Как правильно паять микросхемы. Пайка для начинающих

Статический заряд представляет серьезную угрозу для работы электронных компонентов. Он может привести к их выходу из строя. Чтобы избежать ущерба от статического электричества, целесообразно использовать специальные антиэлектростатические инструменты и аксессуары. Более подробную информацию о статическом электричестве вы можете найти в нашей статье: Что такое электростатический разряд.

Пайка для начинающих

Начинающие мастера, занимающиеся ремонтом электроники, сталкиваются с множеством вопросов. За более чем 8 лет практики в паяльных работах, включая как SMD компоненты, так и BGA микросхемы, специалисты Bgacenter подготовили для вас полное руководство по пайке. В дополнение, вы можете обучиться пайке для начинающих под руководством профессионалов в рамках специальной программы.

Занятия по пайке для начинающих

Пайка от А до Я

Процесс пайки BGA микросхем можно разбить на несколько последовательных этапов. Основные шаги включают:

подготовка материнской платы для паяльных работ;
выпаивание микросхемы;
подготовка контактной площадки;
удаление компаунда;
reballing микросхемы;
припаивание микросхемы обратно на плату;
проверка качества пайки.

Если у вас нет опыта в пайке BGA микросхем, рекомендуем взглянуть на видео-инструкции, где показано, как преподаватель Bgacenter выполняет процесс пайки.

Подготовка платы

Прежде чем начинать пайку, внимательно осмотрите область предстоящих работ. Обратите внимание на расположение соседних микросхем, наличие на них компаунда (в этом случае их нужно защищать теплоотводами) и наличие чипов на обратной стороне материнской платы.

Если вы выпаиваете микросхему, а на обратной стороне расположены такие ключевые компоненты, как CPU или BB_RF, старайтесь слегка натягивать микросхему во время пайки и избегайте полного расплавления припоя под чипом. Это позволяет избежать перегрева компонентов, расположенных на обратной стороне, что может привести к отрыву контактных площадок, хотя их все же можно восстановить при необходимости. В большинстве случаев отрываются только неиспользуемые контакты.

Не забывайте учитывать температуру окружающей среды. В холодный сезон, особенно в условиях сквозняков, рекомендуется повышать температуру на 20-30 градусов Цельсия для комфортной работы.

Выпаивание BGA микросхемы

После предварительного осмотра необходимо определить направление потока горячего воздуха. Общее правило – направлять поток фена от микросхемы, которая имеет компаунд. Затем устанавливаем теплоотводы на микросхемах с компаундом. Используя пинцет, аккуратно разместите его на микросхеме, определив, как будет удобно захватить микросхему и с какой стороны вводить лопатку (чипы с компаундом снимаем, используя лопатку). Если требуется, сначала снимите часть обвязки, а затем восстановите ее после припаивания.

Установите температуру фена на 320 – 340 градусов Цельсия. Расход воздуха будет зависеть от конкретной термовоздушной паяльной станции и ручного контроля.

Направьте фен на плату на 5-7 секунд (предварительно прогревая плату), чтобы повысить температуру участка пайки. Это исключает тепловые деформации материнской платы и обеспечивает равномерный прогрев, что позволяет флюсу хорошо растекаться по необходимой площади.

Что касается потока воздуха, это индивидуальный параметр. Все зависит от того, на каком расстоянии вы находитесь от элемента. Как правило, я работаю в непосредственной близости от элемента и использую большой поток воздуха. Это позволяет сократить время, в течение которого горячий воздух воздействует на плату.

При выборе потока необходимо учитывать два критерия:

удалённые микросхемы и компоненты (обвязку), чтобы они не были сдуты с платы;
не перегревать плату; это означает, что продолжительное воздействие высокой температуры должно быть исключено. Почему это критично? Неправильный нагрев может повредить смежные микросхемы, которые находятся с компаундом и могут самопроизвольно отсоединяться, особенно если была выполнена предыдущая пайка с использованием пасты с низкой температурой плавления. Перед проведением пайки обязательно проведите визуальный осмотр и обсудите риски с клиентом.

Читайте ещё: Как оформить дарственную на земельный участок

Необходимость ремонта плат с BGA

Замена BGA чипов в первую очередь необходима в случае их выхода из строя, во вторую – при обрыве паяного контакта. Повреждение контактного соединения приводит к тому, что микросхема не может выполнять свои функции полностью или частично, что негативно сказывается на работе устройства и может вызвать его поломку.

Признаки, указывающие на повреждение BGA компонентов:

при включении устройства экран остается черным, при этом индикаторы питания горят;
устройство отключается самостоятельно через несколько секунд или минут после включения;
устройство многократно перезагружается без видимой причины;
отсутствует изображение;
устройство включается с первого раза не всегда.

Причины выхода из строя микросхем:

перегрев, вызванный нарушением системы охлаждения;
высокое напряжение из-за короткого замыкания, пробоя изоляции и т.д.;
физические повреждения микрочипа, вызванные ударом или механическим воздействием.

