Данные компоненты известны как SMD-компоненты. У них отсутствуют выводы в форме проволочек. Вместо этого на торцах радиодеталей располагаются маленькие контактные площадки. В процессе монтажа детали удобно и быстро расставляются в нужных местах, после чего фиксируются с помощью точечных пайок.
KN SMD транзистор
Процесс напайки компонентов на печатную плату с использованием поверхностного монтажа часто воспринимается как задача, требующая высокой квалификации. Среди начинающих мастеров существует мнение, что качественная пайка возможна лишь в условиях промышленного производства с использованием специализированного оборудования. Однако это не совсем так. Практически любые детали — от KN SMD транзисторов до более сложных микросхем — могут быть припаяны в домашних условиях. Для этого достаточно немного изучить теоретические аспекты и попрактиковаться на простых (предпочтительно ненужных) компонентах. В этом материале мы разобьём процесс на пошаговые действия, что будет полезно даже для людей с минимальным опытом.
В условиях массового производства плат с N1 SMD транзисторами или другими деталями используется специализированная паяльная паста. На предварительно подготовленную печатную плату в тех местах, где будут находиться монтажные площадки, наносится эта паста. Чаще всего для этого применяется метод шелкографии. Состав паяльной пасты включает измельчённый припой, смешанный с флюсом до консистенции, напоминающей зубную пасту.
После того как паяльная паста нанесена на необходимые участки платы, роботизированные устройства аккуратно размещают компоненты на своих местах. Паста обладает достаточной липкостью, чтобы предотвратить соскальзывание элементов, позволяя им оставаться на месте во время пайки. Плавление припоя происходит в специальной печи, которая прогревает плату до температуры, немного превышающей температуру плавления припоя. Благодаря равномерному нагреву флюсовая часть испаряется, а расплавленный припой занимает своё место, фиксируя элемент.
Завершением процесса является проверка работоспособности платы. Эта проверка проводится после укладки всех элементов и охлаждения припоя. В случае подтверждения работоспособности плата направляется дальше по цепочке сборки.
Необходимый инструмент
Чтобы проводить пайку дома даже простейших компонентов с двумя-тремя выводами (например, K1P SMD транзистора), нужно заранее подготовить необходимый инструментарий. Для выполнения пайки вас могут понадобиться:
- паяльник с сменными наконечниками, обладающий различной толщиной и функцией регулировки температуры;
- специальная губка для очистки жала паяльника от окислов и излишков припоя;
- оплетка для удаления лишнего припоя с контактных площадок или выпаивания компонентов;
- пинцет (желательно с загнутыми концами, но подойдет и обычный) для аккуратного размещения деталей;
- припой;
- флюс в виде паяльной пасты.
Специалисты подбирают указанные компоненты по своему вкусу, основываясь на личных предпочтениях. Для обучения процессу существуют специальные наборы для пайки SMD.
Пайка SMD деталей в домашних условиях
SMD — это сокращение от Surface Mounted Devices, что переводится как «компоненты для поверхностного монтажа». Они предоставляют более высокую плотность монтажа по сравнению с традиционными радиодеталями. Кроме того, изготовление печатных плат с использованием этих элементов оказывается более технологичным и экономичным при серийном производстве, в результате чего SMD-компоненты набирают популярность и постепенно вытесняют классические детали с выводами в виде проводков.
В Интернете и печатных изданиях можно найти множество статей, посвященных монтажу таких деталей, и я уже упоминал об этом в своей статье о выборе основного инструмента. Теперь я хотел бы дополнить эту информацию.
Надеюсь, что моё описание окажется полезным как для начинающих, так и для тех, кто ещё не сталкивался с такими компонентами.
Публикация этой статьи совпадает с запуском первого конструктора Датагорска, в комплекте которого содержится 4 таких элемента, а также процессор PCM2702, у которого очень мелкие пины. Печатная плата, входящая в комплект, имеет паяльную маску, что облегчает пайку, но не отменяет требований к аккуратности, отсутствию перегрева и электростатическим повреждениям.
