How-To Tuesday:表面貼裝焊接 - 💡 Fix My Ideas

How-To Tuesday:表面貼裝焊接

How-To Tuesday:表面貼裝焊接


作者: Ethan Holmes, 2019

攝影:Pat Molner

表面貼裝焊接

製作現代電路的技術。

作者:Scott Driscoll

當手機放在公文包中時,製造的電子產品具有易於焊接的引線。現在手機安裝在口袋裡,內部較小的表面貼裝設備(SMD)正在將通孔元件驅逐到滅火狀態。

SMD的成本可能低於他們的老式同類產品,許多新設備(包括大多數加速度計)僅以SMD格式提供。

如果您設計印刷電路板,使用SMT(表面貼裝技術)並在兩側放置元件使它們更便宜和更小。這可能與機器人無關,但它有助於項目適合薄荷罐或掛風箏。

SMD專為精密機械設計,可在大量密集的PCB上進行批量組裝。它們的微小導線對於人類的雙手來說可能看起來不可能,但是有一些好的,相對便宜的方法不需要1000美元以上的專業SMT焊台。一個”

工具

攝影:Scott Driscoll

你需要什麼取決於你正在做什麼以及它有多少(見故事)。

  • [A]焊台
  • [B]助焊劑毛氈筆,刷瓶或針瓶
  • [C]沖洗線切割機
  • [D]焊料
  • [E]無絨抹布
  • [F]熱板或咖啡壺加熱器或煎鍋
  • [G]從藝術品商店壓印加熱工具
  • [H]牙科鎬
  • [I]真空吸塵器
  • [J]鑷子
  • [K]止血劑
  • [L]焊膏
  • [M] Chip Quik SMD拆卸套件
  • [N] PanaVise
  • [O]溫度指示標記或熱電偶
  • [P]烤麵包機
  • [問]放大鏡或點亮的放大鏡
  • [R]酸刷
  • [S]脫焊辮子
  • [T]幹尖清潔劑或海綿
  • [U]異丙醇
  • [V]立體變焦顯微鏡,30倍
  • [W]熱氣站

[不顯示]

  • 焊接技巧
  • X-Acto刀
  • 聚酯薄膜模板
  • 小刮刀

典型的SMD包裝

  • [a] QPF208
  • [b] QPF44
  • [c] PLCC
  • [d] SOIC
  • [e]電解電容器
  • [f] SOT23
  • [g] QFN
  • [h]鉭電容器
  • [i] 805電阻器
  • [j] 603電阻器
  • [k] 402電阻器

鐵,熱空氣和烤箱

我們來看看SMD焊接的3種方法。最簡單的元件有腳或其他可觸及的觸點,平放在電路板的焊盤上。這些可以連接烙鐵。快速觸摸尖端,一點焊料將自然地在腳下流動並進行連接。這是SMD焊接的神奇之處 - 毛細管作用可以為您完成大部分工作。

其他SMD封裝的底部有觸點,遙不可及。您可以通過兩種方式焊接它們:單獨使用焊料或焊膏和熱空氣噴射,或者通過在每個觸點和焊盤之間用焊膏定位板上的所有元件,然後在平底鍋上加熱電路板來集中焊接或者在烤箱中“回流”電路板(熔化漿料)並進行所有連接。

基本SMD焊接

每種方法都有自己的工具和用品。以下是鐵焊最簡單的SMD所需要的:電阻器,電容器和帶引線的IC(集成電路)封裝。

>>精細工業鑷子可以拾取和對齊小部件。止血鉗,牙科鎬(用於固定彎曲的引線)和X-Acto刀也很有幫助。

>> Flux是表面貼裝焊接的秘訣。它可以去除連接處的氧化物,使焊料與它們結合,並有助於散發熱量。在正常的通孔焊接過程中,您需要用鐵加熱接頭,然後將焊絲熔化,使焊料芯中的焊劑熔化並清潔接頭。通過表面貼裝焊接,經常使用焊料 在鐵上融化然後轉移到關節 - 常規焊接中的致命罪。在傳輸過程中,助焊劑會逐漸沸騰,因此您需要直接在連接中添加更多。助焊劑有3種類型的容器:毛氈筆,刷子瓶和針瓶。