Причины повреждения шариковых выводов:

лес – нарушение технологии запайки (загрязненность, неправильно выбранная температура или время нагрева, охлаждения);
неправильный выбор материалов (флюсов, размера шариков BGA, припоя);
разрушение из-за влаги;
механические воздействия (удары, деформация).

Что такое реболлинг?

Повреждение контактов часто является следствием простого механического воздействия. Например, если устройство уронили или оно получило удар во время транспортировки. В большинстве случаев, чтобы исправить такие повреждения, достаточно восстановить шариковые выводы и повторно установить компонент.

Процесс восстановления шариковых выводов именуется реболлингом (от англ. “reballing”).

Операция реболлинга является довольно востребованной, хотя и требует знаний и оборудования. Без специальной техники качественный реболлинг осуществить невозможно: мастер должен обладать необходимыми навыками и опытом.

По сути, все ремонтные работы можно разделить на два типа: демонтаж микрочипа и его запайку. Важно также позаботиться о безопасности во время проведения работ.

Пайка компонентов

Подготовьте компоненты к пайке. Убедитесь, что вы используете детали, соответствующие по типу и характеристикам. Если вам нужны резисторы, проверьте их цифровые значения. Если необходимо, аккуратно согните выводы, стараясь не повредить их (не сгибайте слишком сильно), и плотно прижмите их к плате.

Держите расстояние между электронными компонентами и вашими глазами не менее 20-30 см, чтобы избежать попадания капель припоя или горячего флюса в глаза. Рекомендуется использовать защитные очки, так как расплавленный припой может брызгать неожиданно.

Осторожно коснитесь жала паяльника с каплей припоя к поверхности проводника и подложки одновременно. Кончик паяльника с каплей должен соприкасаться и с проводником, и с подложкой.
Не касайтесь жала паяльника к неметаллическим частям печатной платы, таким как стекловолокно или другие материалы, так как высокая температура может их повредить.

Если припой не плавится в необходимом месте, это может означать, что он недостаточно нагрет или поверхность плохо очищена от загрязнений и жира. Возможно, нужно повторно обработать поверхность флюсом. Перед пайкой важно тщательно очистить поверхности.
Будьте осторожны — обычная наждачная бумага может оказаться слишком абразивной, а использование более мягкой металлической мочалки может оставить мелкие частицы, способные вызвать короткие замыкания.

Если у вас плата с гальваническим покрытием, остановите подачу припоя, когда вокруг соединения образуется сплошная вогнутая кромка;
На непокрытой металлом плате завершите подачу припоя, когда он образует ровное пятно;
Слишком большое количество припоя приведет к образованию выпуклого соединения, тогда как его недостаток создаст вогнутый контакт неправильной формы — в обоих случаях пайка будет некачественной.

Качественная пайка

Рекомендуется использовать паяльник меньше мощности, чем вы считаете нужным. Обычно 30-ваттного паяльника достаточно для работы с электроникой. Полезно также попрактиковаться в пайке перед началом ответственной работы.
При работе с двухсторонней платой осмотрите соединения с обеих сторон. Обычно качественные паяные контакты блестят и имеют форму конуса, а тусклые и матовые соединения скорее всего долгоживущими не будут.

Читайте ещё: Как сделать маленький помпон из пряжи: пошаговая инструкция, советы, фото. Как сделать пумпончик из пряжи.

Если вы подключаете чувствительные компоненты, такие как диоды или транзисторы, подумайте о необходимости использования радиаторов. Эти элементы чувствительны к тепловым повреждениям, поэтому рекомендуется прикрепить небольшой алюминиевый радиатор к выводам этих деталей с обратной стороны печатной платы. Такие радиаторы можно приобрести в магазинах электроники или использовать небольшие зажимы.

Пайка должна равномерно покрывать поверхность компонентов. Припоя должно быть столько, чтобы он не образовывал шарик, но и чтобы он полностью покрывал место соединения.

После пайки каждого компонента очищайте жало паяльника. Используйте для этого мокрую губку или мочалку из бронзовой или латунной проволоки.

Если компоненты слишком горячие на ощупь, используйте плоскогубцы с острым носиком или инструмент с двумя зажимами типа «крокодил», установленные на небольшой подставке. Следите за припоем — он должен оседать по мере охлаждения.

Никто не застрахован от ошибок, даже мастера. Не переживайте, если вам придется что-то перепаять — это поможет избежать потенциальных проблем в будущем.

При частом использовании паяльника его жало может прикипеть к корпусу из-за образовавшихся оксидов. Лучшими для этого являются жала с защитным покрытием. Если жало не удается снять, со временем оно будет застревать и в конечном итоге разрушится. Чтобы этого избежать, периодически (каждые 20–50 часов работы) снимайте жало и очищайте его от оксидов, что значительно продлит срок службы паяльника.
Большинство паяльников имеют сменные жала, которые выпускаются в различных формах и размерах в зависимости от задач.
Держите под рукой резиновую грушу или другой отсасывающий инструмент для удаления расплавленного припоя, а также плетенку для удаления лишнего припоя на случай, если потребуется восстановить или отсоединить что-то.
Очистите паяльник от налета и оксидов с помощью проволочной мочалки (лучше из латуни) каждые 60–75 часов работы.