Инструменты и материалы
Необходимо упомянуть несколько необходимых инструментов и расходных материалов для этой работы. Прежде всего, это пинцет, острая иголка или шило, бокорезы, припой, а также шприц с толстой иглой для нанесения флюса. Поскольку размеры самих компонентов очень малы, использование увеличительного стекла становится практически обязательным. Также потребуется жидкий нейтральный флюс, который не требует удаления. В крайнем случае можно применять спиртовой раствор канифоли, но лучше иметь специализированный флюс, так как выбор их на рынке достаточно обширен.
Для любительских условий наиболее удобным вариантом станет использование специального паяльного фена или термовоздушной паяльной станции. В данный момент на рынке представлен широкий выбор таких устройств по доступным ценам, что делает их доступными для большинства радиолюбителей. Я, например, уже три года пользуюсь одной из таких станций китайского производства. На данный момент она работает без нареканий.
К тому же, вам понадобится паяльник с тонким жалом. Желательно, чтобы это жало было выполнено по технологии MicroWave, разработанной немецкой компанией Ersa. Это жало отличается тем, что в нем имеется небольшое углубление, где скапливается капля припоя. Оно позволяет значительно снизить риск залипания при пайке компонентов, расположенных близко друг к другу. Я настоятельно советую попробовать найти подобное жало. Но если у вас его нет, подойдет паяльник с обычным тонким наконечником.
В условиях промышленности пайка SMD деталей осуществляется группами с использованием паяльной пасты. На подготовленную печатную плату на контактные площадки наносится тонкий слой пасты, обычно методом шелкографии. Паяльная паста состоит из мелкодисперсного припоя, перемешанного с флюсом, и по консистенции напоминает зубную пасту.
После нанесения паяльной пасты робот расставляет компоненты на свои места. Благодаря своей клеящей способности, паста удерживает детали. Затем плату помещают в печь и нагревают до температуры чуть выше температур плавления припоя. Флюс испаряется, припой расплавляется, и компоненты фиксируются на своих местах. После этого остается только дождаться охлаждения платы.
Такую технологию вполне можно попробовать повторить и в домашних условиях. Паяльную пасту можно приобрести в магазинах, занимающихся ремонтом мобильных телефонов. Также в магазинах радиодеталей она часто бывает в наличии вместе с обычным припоем. В качестве дозатора для пасты я использую тонкую иглу. Конечно, это не так аккуратно, как это делает, скажем, компания Asus при производстве своих материнских плат, но я делаю всё, что могу. Будет лучше, если вы наберёте паяльную пасту в шприц и аккуратно выдавливаете её на контактные площадки.
Давайте посмотрим, что из этого получится. На смазанные пастой контактные площадки нужно укладывать компоненты, в данном случае это резисторы и конденсаторы. В этот момент пригодится тонкий пинцет. Мне кажется, удобнее пользоваться пинцетом с загнутыми концами.
Процесс пайки SMD
Давайте сейчас шаг за шагом рассмотрим, как выглядит процесс пайки SMD:
- Тщательно подготовьте печатную плату, очистив её от грязи и окислов, которые могут присутствовать на поверхности. Кроме того, перед началом пайки нанесите флюс на все SMD площадки с помощью флюсового карандаша. Предварительное лужение площадок также является хорошей практикой.
- Установите печатную плату под микроскоп для упрощения манипуляций. Оборудуйте её вспомогательными инструментами, а также обязательно зафиксируйте плату зажимами типа «крокодил», чтобы она оставалась стабильной и не двигалась. При необходимости отрегулируйте угол для лучшего обзора.
- Аккуратно возьмите необходимый компонент с помощью пинцета. Дважды проверьте правильность его ориентации и, если это необходимо, нанесите флюс на контактные площадки или выводы компонент перед их установкой.
- Установите компонент на соответствующую колодку для печатных плат, используя увеличительный микроскоп для точного выравнивания. При необходимости внесите коррективы.
- Когда компонент будет правильно выровнен, закрепите его пайкой одного вывода, чтобы зафиксировать его на месте и придавать возможность подправить положение.
- После успешного закрепления первого вывода, можно продолжать пайку оставшихся выводов, начиная от закрепленного контакта, и аккуратно разместите паяльник на каждом выводе для обеспечения надежного соединения.
