Вітаю!
Сьогодні йтиметься про те, як домогтися високої якості монтажу на платах з великою кількістю компонентів - до 1500шт (можна і більше при щільному монтажі або при збірці 1-2 плат одночасно - не більше). Потреба в такому складному монтажі зазвичай виникає при виготовленні першого макета або декількох зразків, щоб переконатися в правильності трасування друкованої плати (основних складних моментів) або ж при разовому виробництві. Після отримання такого макета можна починати налагоджувати програмне забезпечення та вносити коригування в плату. Заводська збірка, в цьому випадку, не зовсім підходить через її вартість, підготовку конструкторської документації, добірки компонентів, термінів, макетування і багато чого іншого (під катом картинки на 8Мб).
Ріс. 1. Готова друкована плата з компонентами 0402 (зворотний бік).
Отже, почнемо з того, що визначимо, що нам знадобитися. Весь поверхневий монтаж буде проводитися феном і паяльною пастою, так як це в рази швидше і якісніше ніж паяльником і припоєм у дроті.
1. Паяльна станція (наприклад, Lukey 852D + з насадкою 10мм).
2. Тонкий немагнітний пінцет (для встановлення компонентів).
3. Пінцет з широким захопленням (для нанесення паяльної пасти).
4. Флюс (наприклад, Amtech NC-559-ASM, або інший безвідмивний).
5. Паяльна паста (Solder paste W001).
6. Гарне світло і стіл.
7. Пензлик/ванночка/спирт для промивання друкарської плати.
У процесі стане зрозуміло що є що, так що тут загострювати увагу не будемо. Для початку виконаємо всі приготування і зрозуміємо технологію пайки. Для того, щоб спаяти дві поверхні, їх необхідно спочатку залудити, потім притулити один до одного, нагріти і після того, як олово повністю розплавиться - остудити. Це коротко. Якісна пайка не має вкраплень, раковин, тріщин і має однорідну структуру. Остигання припою має відбуватися в нерухомому стані, тільки в цьому випадку він застигне правильно.
Паяльну пасту необхідно трохи доопрацювати. Для того, щоб вона добре накладалася і розтікалася рівномірним шаром її необхідно розбавити з флюсом в пропорції приблизно 2:1 (добре розмішати в однорідну масу). У деяких випадках пропорція може змінюватися, наприклад, якщо всі контактні майданчики мають велику площу, то припій повинен бути дещо гуще і навпаки.
Ріс. 2. Паяльна паста.
Для того, щоб покроково пояснити весь процес монтажу спаяєм частину невеликої плати на якій розташовані різні компоненти. Перше, що необхідно зробити (якщо плата тільки з виробництва і чиста) - це нанести на неї припій. Найпростіший і найшвидший, за певного знорування, спосіб - це нанесення широким пінцетом (або шпателем). Нижче наведено слайди процесу нанесення припою. За один раз необхідно брати невелику кількість припою і акуратно рівномірним і тонким шаром наносити його на плату (як лопаткою). Немає необхідності наносити його виключно на контактні майданчики, в процесі прогріву, через велику кількість флюса, зайве олово перейде на контактні майданчики або перетворитися на кульки, які необхідно перенести на контактні майданчики вручну (далі буде описано як це робити).
Ріс. 3. Процес нанесення припою на плату.
Розстановка компонентів. Не всі компоненти можна розставляти відразу після нанесення паяльної пасти. Наприклад, елементи в корпусах LQFP з кроком висновків менше ніж 0,8 мм необхідно ставити трохи пізніше - вже після першого прогріву феном, в іншому випадку, будуть короткі замикання між висновками, які буде складно видалити (звичайно можна використовувати «оплетку», але спробуємо обходитися без неї). Отже, в першу чергу встановимо SMD конденсатори, резистори, діоди тощо, компоненти в QFN корпусах. Для цього нам необхідний тонкий немагнітний пінцет. Для швидкого і зручного пошуку компонентів я використовую пошук в Altium Designer (проект, відповідно зроблений там же). Пошук компонентів виконується зліва направо, зверху вниз, вибираємо компонент, наприклад, конденсатор 100n, знаходимо їх всі і встановлюємо на плату.
Ріс. 4. Встановлення компонентів на плату.