Технологии пайки

Начинающим радиолюбителям помогут пошаговые инструкции, чтобы правильно паять в домашних условиях. Перед началом работ обязательно изучите подготовку деталей к работе, температуру плавления олова и правила нанесения флюса. Начинать освоение микросхем лучше всего с их выпаивания и тренировки на старых и неисправных бытовых приборах.

После того как вы освоили процесс выпаивания, вы можете перейти к пайке и попробовать соединить дорожки в радиодеталях.

Существует два типа микросхем. DIP-чипы имеют выводы, которые впаиваются в отверстия с обратной стороны платы. SOIC-чипы имеют плоские выводы, которые впаиваются с лицевой стороны.

Последовательность паяльных работ зависит от типа детали. Есть следующие методы пайки.

Радиоэлементов

Чтобы отпаять SOIC-чип, необходимо удалить защитный лак с выводов микросхемы с помощью растворителя, а после этого очистить область пайки с помощью этилового спирта. Затем на выводы наносят флюс с помощью кисточки. После этого потребуется взять припой и запаять все выводы чипа с каждой стороны, соединяя их. Припой должен распределяться по всем точкам выводов, рекомендуем брать его в достаточном количестве, чтобы, убирая паяльник, он оставался в расплавленном состоянии. В этом случае будет проще взять чип с помощью пинцета и поднять его. Если микросхема прилипла к плате, обрабатывайте каждый вывод по одному и поднимайте его с помощью пинцета. Когда все выводы будут выпаяны, возьмите нож и удалите чип, стараясь не повредить плату.

При пайке SOIC-чипа можно использовать метод волны припоя. Он основан на эффекте капилляра: расплавленный состав припоя заполняет пространство между площадкой платы и выводами микрочипа, образуя каплю.

Последовательность действий при этом включает: сначала на контакты вывода наносят жидкий флюс для облуживания. Затем микросхему размещают на плате, выравнивая точки ввода с крепежными местами. После этого: нужно припаять каждый вывод по диагонали, чтобы избежать перекосов. После завершения пайки, флюс повторно наносят на соединенные точки вывода и распределяют припой равномерно по ним. Если между двумя выводами образовался короткое замыкание из припоя, его удаляют с помощью металлической плетенки, накладывая ее на образовавшуюся перемычку.

Читайте ещё: Нанесение декоративной штукатурки короед. Штукатурка короед как наносить правильно на стену.

Чипов

Чтобы отпаять DIP-чип, нужно удалить лаковое покрытие с области пайки с помощью ацетона, затем следы этого вещества убирают с помощью этилового спирта. Горячей насадкой-жалом коснитесь ножки чипа с обратной стороны платы. Держите жало в этом месте, пока припой не расплавится, затем аккуратно собирайте растающий припой шприцем.

При выполнении процесса припаивания следите за тем, чтобы чип не перегревался, поскольку прикасаться к ножке чипа можно не более 2-3 секунд. Периодически охладите область пайки, чтобы избежать перегрева.

Перед началом пайки важно облудить выводы чипа. Для этого на выводы наносят флюс, не касаясь самой микросхемы, и обрабатывают насадкой с припоя. Такие обработанные выводы имеют гладкую и серебристую поверхность. Затем микрочип располагают на плате и фиксируют с помощью припоя в соответствующем месте.

Суть пайки

Что же такое пайка? Это процесс соединения проводников (например, проводов или дорожек на плате) с использованием легкоплавкого припоя. Хотя этот процесс кажется простым, существуют два критически важных момента:

надежность соединения, чтобы обеспечить стабильный контакт;
достаточная площадь соединения, чтобы избежать перегрева в месте пайки (это особенно важно для силовых цепей).

Стоит отметить, что сам по себе припой обладает высоким удельным сопротивлением. Поэтому важно, чтобы толщина покрытия была небольшой, а площадь покрытия была значительно больше. Также обратите внимание, что чем толще проводник (например, провода), тем большая площадь должна быть покрыта.

Какой инструмент нужен для пайки?

Паяльник

Существуют также маломощные модели с тонкими жала, которые подходят для пайки мелких деталей, например, SMD-компонентов. Хотя такие паяльники вряд ли подойдут для проводов, для электроники они больше чем достаточны. Например, Rexant 12-0180 мощностью 8 Вт можно подключить к Power Bank и беспрепятственно работать с деталями и платами.

Флюс

Рекомендуется использовать мягкий припой в виде проволоки толщиной 1 мм — он плавится быстрее и легко наносится на поверхности деталей. Обычно припой продается в бухтах, однако в характеристиках указывается не общая длина проволоки, а ее вес. В среднем 1 грамм припоя стоит около 5 рублей. Чем больше бухта, тем выгоднее ее цена за единицу. Если вы только начинаете, наберите бухту весом 25 грамм — ее вам хватит надолго.