- После завершения пайки всех выводов тщательно осмотрите каждое соединение под увеличительным стеклом, чтобы убедиться в отсутствии замыканий или плохого смачивания. В случае необходимости оплавьте или повторно нагрейте подозрительные соединения.
- После завершения пайки используйте изопропиловый спирт и щетку или ватные палочки для удаления остатков флюса.
Советы по пайке
Вот несколько рекомендаций, которые помогут вам в процессе пайки SMD:
- Используйте минимально возможную температуру паяльника, чтобы избежать повреждения чувствительных элементов.
- Держите жало паяльника в чистоте между соединениями для оптимальной передачи тепла к соединению.
- Наносите ровно столько припоя, чтобы образовался идеальный скругленный шов на каждом соединении. Недостаток или избыток припоя может привести к ненадежным соединениям.
- Обратите внимание на растекание и смачивание припоя, и при необходимости повторно наносите флюс или предварительно оловяньте площадки.
- Не прикасайтесь к печатной плате и избегайте её движения, пока все паяные соединения не остынут и не затвердеют.
- При возможности визуально осмотрите компоненты, такие как BGA и QFN, расположенные под ними.
- Применяйте меры по предотвращению электростатического разряда, такие как заземляющие браслеты и коврики.
- Работайте систематически, двигаясь от центра к краям или от мелких компонентов к более крупным.
- Сохраняйте площадки прохладными, избегая длительного нагрева в одном месте, чтобы предотвратить подъём площадок или повреждение печатной платы.
Пайка SMD — это тонкий процесс, однако это необходимый навык для ремонта печатных плат и их модификации. Хотя в процессе требуются повышенные меры предосторожности, при соблюдении техники можно успешно отпаивать и заменять SMD-компоненты, не повреждая печатную плату. Вот некоторые лучшие практики для улучшения процесса пайки SMD:
- Используйте качественную паяльную станцию с точным контролем температуры и воздушного потока, чтобы избежать перегрева.
- Перед отпайкой тщательно очистите поверхность платы и нанесите флюс.
- Тщательно разогрейте окружающие компоненты перед тем, как пытаться снять SMD.
- Используйте подходящие инструменты для отпайки, такие как оплетка для удаления припоя и вакуумные насосы для безопасного извлечения припоя.
- Перед повторной пайкой полностью очистите контактные площадки, чтобы на них не осталось остаточных следов.
- Внимательно выровняйте новый компонент и трижды удостоверьтесь в правильности его ориентации.
- Припаяйте контакты по отдельности, используя минимальный обогрев, чтобы избежать поднятия контактных площадок.
- Проверьте все соединения под увеличением на наличие проблем с смачиванием и отсутствием перемычек.
- Проведите функциональные испытания плат после завершения работы для подтверждения успешного ремонта.
- Соблюдайте процедуры защиты от электростатического разряда на протяжении всего процесса и давайте плате время для охлаждения.
- Ведите подробную документацию по процессу доработки для дальнейшего использования.
- Следуйте рекомендациям производителя и не стесняйтесь обращаться за советом при необходимости.
Способы
При сборке светильника из SMD-светодиодов, как правило, детали устанавливаются на алюминиевый радиатор. Монтаж напрямую на такое основание невозможен, чтобы избежать короткого замыкания. В данном случае SMD-компоненты ставятся на промежуточные изолирующие прокладки. Чаще всего используется тонкий слой специализированного термопроводного клея.
После установки необходимо соединить светодиоды между собой отдельными изолированными проводниками. Пайка в таких случаях затруднена, так как диоды, уже установленные на радиатор, эффективно отводят тепло. Чтобы осуществить соединение в таких условиях, следует использовать мощный паяльник и выполнять соединения быстрыми и уверенными движениями.
Использование паяльных фенов и станций оказывается очень удобным при поверхностном монтаже радиодеталей. Наилучшие устройства также оборудованы нижними подогревателями.
Такой подход позволяет нагревать основание печатной платы почти до температуры плавления припоя, что значительно упрощает дальнейший монтаж.
Температуры нижнего подогрева следует подбирать так, чтобы припой почти начал плавиться, оставаясь при этом твёрдым. В процессе работы предпочтительно паять светодиоды, резисторы и подобные детали не прутковым припоем, а использовав паяльную пасту. Собственные компоненты, размешанные на островках пасты, нагреваются с помощью паяльного фена. Важно помнить, что для эффективной пайки комфортной температуры следует использовать не слишком горячий воздух, оптимально нагревая низкотемпературной пастой при 245 градусах.
