Многие задаются вопросом, как правильно паять SMD-компоненты. Но перед тем как разобраться с этой проблемой, необходимо уточнить, что же это за элементы. Surface Mounted Devices – в переводе с английского это выражение означает компоненты для поверхностного монтажа. Главным их достоинством является большая, нежели у обычных деталей, монтажная плотность. Этот аспект влияет на использование SMD-элементов в массовом производстве печатных плат, а также на их экономичность и технологичность монтажа. Обычные детали, у которых выводы проволочного типа, утратили свое широкое применение наряду с быстрорастущей популярностью SMD-компонентов.

Ошибки и основные принцип пайки

Некоторые умельцы утверждают, что паять такие элементы своими руками очень сложно и довольно неудобно. На самом деле, аналогичные работы с ТН-компонентами проводить намного труднее. И вообще эти два вида деталей применяются в различных областях электроники. Однако многие совершают определенные ошибки при пайке SMD-компонентов в домашних условиях.

SMD-компоненты

Главной проблемой, с которой сталкиваются любители, является выбор тонкого жала на паяльник. Это связано с существованием мнения о том, что при паянии обычным паяльником можно заляпать оловом ножки SMD-контактов. В итоге процесс паяния проходит долго и мучительно. Такое суждение нельзя считать верным, так как в этих процессах существенную роль играет капиллярный эффект, поверхностное натяжение, а также сила смачивания. Игнорирование этих дополнительных хитростей усложняет выполнение работы своими руками.

Пайка SMD-компонентов

Чтобы правильно паять SMD-компоненты, необходимо придерживаться определенных действий. Для начала прикладывают жало паяльника к ножкам взятого элемента. Вследствие этого начинает расти температура и плавиться олово, которое в итоге полностью обтекает ножку данного компонента. Этот процесс называется силой смачивания. В это же мгновение происходит затекание олова под ножку, что объясняется капиллярным эффектом. Вместе со смачиванием ножки происходит аналогичное действие на самой плате. В итоге получается равномерно залитая связка платы с ножками.

Контакта припоя с соседними ножками не происходит из-за того, что начинает действовать сила натяжения, формирующая отдельные капли олова. Очевидно, что описанные процессы протекают сами по себе, лишь с небольшим участием паяльщика, который только разогревает паяльником ножки детали. При работе с очень маленькими элементами возможно их прилипание к жалу паяльника. Чтобы этого не произошло, обе стороны припаивают по отдельности.

Пайка в заводских условиях

Этот процесс происходит на основе группового метода. Пайка SMD-компонентов выполняется с помощью специальной паяльной пасты, которая равномерно распределяется тончайшим слоем на подготовленную печатную плату, где уже имеются контактные площадки. Этот способ нанесения называется шелкографией. Применяемый материал по своему виду и консистенции напоминает зубную пасту. Этот порошок состоит из припоя, в который добавлен и перемешан флюс. Процесс нанесения выполняется автоматически при прохождении печатной платы по конвейеру.

Заводская пайка SMD-деталей

Далее установленные по ленте движения роботы раскладывают в нужном порядке все необходимые элементы. Детали в процессе передвижения платы прочно удерживаются на установленном месте за счет достаточной липкости паяльной пасты. Следующим этапом происходит нагрев конструкции в специальной печи до температуры, которая немного больше той, при которой плавится припой. В итоге такого нагрева происходит расплавление припоя и обтекание его вокруг ножек компонентов, а флюс испаряется. Этот процесс и делает детали припаянными на свои посадочные места. После печки плате дают остыть, и все готово.

Необходимые материалы и инструменты

Для того чтобы своими руками выполнять работы по впаиванию SMD-компонентов, понадобится наличие определенных инструментов и расходных материалов, к которым можно отнести следующие:

• паяльник для пайки SMD-контактов;
• пинцет и бокорезы;
• шило или игла с острым концом;
• припой;
• увеличительное стекло или лупа, которые необходимы при работе с очень мелкими деталями;
• нейтральный жидкий флюс безотмывочного типа;
• шприц, с помощью которого можно наносить флюс;
• при отсутствии последнего материала можно обойтись спиртовым раствором канифоли;
• для удобства паяния мастера пользуются специальным паяльным феном.

