Монтаж компонентов электронных схем выполняется разными способами. Одним из наиболее распространенных вариантов является пайка, обеспечивающая надежный контакт и прочное крепление деталей к печатной плате.
Она не представляет большой сложности и доступна даже начинающим радиолюбителям. Пайка светодиодов SMD отличается особенностями и правилами. Они призваны сохранить элементы и защитить их от перегрева. Несоблюдение требований приводит к потере светильников, поэтому полезно будет рассмотреть вопрос подробнее.
Основные принципы пайки и распространенные ошибки
Процесс пайки SMD светодиодов состоит в нанесении тонкого слоя припоя (легкоплавкого оловянно-свинцового сплава с различными добавками) одновременно на контакты присоединяемой детали и токоведущих дорожек печатной платы. Используются физические процессы:
- смачивание металлов расплавом;
- капиллярное пропитывание мелких зазоров между контактами, обеспечивающее соединение как в механическом, так и в электрическом отношении.
Для того, чтобы паять диоды SMD, необходимо использовать специальный паяльник с малой мощностью и ограничивать время контакта ЛЕД прибора с горячим рабочим органом. Специалисты рекомендуют не превышать 3-5 секунд. Распространенной ошибкой является использование паяльников с тонким жалом. Это снижает эффективность теплопередачи и не позволяет качественно нагреть контакты и дорожки печатной платы.
Опытные люди рекомендуют пользоваться нормальным жалом, сточенным под углом. Большая масса обеспечит быстрый прогрев площадок и расплав припоя, исключая перегрев светодиода. Жидкий припой под действием эффектов смачивания и капиллярного впитывания затекает в мельчайшие зазоры между ножками элемента и дорожкой печатной платы, после чего горячий паяльник убирают в сторону. Припой застывает и создает монолитный участок прочного соединения деталей.
Вторая ошибка, приводящая к выходу светодиода из строя — перегрев. Чрезмерно долгое прикосновение паяльника к ножкам ЛЕД элемента приводит к повышению температуры излучающего кристалла. Если постоянно не контролировать длительность прикосновения жала к детали, избежать чрезмерного нагрева не удастся.
Демонтаж SMD деталей
Итак, у меня сгорела светодиодная лампа, и я не буду её чинить. Я её распаяю на детали для будущих своих самоделок. Разбираем лампочку, снимаем верхний колпак. Вытаскиваем плату из основания цоколя. Отпаиваем навесные компоненты и детали, провода. В общем должна быть плата только с SMD деталями. Закрепляем утюг вверх тормашками. Делать это нужно жестко, чтобы он в процессе пайки не опрокинулся. Использование утюга ещё хорошо тем, что в нем есть регулятор, который будет довольно точно поддерживать установленную температуру поверхности подошвы. Это огромный плюс, так как поверхностные компоненты очень боятся перегрева. Выставляем температуру около 180 градусов Цельсия. Это второй режим глажки белья, если мне не изменяет моя память. Если пайка не пойдет — постепенно увеличивайте температуру. Кладем плату от лампочки на подошву перевернутого утюга. Ждем 15-20 секунд пока плата прогреется. В это время смачиваем флюсом каждую детальку. Флюс не даст перегрева, это будет своеобразный помощник при распайки. С ним все элементы снимаются без труда. Как только все хорошо разогреется, все детали можно смахнуть с платы, ударив плату о какую-нибудь поверхность. Но я сделаю все аккуратно. Для этого возьмем деревянную палочку для удержания платы на месте и с помощью пинцета будем отсоединять каждый компонент платы. Голая плата в конце работы: Выпаянные детали:
Пайка в заводских условиях
В заводских условиях используются другие технологии пайки, позволяющие одновременно спаять несколько плат. Специальный робот устанавливает необходимые элементы на основание, на рабочую сторону которого методом шелкографии нанесена паяльная паста. Она содержит припой и флюс, при нагреве они переходят в другую фазу и выполняют свои задачи. Флюс обезжиривает контакты и обеспечивает смачивание, а припой под действием капиллярного эффекта затекает в зазоры соединений и обеспечивает прочное соединение SMD элементов.
