Как паять микросхемы
Как и чем паять микросхемы — пайка микросхем своими руками
Пайка микросхем отличается особой сложностью из-за миниатюрных размеров и скрупулёзности. А ведь эта маленькая деталь с вшитым «кодом» встречается практически повсеместно на платах и в электронике.
Как паять микросхемы — это первый вопрос, которым задаётся начинающий электронщик. Как никто другой он понимает, что мощный паяльник с толстым жалом здесь настоящий враг…
Как и чем паять микросхемы — пайка микросхем своими руками
Перед тем, как выпаивать микросхему, подготовьте всё необходимое для этих целей, а именно:
- Фен для пайки — именно им и следует осуществлять выпаивание микросхемы с плат или же можно воспользоваться паяльной станцией;
- Гелевый флюс Flux Plus или ему подобный;
- Пинцет для захвата микросхемы;
- Медную оплётку от ТВ кабеля или специально предназначенную для этих целей, например, такую как — Goot Wick. Она нам понадобится, чтобы впаять на место новую микросхему;
- Электрический паяльник; и флюс к нему;
- Спирт или специальную жидкость для очистки контактных дорожек платы.
Для впаивания микросхемы назад автор рекомендует использовать флюс ЛТИ-120. Это нейтральный флюс, который не причинит вреда микросхеме.
Как выпаять микросхему
Итак, в первую очередь нужно запомнить, как именно стояла микросхема. Чтобы не путаться в дальнейшем, следует знать, что у каждой микросхемы есть ключ, то есть, специальная метка, от которой происходит нумерация контактов. Во всех микросхемах нумерация выводов осуществляется против часовой стрелки.
Чтобы выпаять микросхему нам понадобится смазать контакты гелевым флюсом, после чего нагреть микросхему феном, при температуре 300-250 градусов.
После того, как припой начнёт расплавляться, нужно будет осторожно поддеть микросхему пинцетом, после чего аккуратно вытащить её из посадочного гнезда.
Как впаять микросхему обратно
Прежде чем браться за впаивание новой микросхемы, следует хорошо очистить контакты от лишнего припоя, а потом и от грязи с помощью спирта. Для этих целей берём паяльник и лудим каждое отверстие под ножки микросхемы. При этом в каждом отверстии должно оставаться некоторое количество припоя, чтобы в дальнейшем припаять назад микросхему.
Для лужения гнезда микросхемы не нужно жалеть олова и флюса . После лужения нужно очистить посадочное место от грязи, используя для этих целей спирт или Flux-Оff. Просто берём ватку и смачиваем её в спирте, после чего обильно протираем контактные дорожки.
Всё, теперь настал черед впаивать микросхему обратно. Для этого устанавливаем новую микросхему «по ключу», и разогреваем припой с помощью фена. Фен водим по кругу и держим его максимально вертикально по отношению к контактам микросхемы.
Напоследок, приглаживаем слегка припой на контактах паяльником, и если того требует дело, добавляем чуток припоя.
На этом все. Уверен, что у вас получится намного лучше, чем у меня. Ну а если вы знаете и другие способы пайки микросхем, то прошу поделиться собственным опытом. Всем спасибо, удачи и терпения в делах.
Пайка для начинающих
Для начала разберемся с процессом пайки. Пайка это процесс образования механического и электрического контакта между металлическими поверхностями, способного выдерживать значительные механические нагрузки. Пайка образуется при высоких температурах (от 180 до 250°С) спаиваемых поверхностей и расплавленного олова. Для качественной пайки недостаточно нагреть одну поверхность с оловом и прислонить к ней другую: обязательное условие образования надежного контакта — равные температуры спаиваемых поверхностей. Естественно что добиться этого можно только при помощи верно подобранного инструмента.
Важное замечание: низкая температура жала паяльника приведет к размягчению припоя но не к его расплавлению. Результат — холодная пайка (узнать можно по зернистой структуре контакта). Перегретое жало — чрезмерное выпаривание припоя. И тот, и другой дефект приводит к рассыпанию / расслоению контакта через некоторое время эксплуатации.
Не нужно забывать и о предельных температурах электронных компонентов: пайка при температуре
250°С не должна проходить более 10 сек. Это уже закон проверенный временем: интегральные компоненты можно запросто пережечь.
Подводя итог выше сказанному определим требования для паяльного оборудования радиолюбителя:
1. Желательно приобретать не просто паяльник, а паяльную станцию. Скажете дороже? Да, но не на много. Цены на хорошие паяльные станции начинаются от 800 руб. Дороже чем паяльник на радиорынке? Но зато какие преимущества: регулируемый диапазон нагрева (вероятность пережечь компоненты спадает на нет); поддержание постоянной температуры жала (жало не перегорает — снижаются затраты на расходники); важная особенность всех паяльных станций — наличие подставки под паяльник (вещь необходимая) и ванны для очистной губки — не захотите покупать станцию будете искать эти вещи отдельно.