Пинцет для установки и снятия SMD-компонентов

Использование флюса просто необходимо, и он должен быть жидким. В таком состоянии этот материал обезжиривает рабочую поверхность, а также убирает образовавшиеся окислы на паяемом металле. В результате этого на припое появляется оптимальная сила смачивания, и капля для пайки лучше сохраняет свою форму, что облегчает весь процесс работы и исключает образование «соплей». Использование спиртового раствора канифоли не позволит добиться значимого результата, да и образовавшийся белый налет вряд ли удастся убрать.

Очень важен выбор паяльника. Лучше всего подходит такой инструмент, у которого возможна регулировка температуры. Это позволяет не переживать за возможность повреждения деталей перегревом, но этот нюанс не касается моментов, когда требуется выпаивать SMD-компоненты. Любая паяемая деталь способна выдерживать температуру около 250–300 °С, что обеспечивает регулируемый паяльник. При отсутствии такого устройства можно воспользоваться аналогичным инструментом мощностью от 20 до 30 Вт, рассчитанным на напряжение 12–36 В.

Использование паяльника на 220 В приведет к не лучшим последствиям. Это связано с высокой температурой нагрева его жала, под действием которой жидкий флюс быстро улетучивается и не позволяет эффективно смачивать детали припоем.

Специалисты не советуют пользоваться паяльником с конусным жалом, так как припой трудно наносить на детали и тратится уйма времени. Наиболее эффективным считается жало под названием «Микроволна». Очевидным его преимуществом является небольшое отверстие на срезе для более удобного захвата припоя в нужном количестве. Еще с таким жалом на паяльнике удобно собирать излишки пайки.

Использовать припой можно любой, но лучше применять тонкую проволочку, с помощью которой комфортно дозировать количество используемого материала. Паяемая деталь при помощи такой проволочки будет лучше обработана за счет более удобного доступа к ней.

Как паять SMD-компоненты?

Порядок работ

Процесс пайки при тщательном подходе к теории и получении определенного опыта не является сложным. Итак, можно всю процедуру разделить на несколько пунктов:

1. Необходимо поместить SMD-компоненты на специальные контактные площадки, расположенные на плате.
2. Наносится жидкий флюс на ножки детали и нагревается компонент при помощи жала паяльника.
3. Под действием температуры происходит заливание контактных площадок и самих ножек детали.
4. После заливки отводится паяльник и дается время на остывание компонента. Когда припой остыл - работа выполнена.

Процесс пайки SMD-компонентов

При выполнении аналогичных действий с микросхемой процесс пайки немного отличается от вышеприведенного. Технология будет выглядеть следующим образом:

1. Ножки SMD-компонентов устанавливаются точно на свои контактные места.
2. В местах контактных площадок выполняется смачивание флюсом.
3. Для точного попадания детали на посадочное место необходимо сначала припаять одну ее крайнюю ножку, после чего компонент легко выставляется.
4. Дальнейшая пайка выполняется с предельной аккуратностью, и припой наносится на все ножки. Излишки припоя устраняются жалом паяльника.

Как паять при помощи фена?

При таком способе пайки необходимо смазать посадочные места специальной пастой. Затем на контактную площадку укладывается необходимая деталь - помимо компонентов это могут быть резисторы, транзисторы, конденсаторы и т. д. Для удобства можно воспользоваться пинцетом. После этого деталь нагревается горячим воздухом, подаваемым из фена, температурой около 250º C. Как и в предыдущих примерах пайки, флюс под действием температуры испаряется и плавится припой, тем самым заливая контактные дорожки и ножки деталей. Затем отводится фен, и плата начинает остывать. При полном остывании можно считать пайку оконченной.

Неоднократно встречаются случаи ошибок при демонтаже неподготовленным специалистом SMD-компонентов с печатных плат, в частности - повреждение контактных площадок и проводников на фольгированном текстолите плат управления принтеров и МФУ. Хочу подсказать безопасный способ демонтажа сложных SMD-компонентов (QFP, PLCC, TSOP и SOIC) с целью предотвращения выхода из строя как самих компонентов, так и токопроводящих элементов на фольгированном текстолите.

Как правило, сложности возникают при демонтаже элементов поверхностного монтажа при отсутствии инструментальной базы (паяльная станция, флюсы), а также опыта работы с SMD-компонентами с контролем температуры нагрева.