Процесс происходит в специальной печи, где плата выдерживается определенное время. Длительность контакта и режим нагрева подбираются таким образом, чтобы не вредить SMD светодиодам. Процедура происходит достаточно быстро и обеспечивает пайку элементов в промышленных объемах.
Важно! Повторить такую технологию в домашних условиях не получится, поскольку необходимо обладать полным комплектом оборудования и материалов. Поэтому для любителей важно освоить процесс ручной пайки SMD светодиодов с использованием обычных инструментов и материалов.
Описание
Паяльная станция отличается от простого сетевого паяльника тем, что в ней есть стабилизация температуры. И это очень важно при работе с различной мелочью. Сетевой паяльник всегда рассеивает одну и ту же мощность. То есть если он лежит на месте, то может нагреться даже до 500 градусов, а когда вы начинаете паять, то резко остывает.
С другой стороны, если в паяльник встроена термопара, то можно организовать обратную связь. Это дает возможность регулировать мощность на нагревателе с целью поддержания стабильной температуры.
Нашей целью была разработка именно паяльной станции на базе распространенного и дешевого паяльника с термопарой. Она обладает следующими характиеристиками:
- Питание от источника постоянного напряжения 12-24В
- Потребляемая мощность, при питании 24В: 50Вт
- Сопротивление паяльника: 12Ом
- Время выхода на рабочий режим: 1-2 минуты в зависимости от питающего напряжения
- Предельное отклонение температуры в режиме стабилизации, не более 5ти градусов
- Алгоритм регулирования: ПИД
- Отображение температуры на семисегментном индикаторе
- Тип нагревателя: нихромовый
- Тип датчика температуры: термопара
- Возможность калибровки температуры
- Установка температуры при помощи энкодера
- Светодиод для отображения состояния паяльника (нагрев/работа)
Необходимые материалы и инструменты
Для пайки SMD светодиодов потребуются:
- паяльник, обладающий нужными параметрами;
- бокорезы, пинцет, ножницы;
- монтажная игла или тонкое шило;
- припой и флюс. Подойдет обычная канифоль или специальный жидкий состав, представляющий собой спиртовой раствор. Часто используют таблетку аспирина;
- тонкая кисточка для нанесения жидкого флюса;
- лупа на регулируемой подставке (кронштейне), которой пользуются ювелиры;
- паяльный фен (компонент паяльной станции).
Флюс своими руками
На десятом месте экстремальные варианты флюса, сделанные своими руками – раствор таблетки аспирина в одеколоне, салициловый спирт, электролит со старой солевой (нещелочной) батарейки, фруктовый сок, оливковое масло, нашатырь с глицерином и т.д. Такие флюсы для пайки применяются редко, но знать о них нужно. На случай, если окажетесь в глухой деревне только с паяльником в кармане.
Достоинства:
можно сделать бесплатно дома из подручных материалов.
Недостатки:
непредсказуемый нагар и остаток с волшебным набором активных химических элементов.
Что паять: железо, нержавейка, медь, бронза, цинк, нихром, серебро, никель.
Чем смывать: без понятия чем смывать одеколон, замешанный с фруктовым соком, политым оливковым маслом – наверное, легче выжечь все остатки ацетиленовой горелкой.
Как паять SMD компоненты
Монтаж ЛЕД элементов технологически значительно отличается от подключения лампы. Пайка SMD светодиодов требует некоторого опыта и навыков. Если их нет, рекомендуется сначала потренироваться на каких-нибудь ненужных кусочках провода. Это поможет овладеть искусством пайки и позволит сохранить светодиоды в рабочем состоянии. Перед началом работы следует осмотреть поверхность платы. Если она покрыта лаком или слоем силикона, следует освободить от них токоведущие дорожки, к которым будут припаяны светодиоды.