2. Мощность паяльника вещь во многом определяющая качество пайки. При пайке печатных плат вполне достаточно паяльника с мощностью 25-40 Вт. Лично я уже 10 лет пользуюсь станциями с мощностью 40 Вт и не знаю проблем. Конечно при пайке проводов сечением в 10 мм : вам и 100 Вт будет мало — но здесь речь идет о пайке плат.
3. Напряжение питания — на территории России стандартом является напряжение 220 ±10% В, 50 Гц. Хотите паять подключаясь к сети электропитания — покупайте паяльник / станцию с таким питанием. Для пайки в автомобиле или в местах где сложно найти розетку можно найти паяльник с питанием 12/18/24 В или газовые паяльники.
4. Важный параметр при пайке плат — форма жала. Сейчас для паяльников / станций предлагается широкий ассортимент жал — лопатка, конус, игла и т.д. Какое выбирать дело ваше: каждому удобно паять тем чем он привык. Я пользуюсь лопатками разных размеров.
5. Немаловажный параметр — стойкость жала. Вы можете найти термостойкие жала которым не страшен длительный перегрев. Удобно, но дорого.
6. Нельзя не упомянуть о антистатических паяльных станций. Если вы готовы выложить более 100$ за паяльную станцию — вы получите антистатическую защиту (полезно при пайке полевых элементов и других капризных бяк). Нет таких денег — не расстраивайтесь — можно самостоятельно доработать станцию / паяльник: заземление жала в большинстве случаев помогает. Это конечно не та антистатика, которая есть в навороченных станциях, но помогает не хуже.
Ну как, обзавелись паяльным оборудованием? Следующий шаг — расходные материалы. Вам понадобится флюс — для удаления окислов с контактных площадок плат и выводов компонентов и припой.
Выбор флюса — отдельный вопрос. Ваш дедушка паял с канифолью — снисходительно улыбнитесь — раньше другого не было. Чем плоха канифоль — канифоль, спиртовой канифольный флюс относятся к категории активных флюсов. Главный недостаток — при высоких температурах удаляется не только оксид металла — удаляется и сам металл. Посмотрите на жало дедушкиного паяльника — все в рытвинах, черное и с зазубринами. Это действие канифоли. Другой главный недостаток — очистка платы после пайки с канифолью большая проблема. Смыть остатки можно только спиртом или растворителями (да и то, порой проще отковырять чем-то острым). Остатки флюса на плате не только некрасиво с эстетической точки зрения, но и вредно. На платах с малыми зазорами между проводниками возможен рост дендритов (проще говоря, замыканий) вызванных гальваническими процессами на загрязненной поверхности.
Каков же выход — на современном рынке материалов можно найти широкую гамму флюсов, которые смываются обычной водой, не разрушают жало паяльника и обеспечивают высокое качество пайки. Продаются такие флюсы, как правило, в шприцах, что очень удобно для использования.
Выбор припоя. Дедушка порекомендовал вам оловянный прут сечением 10 мм? Еще раз улыбнитесь. Сейчас для пайки пользуются припойной проволокой сечением от 1 до 5 мм. Наиболее распространены 1,5-2 мм многоканальные припои. Многоканальность означает, что внутри оловянной проволоки расположены несколько каналов флюса, который обеспечивает образование ровной блестящей и надежной пайки. Продается такой припой в мотках — на радиорынках, в колбах — в которых он находится свернутым в спираль, и в бобинах (в них количество припоя такое, что его хватит не на один год).
Активатор жала. Активатор жала или TipCleaner продается в очень маленьких баночках. Он необходим для увеличения срока службы жала паяльника. Перед каждой пайкой и после неё (имеется в виду в начале и в конце работы) опустите жало в эту баночку. На нем образуется защитное покрытие, препятствующее образованию нагара.
Ну что, готовы к пайке? Последнее что вам нужно — ручной инструмент: нож, кусачки, пассатижи. Если в процессе работы понадобится что еще — поймете сами.
Перед тем как паять плату необходимо подготовить рабочее место: позаботьтесь о емкости с низкими бортами и достаточно большой площадью для мусора — откусанных выводов и снятой оплетке. Очень хорошо подходит пластиковая одноразовая тарелка (не стоит касаться её жалом разогретого паяльника:). Позаботьтесь и об освещении — свет должен падать на плату так, чтобы рука с паяльником не закрывала его.
Теперь вы настоящий ПАЯЛЬЩИК (правда, еще не опытный, но это наверстывается).