Компания CHIP QUIK учла этот момент и выпустила продукт, который позволяет производить демонтаж при помощи жала антистатичного паяльника с регулировкой температуры нагрева, специального флюса, припоя и очистителя. Принцип работы основан на уменьшении температуры плавления припоя, который используется при монтаже элементов производителем (оплавление).

Рассмотрим процесс демонтажа на примере нового набора CHIP QUIK SMD-1 Removal Kit. В новинке учли возможность работы с бессвинцовым монтажом плат.

В комплект набора входит: флюс в герметично упакованном инсулиновом шприце, аппликатор (напоминает укороченную иглу), поршень для шприца, легкоплавкий припой (температура плавления 58°С/136°F), спиртовые салфетки, инструкция на английском языке.

Процесс демонтажа можно разделить на шесть этапов:

1. Тщательно подготовьте рабочую поверхность: очистка от пыли; снятие лака с места пайки и контактов растворителем (встречается редко); очистка спиртовыми салфетками, которые входят в комплект.
2. Равномерно нанесите флюс с помощью аппликатора на все контакты компонента.
3. Перенос поверх флюса низкотемпературного припоя оплавлением плоским жалом паяльника с температурой нагрева 55°С-65°С на все контакты SMD-компонента.
4. Равномерный прогрев всех контактов получившегося «бутерброда» температурой до 182°С-190°С до момента смешения припоя и образования «шарика» вокруг контакта. Для ускорения процесса можно предварительно прогреть с обратной стороны плату феном или ванной до 150°С. Если температура плавления заводского припоя была в пределах 260°С-320°С, то температура плавления образовавшегося сплава будет в районе 100°С-120°С.
5. В момент, когда все контакты находятся в расплавленном припое, с помощью вакуумного экстрактора, пинцета или др. подручного инструмента демонтируем компонент с платы.
6. Очищаем от флюса рабочую поверхность и контакты демонтированного компонента спиртовыми салфетками. Лишний припой удаляем с помощью оплётки для выпайки, пропитанной в обычном флюсе.

Для наглядности процесс демонтажа с применением набора от CHIP QUIK можно просмотреть видео-ролики.

Появились желание и необходимость перейти на более компактные схемы, нежели собранные на обычной макетке. Перед тем, как основательно закупаться текстолитом, элементами и микросхемами для поверхностного монтажа, решил попробовать, а смогу ли я собрать такую мелочь. На просторах Алиэкспресс нашелся отличный «тренажер» за очень разумные деньги. Если у вас есть опыт пайки, большого смысла читать обзор нет

Набор представляет из себя светоэффект бегущие огни, скорость регулируется переменным резистором.
Приехало все в стандартном пупырчатом конверте, в зиппакете

Внешний вид набора

Помимо набора я пользовался припоем ПОС-61, флюсом RMA-223, пинцетом, паяльником.

Расходники

Если по припою никаких особых впечатлений быть не может, то по поводу флюса у меня есть что сказать.
Мне он показался излишне жирным, что ли. В общем, его достаточно сложно отмыть спиртом в компании с зубной щеткой, и я не вполне уверен, что под микросхемами не остались его остатки. Однако флюс рабочий и от пайки им у меня хорошие впечатления, особенно пока я не взялся за отмывку платы))). К плюсам добавлю, что флюс нейтральный и, в отличии от той же паяльной кислоты, его незначительные остатки не способны нанести вред компонентам. Так что флюсу зачет, а мои претензии к отмывке носят больше субъективный характер, до этого я пользовался водосмываемым флюсом ФТС и мне он казался проще в обращении.
К тому же у любого флюсгеля, по сравнению с жидким, есть очень удобный плюс, после его нанесения деталь можно «прилепить» к плате на гель и выровнять. Не ахти какое крепление, но случайно задеть плату или наклонить уже не страшно. Далее прижимаем элемент пинцетом и паяем. Пробовал несколько способов паять smd рассыпуху (резисторы, конденсаторы), самым удобным оказалось залудить одну контактную площадку, припаять ряд элементов с одной стороны, а уже потом пройтись по второй части. Причем форма жала оказалась не особенно и важна, подойдет практически любое, даже самое толстое.