Якщо необхідно зібрати кілька плат, то краще встановлювати компоненти відразу на 2 або 4 плати, оскільки в цьому випадку зменшується ймовірність помилки встановлення компонентів не на ті місця, також це значно зменшить загальний час складання. Для того, щоб спростити збірку, компоненти можуть бути поміщені в касу, тоді їх зручніше діставати і швидко запам'ятовується їх місцезнаходження. Після того, як всі необхідні компоненти встановлені можна приступати до прогрівання і безпосередньо пайки. Плата повинна лежати на рівній поверхні, яка не боїться сильного нагріву. У лівій руці необхідно тримати фен, у правій пінцет. Температура (виставлена на індикаторі) приблизно 390 град. - це досить висока температура, але саме для цієї станції таке значення є нормальним (також, якщо немає спеціальних обмежень по температурі пайки компонентів). Процес пайки зводиться до прогрівання окремих частин плати (робити це потрібно якомога рівномірніше), на яких стоять компоненти, уникаючи перегрівів і «вспучивания» текстоліту. Для плат з маленькою кількістю великих полігонів і 4-шарів температуру необхідно зменшити до 360 град. Під час прогрівання необхідно стежити за тим, як плавиться олово і одночасно пінцетом поправляти компоненти на контактних майданчиках. Особливо стежте за компонентами типорозміру 0402, оскільки вони починають «плисти» на флюсі і можуть перемішатися на платі. У процесі пайки олово скочується в кульки, а між деякими контактними майданчиками утворюються «заліпони» прибирається це все за допомогою компонента (наприклад, конденсатора), захопленого пінцетом (головне запам'ятати з якого місця взятий компонент). Він збирає на себе зайве олово, яке потім можна перенести на великі контактні майданчики. Все це необхідно робити при прогріванні плати, поки не висох флюс (його можна нанести окремо, якщо щось не вийшло з першого разу). Після пайки першої партії компонентів плата виглядає приблизно так:
Ріс. 5. Перший прогрів.
Я навмисно не став встановлювати SOIC, щоб показати як зручніше його паяти. Перед встановленням компонентів в LQFP і SOIC необхідно нанести тонкий шар флюса на (залужені!) контактні майданчики - це зробить пайку більш якісною. Далі встановлюємо решту компонентів. Зауважу, що чим менше крок висновків у компонентів, тим точніше їх потрібно позиціонувати. Наприклад, STM32F107 в корпусі LQFP64 під час прогріву буде не підняти пінцетом, так як якщо він зрушиться хоча б на половину кроку висновків (а це всього 0,25 мм), то олово заллється на сусідні контактні майданчики. SOIC можна буде підняти для попереднього прогрівання плати, так само це актуально для компонентів у пластиковому корпусі (релі, роз'єми, оптопари тощо). При другому прогріванні вже немає необхідності прогрівати всю плату, можна обмежитися тими місцями, де встановлені необхідні компоненти. Після пайки і промивання плата виглядає так:
Ріс. 6. Другий прогрів.
Ця плата має двосторонній монтаж. При пайку компонентів з іншого боку нижні (встановлені раніше) почнуть з'їжджати. Щоб цього не відбувалося, необхідно встановити плату на монтажні стійки (закріпити в власнику) або поставити кілька роз'ємів, щоб уникнути зіткнення вже припаяних компонентів з поверхнею. Для якісної пайки виводних компонентів, теж є пару хитрощів. Я завжди використовую припій з флюсом (наприклад RA-0,5), діаметром, відповідно, 0,5 мм. Щоб вийшло правильне затікання припою між металізованим отвором і виведенням компонента необхідно, щоб під час безпосередньо процесу пайки завжди стикалися чотири предмети: паяльник, контактний майданчик, виведення компонента і припій, а робиться це так: прислоняем паяльник к выводу так, чтобы он одновременно касался пояска «пада», затем подносим припой и прислоняем его к паяльнику, как можно ближе к выводу компонента и «паду». В результаті цього припій буде затікати в розігрітий отвір і утворює невеликий «наплив», після чого необхідно прибрати припій, а потім паяльник від виведення і «пада».
Ріс. 7. Пайка виводних компонентів.
У наступній статті я розповім про встановлення BGA компонентів (BGA84, BGA78, BGA620 і навіть BGA1084) за допомогою фена. А також плюси і мінуси установки BGA за допомогою спеціалізованої інфрачервоної паяльної станції.
PS: Якщо є якісь поради на тему ручного монтажу, із задоволенням вислухаю, також можу підказати, якщо щось залишилося неясним.