PCB – Lutowanie SMD część 1

soldered_pcb_2Jak wspominałem w poprzednim wpisie, ten artykuł będzie opierał się o płytkę zleconą w firmie. Właśnie to mnie zmotywowało do nagrania na nowo materiałów wideo, niestety od tamtej pory nie zaopatrzyłem się w dedykowaną nagrywajkę, ale tym razem postarałem się aby coś było widać. Niestety podczas całego procesu lutowania miałem przed sobą statyw z telefonem który zasłaniał mi płytkę i skutecznie utrudniał ruchy, stąd musicie mi wybaczyć widoczną na kilometr niezdarność i drżenie rąk.

Grot

soldering_tipZanim przejdziemy jednak do rzeczy, muszę wspomnieć o jednej ważnej sprawie. Grot należy przez cały czas utrzymywać w czystości, wycierając go o wilgotną gąbkę przy lutownicy, lub o druciany czyszczak, jeśli taki mamy. Na każdym filmie będzie co jakiś czas będzie słychać takie dwukrotne szurnięcie, to znaczy że wycieram grot z resztek cyny i topnika. Jeśli nie będziemy robić tego regularnie, na grocie powstanie nalot, cyna nie będzie się go chwytać, nie będzie miał dobrego kontaktu termicznego z padem. W razie gdyby doszło do takiej sytuacji i grotu nie będzie można odczyścić gąbką, uda się to poprzez pocieranie nim o płaską pocynowaną powierzchnię – na przykład kawałek zbędnego laminatu pokrytego cyną. Można też zwiększyć na ten czas temperaturę.

Temperatura

936D_soldering_stationTemperaturę pracy lutownicy dobieramy w zależności od grubości i wielkości padów, wielkości elementów jakie lutujemy, rodzaju grota, oraz rodzaju spoiwa. Zwykła cyna ołowiowa posiada temperaturę topnienia na poziomie 190*C, bezołowiowa to około 215*C ale tą się nie będziemy zajmować. Przy płaskim grocie z jakiego korzystam, praktycznie przez cały czas używam temperatury 270-300*C. Nie jest na tyle niska aby powoli rozgrzewała większe pady, nie jest na tyle wysoka aby powodowała szybkie odparowanie topnika. Temperaturę trzeba dobrać doświadczalnie dla danej lutownicy, ponieważ różne kolby różnią się swoją budową, niektóre będą miały większą bezwładność temperaturową a niektóre mniejszą. Jest to spowodowane tym że termopara, czyli czujnik temperatury lutownicy, umieszczony jest w środku grzałki i nie dotyka grota. Zanim lutownica wykryje spadek temperatury z czubka grota i postanowi go dogrzać, może potrwać trochę czasu, i dla tego warto zakładać grot masywniejszy i ustawiać nieco wyższą temperaturę aby nie okazało się że grot oddał całe ciepło płytce (masywny pad z dużą ilością cyny) ale nie zdążył roztopić tego co miał roztopić.

Topnik

pcb_tipKolejną ważną rzeczą o której muszę napisać to długość grzania samego padu i spoiwa. Jak wiadomo spoiwo zawiera w sobie topnik (mam nadzieję że kupiłeś takie z topnikiem), tego topnika jest naprawdę niewiele, ale wystarcza przy sprawnym lutowaniu. Naszym zadaniem jest wykonanie połączenia lutowanego bez użycia dodatkowego zewnętrznego topnika. Aby tego dokonać, połączenia nie możemy grzać zbyt długo. „Zbyt długo” to źle powiedziane, powinniśmy zrobić to jak najszybciej jak się da, ale oczywiście zachowując staranność montażu – równo ułożone podzespoły. Już na pierwszym filmie będzie widać jak wygląda takie lutowanie, zauważ jak krótko nagrzewam jedno połączenie. Nie grzeję go nie potrzebnie, grotem dotykam tylko wtedy gdy przykładam element. I kolejna ważna sprawa – NIGDY najpierw nie nabieraj cyny na grot próbując później lutować – jest to okropne przyzwyczajenie (jeśli ktoś taie posiada) – w tym czasie z cyny odparuje cały topnik i będziesz musiał używać dodatkowego. ZAWSZE najpierw przykładamy grot do padu na około sekundę (przy małych padach jak tutaj, SMD), a potem dozujemy odpowiednią ilość cyny, dokładnie w miejsce styku grotu z padem, po czym gdy cyna się rozpłynie od razu zabieramy grot. W takim przypadku w cynie zawsze pozostanie topnik który posłuży przy następnym jej rozgrzaniu, a powłoka spoiny będzie gładka i błyszcząca. Oczywiście nie zawsze się to uda i można stosować topnik – po to go przecież mamy. Więc czemu przywiązuję taką wagę do tego aby lutowanie wykonywać szybko i nie stosować dodatkowego topnika? A no dla tego żeby potem nie musieć szorować całej płytki z pokładów topnika – na końcu tego poradnika będę mył płytkę i zobaczysz jak szybko i czysto się z tym uwinę. W przypadku gdybym na każdy lut musiał dokładać topnik, mycie zajęłoby dużo więcej pracy.