>>您可以使用點亮的放大鏡焊接除最精細音調組件之外的所有組件,您可以使用10美元的放大鏡,放大倍率為10倍。如果您希望進行大量的SMD工作,請使用放大倍率高達30倍的立體變焦顯微鏡(試用eBay)。

>>我建議購買溫度至少為50瓦的溫控焊台,價格可能在50美元至120美元之間。一個便宜的15W鐵將用於某些事情,但會更慢,更令人沮喪。如果您使用需要更高熱量的無鉛焊料,那麼良好的烙鐵尤為重要。

>>焊台包括海綿,但乾尖端清潔器可讓您清潔焊頭而不降低溫度。

>>焊接尖端選擇是個人喜好的問題。我更喜歡小的1/32英寸(0.8毫米)鑿子或螺絲刀尖頭,因為它可以在其末端保持一點焊料。我不推薦小於0.6mm的尖端,因為焊料往往會從點上拉開。斜面/鏟形/蹄尖設計用於在末端保持一小塊焊料,這對後面解釋的拖焊技術很有用。

>>使用0.02“或0.015”直徑的藥芯焊料。為了掌握SMT,我建議首先使用鉛基焊料,這種方法更容易使用。

>>脫焊編織或芯是一種精細的銅線網,可用於去除多餘的焊料。

>>如需拆除沒有熱空氣站和無數專用噴嘴的SMD,請使用Chip Quik SMD拆卸套件(產品#SMD1,來自chipquik.com的16美元)。該套件包含一種低熔點金屬,當與現有焊料混合時,會使其保持熔化狀態幾秒鐘 - 足以甩掉元件。

>>一台小型虎鉗,如PanaVise。

安裝1206電阻器

現在我們準備安裝一個表面貼裝電阻器。請注意,SMT電阻器中的電阻元件是暴露並著色的,它應朝上以散熱。數字1206表示包裝尺寸為0.12“×0.06”。 603包是0.06“Ã-0.03”,依此類推。讓我們開始吧。

1.在焊盤上加入助焊劑(圖A)。這對於1206s來說可能不是必需的,但是對於603s和402s是有幫助的,其中直接在連接上熔化銲線可能會沉積太多。輕微鍍錫的尖端可以提供所需的所有焊料。通常情況下,如果您將焊錫絲直接焊接到連接處,則不需要額外的焊劑,但如果您使用鐵將焊料焊接到接頭上,則可以。

2.在2個焊盤中的1個中添加少量焊料(圖B)。

3.使用鑷子將1206固定到位,同時用鐵片接觸芯片和墊片之間的連接處。當焊料在下面液化時,您應該感覺芯片掉落到位(圖C)。

4.通過握住鐵來焊接另一側,使其接觸芯片和電路板並添加少量焊料(圖D)。

安裝QFP(四方扁平封裝)

QFP是方形IC封裝,帶有引線。引線之間的距離稱為間距,通常為0.5mm或0.8mm,但有些距離為0.4mm。

1.助焊劑墊(圖E)。

2.用鑷子或牙籤將QFP對准其墊片(圖F)。

3.在熨斗尖端添加一小滴焊料。這部分是關鍵:你想要一個小的下降懸掛在最後(圖G)。

4.將鍍錫的尖端向上滑動到引線的尖端(圖H),以固定1個角。焊料應在引線下迅速芯吸。檢查對齊並對角。有時我會在定位後在引線頂部添加更多助焊劑。

5.繼續用鐵觸摸引線的腳趾以完成芯片。你應該能夠用尖端上的1個焊料焊接多個引線。通過練習,您可以慢慢地將尖端拖過腳並用1次通過“拖焊”整行(圖1)。

6.使用放大鏡檢查橋接和足夠的焊料(圖J和K)。

7.用乾淨的鐵尖接觸引線或塗上焊錫芯,去除任何短路或橋接連接(圖L)。

或者,有“氾濫和芯吸”方法,其中包括用焊料充滿所有引線,然後用燈芯移除橋接。即使在芯吸後,表面張力也會在引線下方保留一些焊料。我討厭反對一些有效的東西,但業內人士不推薦這種技術,因為它會使電路板或元件過熱,並且燈芯可能會分離焊盤。

安裝PLCC(塑料引線芯片載體)

PLCC的支腿可以折疊在包裝下面,而不是向外伸出。這些步驟類似於焊接QFP:焊接焊盤(圖M),對齊部件,粘接一些角,更多焊劑和焊料。保持鐵的接觸時間足夠長,以使焊料纏繞在每個引腳的背面。我喜歡在引腳上放置一段0.02英寸的焊料,然後用鐵將其按入每個引腳(圖N)。

焊接無鉛SMD

以下工具可讓您處理不帶引線的IC封裝,如QFN(四方扁平無引腳)和BGA(球柵陣列),它們無法用鐵焊接。

>>您可以購買一台帶有溫度和流量控制空氣的熱空氣站,售價低於300美元的Madell(圖O,背景; madelltech.com)。 Instructables.com還有一系列精美的DIY熱風機。如果你感覺不那麼冒險,K $ 25藝術和工藝壓花加熱工具(圖O,前景)也完成了工作。避免普通熱槍;他們的噴嘴太大而且它們太熱而不適合SMD工作。

>>焊膏由漂浮在焊劑凝膠中的微小焊球組成。它有兩種形式:注射器,單獨或在罐子中應用於接觸,用於聚酯模板和刮刀(見側邊欄)。一些經銷商要求在焊膏上快速運輸,因為其壽命在沒有冷藏的情況下降低。

>>熱板可以將電路板預熱到212°F-250°F,以限制焊接或熱空氣所需的時間和能量。這是可選的,但它模仿大規模製造過程並降低損壞板或組件的風險。如果您使用無鉛焊料或者電路板包含大型吸熱接地層,則預熱特別有用。預熱器也可以從Madell或Zephyrtronics(zeph.com)購買,但售價7美元的Mr. Coffee熱板適用於小型單面板。

>>您可以在烤箱中回流電路板。尋找能夠在不到5分鐘內加熱到480°F(250°C)的溫度,這樣可以在不烘烤電路板的情況下回流所有焊料P.由於烤箱烤箱沒有標記在盒子外面的0到480°F的速度,我建議使用一個小的,或一個超過1,400瓦的大型。

作為替代方案,sparkfun.com提供了教程和博客條目,建議使用煎鍋代替烤箱,用於帶有塑料和大型金屬連接器的電路板。煎鍋的RD缺點是它只適用於單面板。

>> Stencilsunlimited.com銷售溫度指示標記,可在達到特定溫度時改變顏色,讓您知道何時停止加熱。您還可以使用熱電偶監控溫度。

>>酸刷,異丙醇和不起毛的擦拭物可清潔焊劑殘留物。我將酒精保存在泵瓶中,根據需要進行分配,防止其餘部分蒸發。

>>真空拾取工具可以幫助放置鑷子無法容納的較大部件,儘管手指也能做得不錯。

安裝QFN(四方扁平無鉛)

這些芯片的推薦方法是使用帶有焊膏的模板,但也可以使用常規焊料和熱空氣。

您不需要在芯片的底部散熱器上塗抹焊料,這種散熱器存在於許多電機放大器和穩壓器上,但如果這樣做,它的厚度不應超過0.01英寸。

此外,您可能需要直接使用熱空氣進行單獨回流焊或將其焊接在下方鑽出的孔中。

1.通量和錫在QFN上的底部連接(圖P)。

2.助焊劑和錫只是外墊(圖Q)。

3.我建議預熱,特別是如果你正在焊接散熱器。

4.以大約3/4英寸的速度沿著熱空氣運動,直到感覺到芯片掉落為止。熔融焊料的表面張力應使芯片對齊。

你也可以用鑷子輕推芯片,確保它正確就位;它應該重新回到原位(圖R)。

5.用放大鏡檢查兩側,確保標記與焊盤對齊(圖S)。

焊膏類型

焊膏可以裝在註射器或罐子裡。使用注射器,您應該將小型Hershey的Kiss形狀的液滴塗在PCB上的單個焊盤上,並在帶有多排引腳的封裝上塗上細線。我喜歡22號針。在烤箱中,糊狀物將芯吸至連接處並避免橋接(大多數情況下)。不要試圖單獨將粘貼在每個小觸點上,因為它會在加熱時坍塌(展開)。您可以從Chip Quik,Zephyrtronics,smtsolderpaste.com和其他公司購買焊膏注射器。

罐中的糊狀物保留其形狀,您可以使用刮刀和激光切割的聚酯薄膜模板快速將其塗在板上的所有墊上。獲得適量的焊膏 - 在焊料太少和橋接引線之間 - 需要一些試驗和錯誤。對於模板材料,請嘗試使用stencilsunlimited.com。

兩種類型的漿料都有“免清洗”或水溶性配方。使用水溶性糊劑時,助焊劑殘留物具有腐蝕性,必須將其除去。

SMD PROTOTYPING

使用SMD進行原型製作比將通孔元件快速插入無焊麵包板更困難,但SchmartBoard(schmartboard.com)帶有可將任何SMD插入標準0.1英寸空間通孔引腳的分線板。

對於原型設計,您仍然需要將芯片焊接到分線板上,然後將其移除以安裝在最終板上(除非您只是在分線板中焊接,這會佔用空間)。但是,如果您需要與通孔元件接口的SMD數量有限,並且您沒有製造自己的PCB,那麼分線板是完美的。

根據我的經驗,跳過麵包板階段並直接進入整個電路的PCB原型更快。您可以通過刮擦痕跡並使用小的30號“綠色”電線進行跳線來修復錯誤。我發現在計算機上繪製原理圖比處理100萬個麵包板線更可靠,儘管它不那麼直接。

焊接雙面板

如果電路板兩側都有元件,則需要使用烤箱而不是煎鍋。

1.使用注射器或模板和刮刀(參見“焊膏類型”)使用焊膏,在電路板的任何一側都有較輕的元件(圖T; PLCC最重)。

2.使用鑷子,手指或真空工具放置組件。如果較小的組件沒有完美對齊,那就沒關係;它們會在回流過程中卡入到位(圖U)。

3.將電路板重新放入烤箱中。我使用活頁夾將其懸掛在機架上方(圖五)。漿料和元件製造商推薦精確的三相序列:

3A。在300°F(150°C)下預熱並蒸發漿料中的溶劑。

3B。在300°F和350°F(150°C-180°C)之間“浸泡”1-2分鐘,讓助焊劑除去氧化物。

3C。在高達425°F(220°C)的溫度下運行1-1.5分鐘以熔化焊料。

我所做的只是將烤箱最大化,等待所有焊料熔化,然後計數到15並打開門。

更複雜的電路板和BGA可能需要更高的精度。熱電偶或溫度指示標記可讓您在達到目標溫度時看到。

為了更好地控制,諸如articulationllc.com和thesiliconhorizo​​n.com等網站出售插入多士爐的控制器,並允許您編程和運行時間 - 溫度序列,儘管大多數烤麵包機的加熱速度不夠快,無法使控制器工作。

4.冷卻第一面後,塗上焊膏,放置元件,然後煮另一面。表面張力將較輕的底部組件保持在適當位置。

我在這裡拍攝的項目的結果是208針QFP上的25個橋接連接,間距為0.5mm,其他封裝上有一對,但大多數情況都沒問題。


Scott Driscoll([email protected])是IPC認證的焊接專家,擁有佐治亞理工學院的機械工程和音樂技術碩士學位。他在curiousinventor.com上研究和編寫指南。


參考文獻:

https://makezine.com/16/primer

http://Instructables.com

http://articulationllc.com

http://chipquik.com

http://curiousinventor.com

http://madelltech.com

http://schmartboard.com

http://smtsolderpaste.com

http://sparkfun.com

http://stencilsunlimited.com

http://thesiliconhorizo​​n.com

http://zeph.com


從MAKE 16 - 頁面134.獲取MAKE,訂閱或購買單卷。


在Maker Shed中:

有關在Maker Shed中學習焊接束的更多信息



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