При монтаже SMD-конденсаторов учтите их чувствительность к перегреву. Сначала выполняется расстановка и пайка резисторов, проводников и светодиодов. Конденсаторы следует устанавливать в последнюю очередь.
Для сборки самодельного светильника удобно использовать готовую светодиодную ленту. Это SMD-компонент, представляющий собой длинную полосу из гибкого изоляционного материала, на которую уже приклеены и соединены проводниками SMD-светодиоды.
Светодиодную ленту следует приклеивать теплопроводным клеем к металлическому радиатору. Можно использовать любой подходящий алюминиевый профиль, например, предлагаемый в мебельных магазинах.
Существуют специальные профили для сборки светильников, которые чаще всего уже имеют крышку, рассеивающую свет.
Светодиоды в ленте уже соединены, поэтому мастеру после приклеивания ленты останется только подключить её к специализированному драйверу для светодиодов. Обычный блок питания для бытовых нужд не подойдет. Драйвер обеспечивает не фиксированное напряжение, а контролирует величину тока с помощью электронной схемы. Драйверы также могут иметь схему, корректирующую ток в зависимости от температуры.
Распространенные ошибки
При пайке SMD-компонентов наиболее распространенной ошибкой является неправильный выбор температуры паяльника. Слишком горячий инструмент может легко повредить чувствительные радиодетали. Чрезмерно холодный также ведёт к перегреву, поскольку пайка занимает излишне долгое время.
Важно правильно выбрать марку припоя и флюса для пайки. Хотя в производстве чаще используют бессвинцовые припои, в домашних условиях рекомендуется остановиться на простом оловянно-свинцовом, например, ПОС-60.
При выборе флюса важно удостовериться, что на изделии после пайки не останется следов активного флюса. Если очищение изделий невозможно или затруднено, то разумнее применять пассивный флюс. Как правило, сосновая канифоль не нуждается в тщательной очистке.
Существуют также специальные марки безотмывочных флюсов. Они стоят дороже, но обеспечивают превосходное качество пайки.
Как и во всех типах паяльных работ, необходимо соблюдать технику безопасности. Температуры сварки могут достигать 300°С. Тяжёлые ожоги могут вызвать как брызги расплавленного припоя, так и флюса. Устройства нижнего подогрева часто действуют по принципу бесконтактного нагрева с использованием ИК-излучения, что значит, что можно получить травму, находясь на расстоянии десятков сантиметров от прибора.
При работе с паяльным феном стоит проявлять особую осторожность. Нагретый поток воздуха невидим, потому его легко непреднамеренно направить на руки или легкоплавкие предметы. Если вы выпускаете фен из рук, класть его нужно лишь на специально отведённые для этого места.
Обязательно работайте в хорошо вентилируемом помещении или под вытяжкой. Помните, что пары свинца и олова ядовиты, и их накопление в организме может вызвать отравления. Выпаривания паяльного флюса и дым от разрушенной изоляции также являются канцерогенными.
Как правильно паять SMD-компоненты, вы сможете увидеть в следующем разделе.
Пайка для начинающих видео
Вашему вниманию представлен необходимый и достаточный набор оборудования и материалов, который потребуется для выполнения самостоятельных ремонтов материнских плат телефонов, планшетов и ноутбуков.
Паяльник
Термовоздушная паяльная станция
Лабораторный блок питания
Силиконовый жаростойкий коврик
Флюс для пайки Martin (Германия), не требующий смывки
Оплетка для удаления припоя 1,5 и 2,0 мм
Итог
Пайка — увлекательный процесс, особенно для начинающих мастеров. Освоение этого ремёсла требует как значительных материальных, так и временных затрат. Понятно, что опыт приходит с практикой, и чем больше проработано этих навыков, тем более профессиональным становится специалист по пайке.
Тем не менее, важно помнить, что начинать лучше под наблюдением опытных мастеров, которые с удовольствием поделятся своим обширным опытом и знаниями с начинающими.