Паяльник

Вот эти здоровым жалом я в итоге и пользовался… Им оказалось очень удобно поправлять криво вставшие элементы, поскольку его величины хватает, чтобы разогреть обе точки пайки, а потом мне было лень его сменить.

У микросхем похожая схема, сначала фиксируем одну ножку, затем паяем все остальное, фен не понравился категорически, часто сдувает компоненты, мне им сложно пользоваться. Отпаивать микросхемы феном - да, припаивать - нет.
Более крупные элементы, такие как ножки питания (как на этой плате) или радиаторы, толстые провода советую паять паяльной кислотой, она творит чудеса. Если же на проводах лак (например аудио, ради интереса можете разобрать старые наушники и попробовать припаять) его проще всего обжигать горелкой-зажигалкой, залудить кислотой и спокойно паять. Есть более удобный способ - использовать таблетку аспирина как флюс, на подобии канифоли - лак снимается на ура и провод имеет более аккуратный внешний вид. Здесь я проводами не пользовался, собрал «как есть».


Возможно кому-то будет удобнее паять не на столе, а зафиксировать плату в держателях

Держатели

третья рука, на крокодилах надета термоусадка, чтобы не царапать текстолит, и плата при этом держится в разы лучше


PCB Holder

Кому интересно, я добавил видео работы платы. Постарался как можно крупнее сфотографировать итог и название микросхем. Кстати, все заработало с первого раза, за пол бакса попробовать свои силы, флюсы, припои или обновить навык - самое то.

Еще пара фото

Когда я в очередной раз производил разборку в своих радиолюбительских «закромах», то обнаружил большое количество плат с SMD-компонентами, занимающих довольно много места. Выбрасывать вроде жалко, так как на платах содержится большое количество радиодеталей, которые могут пригодиться в работе. Поэтому я решил выпаять с этих плат наиболее ценные детали — полупроводники, микросхемы, индуктивности, кварцы и т.п. Т.е. те элементы, которые можно идентифицировать при помощи маркировки.

Распаять платы с SMD-компонентами можно несколькими способами, в том числе и обычным паяльником. Но это очень неудобный способ, приводящий к перегреву деталей и отслаиванию контактных площадок. Особенно затруднено выпаивание микросхем с большим количеством выводов. Наиболее удобным инструментом для этого дела является промышленный фен или паяльная станция со встроенным феном. К сожалению, у меня таких устройств нет, поэтому я решил соорудить небольшую «печку», для массовой выпайки SMD-элементов.

Конструкция

Основой устройства стала жестяная коробка взята от мультитула «Leatherman», размером 15х12х3,5см. В качестве нагревательного элемента применена 118 мм. галогенная лампа мощностью 300 Вт с цоколем R7s. Я не нашел патронов для монтажа этих ламп и в итоге пришлось немного переделать керамический патрон од другого типа лампы (штырьковой).

Первоначально я сделал крепления для двух ламп, но как показала практика и одной лампы хватает «за глаза»

Галогенная лампа подключается к любому регулятору соответствующей мощности. У меня он самодельный, собранный на интегральном регуляторе PR1500ST. Применение регулятора позволяет не перегревать плату и поддерживать «рабочую» температуру платы, чтобы легко снимать элементы.

Работа

Процесс демонтажа элементов достаточно прост. Участок платы, который необходимо распаять помещается над лампой, на высоте 1-3 см. Лампа включается почти на полную мощность. Через некоторое время — обычно 30-60 сек. плата начинает слегка дымиться (это испаряется защитный лак, остатки флюсов или клея). В это время я пробую снимать элементы в районе нагрева пинцетом. Обычно это легко удается секунд через 30-40 после того как пошел дым. Как только элементы начинают легко сниматься с платы, я уменьшаю мощность и начинаю методично «очищать» плату. Снятые детали помещаются на лист бумаги или картона. Таким способом элементы снимаются легко, без «соплей», даже если перед этим они были приклеены к плате (такие платы встречаются достаточно часто).

Для нагрева узкой платы, например сотового телефона я использую две металлические рейки.

Заключение

Вот в принципе и все. В итоге получается аккуратная кучка деталей которая в дальнейшем сортируется, каталогизируется и становится готовой к повторному применению в радиолюбительских устройствах.