень часто при этом выводы деталей после монтажа даже не видны. Поэтому использование традиционного паяльника невозможно.

Пайка СМД-компонентов осуществляет одним из нескольких способов:

разогревом всей платы в печи;
использованием инфракрасного паяльника;
применением термовоздушного паяльника или фена.

Когда устройства с применением SMD-компонентов изготавливаются промышленными методами, применяются специальные роботы-автоматы. В этом случае на монтажных пятачках уже предварительно нанесен припой в количестве, достаточном для монтажа. В иных случаях при подготовке, по трафарету наносится паяльная паста для SMD-компонентов. Манипулятор робота устанавливает детали на свои места и надежно фиксирует их. После этого платы с установленными SMD-компонентами отправляются в печь.

Температуру в печи плавно повышают до определённого значения, при котором расплавляется припой. Для материала, из которого изготовлены платы и радиокомпоненты, это температура не опасна. После того, как весь припой расплавлен, температуру снижают. Снижение производится плавно по определенной программе, определяемой термопрофилем. Именно при таком остывании, а не при резком охлаждении, пайка будет наиболее прочной.

Подготовка платы в домашних условиях

Чтобы качественно припаять SMD-компоненты в условиях домашней мастерской, понадобится инфракрасный паяльник или термовоздушная станция. Перед пайкой обязательно нужно подготовить плату. Для этого ее надо очистить и облудить пятачки. Если плата новая и ни разу нигде не использовалась, почистить можно обычным ластиком. После этого необходимо обезжирить поверхность, нанеся флюс. Если же она старая, и на ней присутствует загрязнения и остатки прежнего припоя, можно подготовить ее при помощи мелкозернистой наждачной бумаги, также обезжирив после зачистки флюсом.

Паять SMD-компоненты обычным паяльником не очень удобно из-за малого размера контактных площадок. Но если нет паяльной станции, то можно применить и паяльник с тонким жалом, работая им аккуратно, набирая припой на разогретое жало и быстро дотрагиваясь до контакта.

Нанесение пасты

Чтобы качественно припаять микросхемы, лучше воспользоваться не припоем, а паяльной пастой. Для этого элемент необходимо расположить на плате и зафиксировать. Из инструментов используют пинцет, пластиковые прижимы, небольшие струбцины. Когда выводы SMD-компонента оказались точно на монтажных пятачках, на них наносится паяльная паста. Для этого можно использовать зубочистку, тонкую кисть или медицинский шприц.

Наносить состав можно, не заботясь о том, что он покрывает и поверхность платы вокруг монтажных пятачков. Во время прогрева силы поверхностного натяжения соберут его в капли и локализуют в местах будущих контактов SMD-компонента с дорожками.

Прогревание

После нанесения необходимо прогреть область монтажа инфракрасным паяльником или феном (температура примерно 250 °C). Паяльный состав должен расплавиться и растечься по контактам монтируемого компонента и пятачка. Мощность струи фена надо отрегулировать таким образом, чтобы она не сдувала капли паяльной пасты с платы. Если позволяют характеристики устройства, используемого для пайки, снижать температуру надо плавно. Не допускается ускорять остывание путем обдува контактов SMD-компонентов воздухом.

По такой же технологии осуществляется и пайка светодиодов, в случае замены перегоревших элементов в каком-либо светильнике или, например, в подсветке приборов. Различие лишь в том, что плату во время пайки необходимо прогревать со стороны, обратной той, на которой установлены компоненты.

Виды паяльных паст

Паяльная паста является лучшим средством для автоматизированной пайки SMD-компонентов. Она представляет собой вязкую слаботекущую субстанцию из флюса, в которой во взвешенном виде содержатся мельчайшие частицы припоя.

Чтобы можно было успешно использовать ее, паста должна отвечать определенным требованиям:

не должна окисляться и расслаиваться на составляющие;
должна обладать определенной вязкостью, то есть быть достаточно жидкой, чтобы расплавляться от разогрева, и в то же время достаточно густой, чтобы не растекаться при этом по всей плате;
не должна оставлять грязи и шлаков на месте пайки;
паста должна хорошо отмываться обычными растворителями.

По способу использования составы делятся на отмывочные и безотмывочные. Как следует из названия, остатки отмывочной пасты следует удалять из зоны пайки после завершения, иначе входящие в ее состав компоненты могут агрессивно воздействовать на дорожки и на выводы деталей. Безотмывочные составы могут оставаться после пайки, так как они совершенно нейтральны к материалам плат и SMD-компонентов.

В свою очередь, отмывочные могут быть водорастворимыми и галогеносодержащими. Отмывочные водорастворимые составы могут смываться с плат деионизированной водой.

Иногда отмывочные пасты содержат галогены. Их вводят в состав для улучшения эксплуатационных свойств. Галогеносодержащие пасты могут применяться для высокой скоростной печати либо, наоборот, там, где необходим очень длительный срок схватывания. Введением галогенов улучшаются также паяющие свойства. Галогеносодержащие пасты смываются растворителями.

Изготовление пасты для пайки своими руками

В продаже имеется множество марок и видов паяльных паст, отвечающих всем условиям и требованиям, необходимым для качественного монтажа.

В домашних условиях можно изготовить такой состав, имея на руках пруток твердого припоя, паяльный жир и флюс.

Припой необходимо измельчить в очень мелкую фракцию. Сделать это можно напильником или наждаком. Полученную пыль от оловянно-свинцового прутка нужно собрать в небольшую емкость и механически перемешать с паяльным жиром. Если паяльного жира под рукой нет, можно использовать любой жидкий флюс, а в качестве связующего вещества и загустителя использовать обычный вазелин.

Консистенцию пасты можно определить на глаз, примерно рассчитывая пропорции. Готовый состав можно содержать в небольшой пластиковой емкости с плотно закрывающейся крышкой. Еще лучше загрузить ее в обычный медицинский шприц с толстой иглой.

Если дозированно выдавливать пасту на место будущей пайки, пользоваться такой пастой будет очень удобно, а результат будет прочным и надежным.

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.