Специфика монтажа SMD светодиодов заключается в отсутствии обычных длинных выводов. Элементы устанавливаются на плату и припаиваются к дорожкам, для чего по бокам корпусов ЛЕД приборов имеются маленькие площадки. Работа требует аккуратности и внимания. Важно помнить об опасности нагрева, максимально сокращая время прикосновения паяльника к SMD деталям. Если нет соответствующего инструмента, на жало обычного паяльника наматывают медный провод толщиной около 1 мм. Один конец этой обмотки служит жалом, температура нагрева которого значительно ниже, чем у основного элемента. Рассмотрим порядок действий детальнее:
Распайка планарных деталей
Итак, как происходит сам процесс? Кое-что почитайте тут. Мы откусываем маленькие кусочки припоя (сплава) Розе или Вуда. Наносим наш флюс, обильно, на все контакты микросхемы. Кладем по капельке припоя Розе, с обоих сторон микросхемы, там где расположены контакты. Включаем паяльник, и выставляем с помощью диммера, мощность ориентировочно ватт 30-35, больше не рекомендую, есть риск перегреть микросхему при демонтаже. Проводим жалом нагревшегося паяльника, вдоль всех ножек микросхемы, с обоих сторон.
Демонтаж с помощью сплава Розе
Контакты микросхемы у нас при этом замкнутся, но это не страшно, после того как демонтируем микросхему, мы легко с помощью демонтажной оплетки, уберем излишки припоя с контактов на плате, и с контактов на микросхеме.
Итак, мы взялись за нашу микросхему пинцетом, по краям, там где отсутствуют ножки. Обычно длина микросхемы, там где мы придерживаем ее пинцетом, позволяет одновременно водить жалом паяльника, между кончиками пинцета, попеременно с двух сторон микросхемы, там где расположены контакты, и слегка тянуть ее вверх пинцетом. За счет того что при расплавлении сплава Розе или Вуда, которые имеют очень низкую температуру плавления, (порядка 100 градусов), относительно бессвинцового припоя, и даже обычного ПОС-61, и смещаясь с припоем на контактах, он тем самым снижает общую температуру плавления припоя.
Демонтаж микросхем с помощью оплетки
И таким образом микросхема у нас демонтируется, без опасного для нее перегрева. На плате у нас образуются остатки припоя, сплава Розе и бессвинцового, в виде слипшихся контактов. Для приведения платы в нормальный вид мы берем демонтажную оплетку, если флюс жидкий, можно даже обмакнуть ее кончик в нее, и кладем на образовавшиеся на плате “сопли” из припоя. Затем прогреваем сверху, придавив жалом паяльника, и проводим оплеткой вдоль контактов.
Читать также: Как сварить сталь и чугун электросваркой
Выпаивание радиодеталей с оплеткой
Таким образом весь припой с контактов впитывается в оплетку, переходит на нее, и контакты на плате оказываются очищенными полностью от припоя. Затем эту же процедуру, нужно проделать со всеми контактами микросхемы, если мы собираемся запаивать микросхему в другую плату, или в эту же, например после прошивания с помощью программатора, если это микросхема Flash памяти, содержащая прошивку BIOS материнской платы, или монитора, или какой либо другой техники. Эту процедуру, нужно выполнить, чтобы очистить контакты микросхемы от излишков припоя. После этого наносим флюс заново, кладем микросхему на плату, располагаем ее так, чтобы контакты на плате строго соответствовали контактам микросхемы, и еще оставалось немного места на контактах на плате, по краям ножек. С какой целью мы оставляем это место? Чтобы можно было слегка коснувшись контактов, жалом паяльника, припаять их к плате. Затем мы берем паяльник ЭПСН 25 ватт, или подобный маломощный, и касаемся двух ножек микросхемы расположенных по диагонали.
Припаивание SMD радиодеталей паяльником
В итоге микросхема у нас оказывается “прихвачена”, и уже не сдвинется с места, так как расплавившийся припой на контактных площадках, будет держать микросхему. Затем мы берем припой диаметром 0.5 мм, с флюсом внутри, подносим его к каждому контакту микросхемы, и касаемся одновременно кончиком жала паяльника, припоя, и каждого контакта микросхемы. Использовать припой большего диаметра, не рекомендую, есть риск навесить “соплю”. Таким образом, у нас на каждом контакте “осаждается” припой. Повторяем эту процедуру со всеми контактами, и микросхема впаяна на место. При наличии опыта, все эти процедуры реально выполнить за 15-20 минут, а то и за меньшее время. Нам останется только смыть с платы остатки флюса, растворителем 646, или отмывочным средством Flux Off, и плата готова к тестам, после просушивания, а это происходит очень быстро, так как вещества применяемые для смывания, очень летучие. 646 растворитель, в частности, сделан на основе ацетона. Надписи, шелкография на плате, и паяльная маска, при этом не смываются и не растворяются.
Единственное, демонтировать таким образом микросхему в корпусе Soic-16 и более многовыводную, будет проблематично, из-за сложностей с одновременным прогреванием, большого количества ножек. Всем удачной пайки, и поменьше перегретых микросхем! Специально для Радиосхем – AKV.
Основные выводы
Пайка светодиодов SMD не представляет большой сложности, но требует аккуратности и осторожности. Следует помнить об опасности перегрева элементов, результатом которого будет их выход из строя. Необходимо обеспечить соблюдение условий:
- использовать маломощный паяльник с температурой нагрева не выше 260°;
- применять качественный флюс (специалисты рекомендуют специальный состав для пайки алюминия);
- ограничивать время контакта светодиодов с жалом паяльника.
Помимо этого, надо помнить о соблюдении полярности, следить за состоянием токоведущих дорожек. Свои варианты пайки SMD светодиодов излагайте в комментариях.
Предыдущая
СветодиодыПонижающий трансформатор на 12 В: как выбрать и правильно подключить
Следующая
СветодиодыПочему и как сильно нагреваются светодиодные лампы
Что необходимо для работы
Многие любители радиоэлектроники, практикующие самостоятельную сборку различных приборов, интересуются возможностью самостоятельной пайки светодиодов (например, типа SMD) для схем. При наличии должных инструментов, а также знаний, самостоятельное создание таких схем вполне возможно. Для такого вида работ вам понадобятся:
- тестер;
- калькулятор;
- медицинский пинцет (необязательно, но рекомендуется);
- паяльник.
Обратите внимание! При работе со светодиодами, особенно при их проверке, нужно следить за тем, чтобы не направлять луч, идущий от этих элементов, себе в глаза.
Как видим, набор инструментов здесь невелик и легко найдется в любом доме. С таким набором вы сможете правильно припаять диоды, как в схеме, так и последовательно в составе светодиодной ленты.
Прошивка микроконтроллера и первое включение
В левом верхнем углу платы расположен стандартный ISP-разъем для прошивки AVR-микроконтроллеров.
Вы можете прошить микроконтроллер любым имеющимся у вас программатором, например USBasp’ом. Если программатор подает сам подает питание 5В, то подключать внешнее не требуется. Сам файл прошивки вы также сможете найти в конце статьи.
Биты конфигурации! Необходимо включить CKSEL0, CKSEL2, CKSEL3, SUT0, BOOTSZ0, BOOTSZ1 и SPIEN!
То есть требуется смена дефолтных установок для запуска контроллера на тактовой частоте 2МГц.
Теперь можно подключить паяльник и подать входное питающее напряжение (от 12 до 24В). После включения паяльник должен начать нагреваться, а показания температуры на индикаторе увеличиваться. При вращении вала энкодера должно изменяться значение требуемой температуры.