Прежде чем приступить к пайке разберитесь с платой. Если вы делали её самостоятельно — скорее всего она без паяльных покрытий: голая медь. Перед пайкой все контактные площадки придется облудить: покройте их флюсом и нанесите олово паяльником так, чтобы не закрыть отверстия в плате. При правильно подобранной температуре и хорошем флюсе, олово с жала паяльника само «обтечет» всю контактную площадку, как только вы её коснетесь. Не стоит брать на жало паяльника огромные капли олова: касаетесь жалом прутка и через секунду на жале будет необходимое количество.
Плата, покрытая оловом — промышленное изготовление — избавляет от этой работы, но и стоит соответственно.
Плата готова? При необходимости удалите остатки флюса и можете приступать к пайке.
Одна из основных ошибок начинающих радиолюбителей — компоненты паяют, а потом откусывают лишнюю длину ножек. При этом качественного контакта добиться сложно — повышенный теплоотвод и усложненный доступ жала к месту пайки только ухудшают образование надежного соединения. Формуйте выводы компонентов и обрезайте их перед пайкой.
Как я уже отмечал — при правильной технологии олово будет «обтекать» контакт самостоятельно. Обращайте внимание на состояние выводов компонентов: серые матовые выводы — окисленные. Придется лудить с флюсом. Будьте осторожны — можно пережечь компонент. Хотите избежать неприятностей — покупайте компоненты в радиоэлектронных магазинах — там они правильно хранятся.
Чем и как паять микросхемы
Современные радиоэлектронные устройства невозможно представить без микросхем – сложных деталей, в которые, по сути, интегрированы десятки, а то и сотни простых, элементарных компонентов.
Микросхемы позволяют сделать устройства легкими и компактными. Рассчитываться за это приходится удобством и простотой монтажа и достаточно высокой ценой деталей. Цена микросхемы не играет важной роли в формировании общей цены изделия, в котором она применяется. Если же испортить такую деталь при монтаже, при замене на новую стоимость может существенно увеличиться. Несложно припаять толстый провод, большой резистор или конденсатор, для этого достаточно владения начальными навыками в пайке. Микросхему же надо припаивать совсем иным способом.
Чтобы не произошло досадных недоразумений, при пайке микросхем необходимо пользоваться определенными инструментами и соблюдать некоторые правила, основанные на многочисленном опыте и знаниях.
Оборудование для пайки
Для пайки микросхем можно использовать различное паяльное оборудование, начиная от простейшего – паяльника, и заканчивая сложными устройствами и паяльными станциями с использованием инфракрасного излучения.
Паяльник для пайки микросхем должен быть маломощным, желательно рассчитанным на напряжение питания 12 В. Жало такого паяльника должно быть остро заточено под конус и хорошо облужено.
Для выпаивания микросхем может быть применен вакуумный оловоотсос – инструмент, позволяющий поочередно очищать ножки на плате от припоя. Этот инструмент представляет собой подобие шприца, в котором поршень подпружинен вверх. Перед началом работ он вдавливается в корпус и фиксируется, а когда необходимо, освобождается нажатием кнопки и под действием пружины поднимается, собирая припой с контакта.
Более совершенным оборудованием считается термовоздушная станция, которая позволяет осуществлять и демонтаж микросхем и пайку горячим воздухом. Такая станция имеет в своем арсенале фен с регулируемой температурой потока воздуха.
Очень востребован при пайке микросхем такой элемент оборудования, как термостол. Он подогревает плату снизу, в то время, как сверху производятся действия по монтажу или демонтажу. Опционально термостол может быть оснащен и верхним подогревом.
В промышленных масштабах пайка микросхем осуществляется специальными автоматами, использующими ИК-излучение. При этом производится предварительный разогрев схемы, непосредственно пайка и плавное ступенчатое охлаждение контактов ножек.
В домашних условиях
Пайка микросхем в домашних условиях может потребоваться для ремонта сложной бытовой техники, материнских плат компьютеров.
Как правило, чтобы припаять ножки микросхемы, используют паяльник или паяльный фен.
Работа паяльником осуществляется с помощью обычного припоя или паяльной пасты.
В последнее время стал чаще применяться бессвинцовый припой для пайки с более высокой температурой плавления. Это необходимо для уменьшения вредного действия свинца на организм.
Какие приспособления потребуются
Для пайки микросхем, кроме самого паяльного оборудования, потребуются еще некоторые приспособления.
Если микросхема новая и выполнена в BGA-корпусе, то припой уже нанесен на ножки в виде маленьких шариков. Отсюда и название – Ball Grid Array, что означает массив шариков. Такие корпуса предназначены для поверхностного монтажа. Это означает, что деталь устанавливается на плату, и каждая ножка быстрым точным действием припаивается к контактным пятачкам.