Kolejność montażu

sizePoniższe kolejno przedstawione filmy nie są właściwą kolejnością montażu takiej płytki. Zawsze powinno zaczynać się od elementów najniższych i najmniejszych, takich jak rezystory 0805, następnie stabilizatory, tranzystory, potem układy scalone, dalej niższe gniazda, a na końcu większe gniazda oraz goldpiny. Jednak nie zawsze elementy możemy lub chcemy wlutować w takiej kolejności. Często jest tak że podczas montażu prototypu, chcemy zmontować część zasilającą, podłączyć, i sprawdzić napięcia na płytce zanim wlutujemy układy scalone, dzięki czemu w razie wpadki ich nie uszkodzimy – wtedy należy pamiętać aby nie lutować elementów które później znacznie utrudnią lub wręcz uniemożliwią montaż układów scalonych. Są też inne powody dla których układy scalone będziemy chcieli wlutować w możliwie końcowej fazie montażu – niektóre z nich są nieodporne na wyładowania elektrostatyczne, więc czym dłużej będziemy się bawili z taką płytką tym większa szansa że układ uszkodzimy – i takie układy montujemy na końcu.


0805

0805_resistorZaczniemy od czegoś łatwego, czym są elementy w obudowach 0805. Rezystory, kondensatory, dławiki, diody, diody led, one wszystkie również występują w takich dosyć popularnych obudowach. 0805 posiada wymiary 1,2mm x 2mm więc wydaje się że jest strasznie mały – ale to jedna z większych obudów takich elementów! Mamy jeszcze 0603, 0402, 0201, czy 01005 o wymiarach 0.1mm x 0.1mm. O ile 0603 można jeszcze w warunkach domowych przylutować, to jednak polecam pozostać przy 0805 – łatwo się je lutuje i zajmują niedużo miejsca. W tym przypadku przylutujemy 16 rezystorów w obudowach 0805, odliczamy i wysypujemy je z taśmy. Dla sprawniejszej pracy od razu odwróćmy je oznaczeniami do góry, nie jest to takie proste, ja zwyczajnie przyciskam je opuszkiem palca (chwytają się go na pewien moment), podnoszę, i strącam – mamy 50% szans że taki element się odwróci. Później używając np innej płytki drukowanej układam sobie je w linii. Mając na uwadze wszystkie powyższe wskazówki, przystępujemy do lutowania. W pierwszym kroku dozujemy niewielką ilość spoiwa na jeden z padów każdego elementu. W drugim kroku podgrzewając nałożone wcześniej spoiwo, przytwierdzamy jednostronnie element. W trzecim kroku dozujemy spoiwo na drugi pad. W ten sam sposób lutujemy np tranzystory w obudowach SOT23 których nie będzie w tym poradniku.

HC49

crystalPrzylutowanie takiego rezonatora może być trudne. Właśnie tutaj przyda się szerszy grot i wyższa temperatura. W pierwszym kroku dozujemy sporą ilość spoiwa na obydwa pady. Następnie dodajemy trochę topnika aby wspomóc późniejsze rozpłynięcie się spoiwa. W dalszej kolejności przykładamy rezonator na swoje miejsce, i przyciskamy go nagrzewając jeden z padów – grzać trzeba dłużej ponieważ dostarczamy ciepło tylko do brzegu padu, a do tego noga rezonatora i sam rezonator odbierają od niego tę niewielką ilość ciepła. Czynność powtarzamy po drugiej stronie, grzejemy aż rezonator dojdzie do płytki – będziemy mieli pewność że całe spoiwo się przetopiło. Wracamy jeszcze do poprzedniego padu i robimy to samo, ponieważ za pierwszym razem nie „wskoczył” na swoje miejsce.

Obudowa A

a_capCzas na kondensator elektrolityczny SMD w obudowie typu A. Sposób lutowania taki sam jak w przypadku rezonatora kwarcowego, z tym że będzie jeszcze trudniej. Taki kondensator powinien być dobrze przylutowany, ponieważ posiada sporą wysokość i sporą masę jak na takie małe pady, i podczas upadku czy uderzenia w układ, taki kondensator może się zwyczajnie urwać. Dobrze będzie pobielić cyną jego nogi przed montażem, polepszy to połączenie z cyną w nieco zaniżonej temperaturze. Nie zapominamy o topniku.