Деталировка
Ручка паяльника была изготовлена из ручки от скакалки. К сожалению, ручка оказалась без сквозного отверстия, и его пришлось просверлить. В видеоролике показано, как это можно сделать.
В эскиз были заложены саморезы в качестве крепёжных элементов крепления корпуса и кабеля, но у меня дома не нашлось таких мелких шурупчиков. Поэтому я использовал пустотелые заклёпки, в которых нарезал резьбу.
Полученные таким образом резьбовые втулки и пружинку от шариковой ручки я вклеил эпоксидным клеем в отверстия, просверленные в ручке. Если вы будете использовать саморезы, то желательно под них тоже просверлить отверстия, чтобы ручка не растрескалась.
Каркасом паяльника является небольшая трубка, согнутая из жести от консервной банки. В качестве шаблона для гибки трубки использован отрезок медной проволоки диаметром 2,5мм. Эта же проволока послужила заготовкой для изготовления жала паяльника. При использовании проволоки другого диаметра, придётся внести поправку в чертёж развёртки каркаса.
Корпус паяльника тоже изготовлен из жести толщиной 0,3мм от консервной банки.
Чтобы, при сверлении отверстий диаметром 3 и 4 миллиметра, обеспечить правильную форму отверстий и не снимать заусенцы, лучше использовать свёрла с заточкой цапфенбор. Отверстия, указанных выше размеров, необходимы для снижения температуры корпуса в месте его соединения с ручкой паяльника. Разные же диаметры этих отверстий были выбраны для того, чтобы линия изгиба планок не проходила через отверстия.
А это чертёж развёрток: корпуса, каркаса и замыкателя. Четрёж можно приклеить к жести и использовать в качестве шаблона для обрезки контура и разметки отверстий. Под превьюшкой находится чертёж в формате А4. Масштаб чертежа 1:1, разрешение 300 пикселей на дюйм.
Монтаж печатной платы
При сборке удобно пользоваться сборочными чертежами:
Начать необходимо с установки SMD-компонентов. Установите элементы на платы согласно перечню элементов. При установке элементов важно следить за ориентацией танталовых конденсаторов и операционного усилителя. Первый вывод DA2 определяется по скосу на корпусе.
Если все собрано верно, то плата должна выглядеть следующим образом
Обратите внимание, что мы использовали резисторы на 1кОм без маркировки. Далее необходимо установить выводные элементы на плату в соответствии с перечнем элементов. Длинный вывод светодиода – плюс. Семисегментный индикатор устанавливается “точками” вниз.
Вот так выглядит лицевая сторона печатной платы в сборе:
Калибровка
Для точной подстройки температуры используется подстроечный резистор. В лицевой панели есть специальное отверстие для доступа к нему.
При калибровке в первую очередь необходимо довести жало до той температуры, при которой плавится припой. Можно просто энкодером установить сразу очень высокую температуру. Затем, набрав шарик припоя на жало, требуется разогреть им термопару. Есть специальные измерительные приборы для таких целей, но подойдет и обычный мультиметр с термопарой. Далее вращением вала подстроечного резистора добейтесь того, чтобы измеренное значение паяльной станцией совпадало с показаниями внешней термопары.
Во время калибровки помните, что чем больше времени вы даете паяльнику для стабилизации температуры, тем точнее вы в итоге сможете его настроить. Также обратите внимание на то, что подстроечный резистор многообортный и один оборот очень незначительно изменяет температуру. То есть крутить его надо смело и много.
Пайка транзистора феном
Занимаясь ремонтом бытовой техники домашний мастер довольно часто сталкивается с необходимостью замены электронных компонентов, расположенных на платах или смонтированных навесным методом.
Работать в этом случае необходимо аккуратно, иначе можно повредить полупроводниковый слой, пережечь дорожки или даже разрушить корпус.
Для того, чтобы выпаять транзистор, микросхему или диод необходимо знать и соблюдать определенные правила монтажа. Читайте их в этой статье.
Температурные условия
Все электронные приборы созданы для эксплуатации при нормальной температуре. Они не могут длительно выдерживать перегрев и плохо воспринимают импульсные температурные воздействия: выходит из строя полупроводниковый переход, нарушаются контакты, разгерметизируется корпус радиодетали.
Однако, основными способами их монтажа остаются сварка или пайка, обеспечивающие разогрев контактных площадок и соединение их при остывании.
Используемые марки легкоплавких припоев типа ПОС-60 или ПОС-40 начинают переходить в жидкое состояние при нагреве до 183 градусов, а при охлаждении на воздухе быстро остывают и создают надежный контакт.
Сохранность работоспособности транзистора, диода, микросхемы, конденсатора обеспечивается за счет короткого времени расплава и застывания припоя на ножке радиодетали.
Список компонентов
Для сборки печатной платы и корпуса потребуются следующие компоненты и материалы:
- BQ1. Энкодер EC12E24204A8
- C5. Конденсатор танталовый 35В, 10мкФ, типоразмер С
- C1-C4, C7-C9. Конденсаторы керамические 0.1мкФ в корпусе 0805
- C6. Конденсатор танталовый 16В, 22мкФ, типоразмер С
- DD1. Микроконтроллер ATmega8A-AU в корпусе TQFP32
- DA1. Стабилизатор L7805ACD2T-TR на 5В в корпусе D2PAK
- DA2. Операционный усилитель LM358ADT в корпусе SO8
- HG1. Семисегментный трехразрядный индикатор с общим катодом BC56-12GWA.Также на плате предусмотрено посадочное место под дешевый аналог.
- HL1. Любой индикаторный светодиод на ток 20мА с шагом выводов 2,54мм
- R1,R6. Резисторы 300 Ом, корпус 0805 — 2шт
- R4, R7-R20. Резисторы 1кОм, корпус 0805 — 15шт
- R3. Резистор 100кОм, корпус 0805
- R5. Резистор 1МОм, корпус 0805
- R2. Резистор подстроечный 3296W 100кОм
- VT1. Полевой транзистор IRF3205SPBF в корпусе D2PAK
- VT2-VT4. Транзисторы BC547BTA в корпусе SOT323 — 3шт
- XS2. Клемма на два контакта с шагом выводов 5,08мм
- XS1. Клемма на два контакта с шагом выводов 3,81мм
- XS3. Клемма на три контакта с шагом выводов 3,81мм
- XS4. Разъем программирования PLS-06
- Разъем для подключения паяльника
- Выключатель питания SWR-45 B-W(13-KN1-1)
- Паяльник. О нем мы еще позже напишем
- Детали из оргстекла для корпуса (ссылки на файлы для резки оргстекла в конце статьи)
- Ручка энкодера. Можно купить ее, а можно напечатать на 3D-принтере. Файл для скачивания модели в конце статьи
- Стойки. Их также можно напечатать, но можно использовать обычные втулки с отверстием 3мм и высотой 10мм
- Винт М3х60 — 4шт
- Гайка М3 — 8шт
- Шайба М3 — 4шт
- Шайба М3 увеличенная — 8шт
- Шайба М3 гроверная — 8шт
- Также для сборки потребуются монтажные провода, стяжки и термоусадочная трубка
Вот так выглядит набор всех деталей:
Завершение сборки
Теперь можно прикрутить плату к лицевой панели. Допускается при этом использовать обычные стойки высотой 10мм, но мы подготовили специальные стойки, обеспечивающие лучшую фиксацию платы. Модель для 3D-печати также можно будет найти в конце статьи.
Боковые стенки устанавливаются без каких-либо креплений. Теперь остается только вставить в пазы заднюю крышку, закрутить гайки, продернуть провода для питания через отверстие и закрепить их при помощи кабельных хомутов. Помните, что детали из оргстекла достаточно хрупкие и не перетягивайте крепеж!