Если же микросхема уже использовалась в другом устройстве и используется как запчасти, бывшие в употреблении, необходимо выполнить реболлинг. Реболлингом называется процесс восстановления шариков припоя на ножках. Иногда он применяется и в случае отвала – потери контакта ножек с контактными пятачками.
Для осуществления реболлинга понадобится трафарет – пластина из тугоплавкого материала с отверстиями, расположенными в соответствии с расположением выводов микросхемы. Существуют готовые универсальные трафареты под несколько самых распространенных типов микросхем.
Паяльная паста и флюс
Для правильной пайки микросхем необходимо соблюдать определенные условия. Если работа осуществляется паяльником, то жало его должно быть хорошо облужено.
Для этого используется флюс – вещество, растворяющее оксидную пленку и защищающее жало от окисления до покрытия припоем во время пайки микросхемы.
Наиболее распространенный флюс – сосновая канифоль в твердом, кристаллическом виде. Но, чтобы припаять микросхему, такой флюс не годится. Ножки ее и контактные пятачки обрабатывают жидким флюсом. Его можно сделать самостоятельно, растворив канифоль в спирте или кислоте, а можно купить готовый.
Припой в этом случае удобнее использовать в виде присадочной проволоки. Иногда он может содержать внутри флюс из порошковой канифоли. Можно приобрести готовый паяльный набор для пайки микросхем, включающий в свой состав канифоль, жидкий флюс с кисточкой, несколько видов припоя.
При осуществлении реболлинга используется паяльная паста, представляющая собой основу из вязкого материала, в которой содержатся мельчайшие шарики припоя и флюса. Такая паста наносится тонким слоем на ножки микросхемы с обратной стороны трафарета. После этого паста разогревается феном или инфракрасным паяльником до расплавления припоя и канифоли. После застывания, они образуют шарики на ножках микросхемы.
Порядок проведения работ
Перед началом работ необходимо подготовить все инструменты, материалы и приспособления, чтобы они были под рукой.
При монтаже или демонтаже плату можно расположить на термостоле. Если для демонтажа используется паяльный фен, то для исключения его воздействия на другие компоненты, нужно их изолировать. Сделать это можно установкой пластин из тугоплавкого материала, например, полосок, нарезанных из старых плат, пришедших в негодность.
При использовании для демонтажа оловоотсоса процесс происходит аккуратнее, но дольше. Оловоотсос «заряжается» при очистке каждой ножки. По мере заполнения кусками застывшего припоя, его нужно очищать.
Есть несколько правил пайки, которые следует обязательно исполнять:
- паять микросхемы на плате надо быстро, чтобы не перегреть чувствительную деталь;
- можно каждую ножку во время пайки придерживать пинцетом, чтобы обеспечить дополнительный теплоотвод от корпуса;
- при монтаже с помощью фена или инфракрасного паяльника, необходимо следить за температурой детали, чтобы она не поднималась выше 240-280 °C.
Радиоэлектронные детали очень чувствительны к статическому электричеству. Поэтому при сборке лучше использовать антистатический коврик, который подкладывается под плату.
Зачем сушить чипы
Чипами называют микросхемы, заключенные в BGA-корпусах. Название, видимо, пошло еще от аббревиатуры, означавшей «Числовой Интегральный Процессор».
По опыту использования у профессионалов существует устойчивое мнение, что при хранении, транспортировке, пересылке, чипы впитывают в себя влагу и во время пайки она, увеличиваясь в объеме, разрушает деталь.
Действие влаги на чип можно увидеть, если нагреть последний. На поверхности его будут образовываться вздутия и пузыри еще задолго до того, как температура поднимется до значения, достаточного для расплавления припоя. Можно только представить, что же происходит внутри детали.
Чтобы избежать нежелательных последствий наличия влаги в корпусе чипа, при монтаже плат осуществляется сушка чипов перед пайкой. Эта процедура помогает удалить влагу из корпуса.
Правила сушки
Сушку чипов необходимо производить, соблюдая температурный режим и продолжительность. Новые чипы, которые были приобретены в магазине, со склада, присланы по почте, рекомендуется сушить не менее 24 часов при температуре 125 °C. Для этого можно использовать специальные сушильные печи. Можно высушить чип, расположив его на термостоле.
Температуру сушки необходимо контролировать, чтобы не допустить перегрева и выхода детали из строя.
Если чипы были высушены и хранились до монтажа в обычных комнатных условиях, достаточно просушить их в течение 8-10 часов.
Учитывая стоимость деталей, очевидно, лучше провести сушку, чтобы с уверенностью приступать к монтажу, чем пытаться паять непросушенный чип. Неприятности могут обернуться не только денежными тратами, а еще и потерянным временем.