Tact switch

tact-switchPrzycisk SMD – tutaj będzie już łatwo. Będzie on niejako wprowadzeniem do lutowania układów scalonych. Dozujemy średnią ilość spoiwa na jeden z padów. Ustawiamy przycisk w ten sposób aby jego nogi pokrywały równo każdy pad, przetapiamy wcześniej zalutowany pad. Kolejny krok to wyrównanie jego położenia jeśli się przekręcił, można delikatnie go przegiąć w odpowiednią stronę. Lutując kolejny pad musimy zwracać uwagę na to aby przycisk był cały czas prosto, w razie problemów wyrównujemy. Pozostałe dwa pady lutujemy zwyczajnie.

Goldpin
goldpinListwa pinowa, zwana także „goldpin”. Jak widać w tym przypadku, jest to najtańsza listwa bez pseudo-złocenia. Jeśli jest nowa to nie ma problemu z lutowaniem, jeśli trochę poleży to warto przed montażem wykonać próbę lutowalności. Jak widać na filmie wolałem na każdy pad dać niewielką ilość topnika aby upewnić się że cyna dobrze rozpłynie się po pinie – nie jest to konieczne jeśli piny lutują się dobrze. Na początku dobrze będzie przyłapać dwa zewnętrzne piny a dopiero po tym lutować resztę, ponieważ może się zdarzyć i często się zdarza że wykonana płytka będzie naprawdę minimalnie większa lub mniejsza, i o ile krótsze elementy będą pasowały bez problemu, to np długie listwy pinowe mogą lekko się odginać na brzegach z powodu niedopasowania szerokości otworów na tak dużej długości płytki. Nieraz można nawet to zauważyć przy montażu podstawek DIL40, ale nie jest to jakiś problem.

IDC connector

idc6Gniazdo, w tym przypadku IDC6 wannowe. Nie wymaga specjalnego komentarza ponieważ są to te same piny co w listwie pinowej. Mogę jedynie wspomnieć że pady takiego gniazda są o wiele mniejsze (tak jak z resztą przy podwójnej listwie pinowej) i tutaj warto dać topnik pomimo tego że piny te mogą lutować się doskonale – staramy się nie przegrzać takich padów bo mogą one łatwo odejść od laminatu.


Poprzednia część: PCB – Lutowanie wstęp
Dalsza część: PCB – Lutowanie SMD część 2

5.00 avg. rating (96% score) - 1 vote

8 komentarzy

  1. A mnie bardzo ciekawi te urządzonko z pierwszego filmiku ISP2HV.
    Kiedy pojawia się jakieś szczegóły bo widzę że płytka fabryczna to i urządzenie gotowe?

    • Witaj, płytka prototypowa, projekt zatrzymał się na etapie przenosin z płytki uniwersalnej na gotową prototypową, i od marca nie miałem czasu żeby to dokończyć. Tak jak nazwa mówi, jest to translator protokołu ISP do równoległego HV, można podpiąć do dowolnego programatora ISP i układ programować wysokonapięciowo.

  2. Witam

    Super poradnik, bardzo fajnie wytlumaczone i przedstawione na filmikach – co najwazniejsze. Mam jednak pytania do do wylutu:
    Mianowicie, jak wylutowac przyciski SMD? Chodzi mi o jeszcze mniejsze niz przedstawione na filmiku – z dwoma oraz czterema polaczeniami. Gdy grzeje hot air’em, to przycisk kompletnie nie chce odejsc, a wydawaloby sie, ze to tylko chwila az takie drobne polaczenie ‚pusci’. Jak zatem wylutowywac takie przyciski?

    Pozdrawiam i przepraszam za brak polskich znakow, ale zepsula mi sie wlasnie klawiatura.

    • Grzanie HOTem może niewiele dać jeśli płytka jest duża / ma sporo miedzi, i się bardzo długo nagrzewa. Prędzej stopisz ten przycisk. Płytkę wypadałoby podgrzać trochę od dołu i wtedy od góry, aby lepiej doprowadzić ciepło. Może być też tak że przycisk jest przyklejony i trzeba użyć siły (po upewnieniu się że cyna jest płynna). Ja bym to jednak wolał zrobić zwykłym szerokim grotem, najpierw nagrzać jedną stronę (obydwa pady na raz) i podnieść, a potem z drugą to samo.

  3. Ja natomiast stoję przed dylematem wyboru grota. Planuje grot płaski jak pokazany w przykładach, który ma slużyć mi także do SMD, tylko który będzie lepszy ten 2,4mm? czy może 3.2 mm? Jaki Pan używa?

    • Mój ma chyba 3mm i się do niego przyzwyczaiłem, myślę że coś w okolicach 2-3mm będzie ok, ale najlepiej zakupić dwa różne i sprawdzić którym jest łatwiej :)

  4. dzieki za filmy. Fajnie ze podzieliles na kategorie i pokazujesz co i jak lutowac. Mi sie filmik bardzo przydal przy lutowaniu microswitcha do wylaczania tabletu.

  5. Ja korzystam z grota do lutowania SMD przy temp 330 C

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Proszę pozostawić te dwa pola tak jak są: