Jeffrey Cross
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How-To Tuesday:表面贴装焊接

摄影:Pat Molner

表面贴装焊接

制作现代电路的技术。

作者:Scott Driscoll

当手机放在公文包中时,制造的电子产品具有易于焊接的引线。现在手机安装在口袋里,内部较小的表面贴装设备(SMD)正在将通孔元件驱逐到灭火状态。

SMD的成本可能低于他们的老式同类产品,许多新设备(包括大多数加速度计)仅以SMD格式提供。

如果您设计印刷电路板,使用SMT(表面贴装技术)并在两侧放置元件使它们更便宜和更小。这可能与机器人无关,但它有助于项目适合薄荷罐或挂风筝。

SMD专为精密机械设计,可在大量密集的PCB上进行批量组装。它们的微小导线对于人类的双手来说可能看起来不可能,但是有一些好的,相对便宜的方法不需要1000美元以上的专业SMT焊台。一个”

工具

摄影:Scott Driscoll

你需要什么取决于你正在做什么以及它有多少(见故事)。

  • [A]焊台
  • [B]助焊剂毛毡笔,刷瓶或针瓶
  • [C]冲洗线切割机
  • [D]焊料
  • [E]无绒抹布
  • [F]热板或咖啡壶加热器或煎锅
  • [G]从艺术品商店压印加热工具
  • [H]牙科镐
  • [I]真空吸尘器
  • [J]镊子
  • [K]止血剂
  • [L]焊膏
  • [M] Chip Quik SMD拆卸套件
  • [N] PanaVise
  • [O]温度指示标记或热电偶
  • [P]烤面包机
  • [问]放大镜或点亮的放大镜
  • [R]酸刷
  • [S]脱焊辫子
  • [T]干尖清洁剂或海绵
  • [U]异丙醇
  • [V]立体变焦显微镜,30倍
  • [W]热气站

[不显示]

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

典型的SMD包装

  • [a] QPF208
  • [b] QPF44
  • [c] PLCC
  • [d] SOIC
  • [e]电解电容器
  • [f] SOT23
  • [g] QFN
  • [h]钽电容器
  • [i] 805电阻器
  • [j] 603电阻器
  • [k] 402电阻器

铁,热空气和烤箱

我们来看看SMD焊接的3种方法。最简单的元件有脚或其他可触及的触点,平放在电路板的焊盘上。这些可以连接烙铁。快速触摸尖端,一点焊料将自然地在脚下流动并进行连接。这是SMD焊接的神奇之处 - 毛细管作用可以为您完成大部分工作。

其他SMD封装的底部有触点,遥不可及。您可以通过两种方式焊接它们:单独使用焊料或焊膏和热空气喷射,或者通过在每个触点和焊盘之间用焊膏定位板上的所有元件,然后在平底锅上加热电路板来集中焊接或者在烤箱中“回流”电路板(熔化浆料)并进行所有连接。

基本SMD焊接

每种方法都有自己的工具和用品。以下是铁焊最简单的SMD所需要的:电阻器,电容器和带引线的IC(集成电路)封装。

>>精细工业镊子可以拾取和对齐小部件。止血钳,牙科镐(用于固定弯曲的引线)和X-Acto刀也很有帮助。

>> Flux是表面贴装焊接的秘诀。它可以去除连接处的氧化物,使焊料与它们结合,并有助于散发热量。在正常的通孔焊接过程中,您需要用铁加热接头,然后将焊丝熔化,使焊料芯中的焊剂熔化并清洁接头。通过表面贴装焊接,经常使用焊料 在铁上融化然后转移到关节 - 常规焊接中的致命罪。在传输过程中,助焊剂会逐渐沸腾,因此您需要直接在连接中添加更多。助焊剂有3种类型的容器:毛毡笔,刷子瓶和针瓶。

>>您可以使用点亮的放大镜焊接除最精细音调组件之外的所有组件,您可以使用10美元的放大镜,放大倍率为10倍。如果您希望进行大量的SMD工作,请使用放大倍率高达30倍的立体变焦显微镜(试用eBay)。

>>我建议购买温度至少为50瓦的温控焊台,价格可能在50美元至120美元之间。一个便宜的15W铁将用于某些事情,但会更慢,更令人沮丧。如果您使用需要更高热量的无铅焊料,那么良好的烙铁尤为重要。

>>焊台包括海绵,但干尖端清洁器可让您清洁焊头而不降低温度。

>>焊接尖端选择是个人喜好的问题。我更喜欢小的1/32英寸(0.8毫米)凿子或螺丝刀尖头,因为它可以在其末端保持一点焊料。我不推荐小于0.6mm的尖端,因为焊料往往会从点上拉开。斜面/铲形/蹄尖设计用于在末端保持一小块焊料,这对后面解释的拖焊技术很有用。

>>使用0.02“或0.015”直径的药芯焊料。为了掌握SMT,我建议首先使用铅基焊料,这种方法更容易使用。

>>脱焊编织或芯是一种精细的铜线网,可用于去除多余的焊料。

>>如需拆除没有热空气站和无数专用喷嘴的SMD,请使用Chip Quik SMD拆卸套件(产品#SMD1,来自chipquik.com的16美元)。该套件包含一种低熔点金属,当与现有焊料混合时,会使其保持熔化状态几秒钟 - 足以甩掉元件。

>>一台小型虎钳,如PanaVise。

安装1206电阻器

现在我们准备安装一个表面贴装电阻器。请注意,SMT电阻器中的电阻元件是暴露并着色的,它应朝上以散热。数字1206表示包装尺寸为0.12“×0.06”。 603包是0.06“Ã-0.03”,依此类推。让我们开始吧。

1.在焊盘上加入助焊剂(图A)。这对于1206s来说可能不是必需的,但是对于603s和402s是有帮助的,其中直接在连接上熔化焊线可能会沉积太多。轻微镀锡的尖端可以提供所需的所有焊料。通常情况下,如果您将焊锡丝直接焊接到连接处,则不需要额外的焊剂,但如果您使用铁将焊料焊接到接头上,则可以。

2.在2个焊盘中的1个中添加少量焊料(图B)。

3.使用镊子将1206固定到位,同时用铁片接触芯片和垫片之间的连接处。当焊料在下面液化时,您应该感觉芯片掉落到位(图C)。

4.通过握住铁来焊接另一侧,使其接触芯片和电路板并添加少量焊料(图D)。

安装QFP(四方扁平封装)

QFP是方形IC封装,带有引线。引线之间的距离称为间距,通常为0.5mm或0.8mm,但有些距离为0.4mm。

1.助焊剂垫(图E)。

2.用镊子或牙签将QFP对准其垫片(图F)。

3.在熨斗尖端添加一小滴焊料。这部分是关键:你想要一个小的下降悬挂在最后(图G)。

4.将镀锡的尖端向上滑动到引线的尖端(图H),以固定1个角。焊料应在引线下迅速芯吸。检查对齐并对角。有时我会在定位后在引线顶部添加更多助焊剂。

5.继续用铁触摸引线的脚趾以完成芯片。你应该能够用尖端上的1个焊料焊接多个引线。通过练习,您可以慢慢地将尖端拖过脚并用1次通过“拖焊”整行(图1)。

6.使用放大镜检查桥接和足够的焊料(图J和K)。

7.用干净的铁尖接触引线或涂上焊锡芯,去除任何短路或桥接连接(图L)。

或者,有“泛滥和芯吸”方法,其中包括用焊料充满所有引线,然后用灯芯移除桥接。即使在芯吸后,表面张力也会在引线下方保留一些焊料。我讨厌反对一些有效的东西,但业内人士不推荐这种技术,因为它会使电路板或元件过热,并且灯芯可能会分离焊盘。

安装PLCC(塑料引线芯片载体)

PLCC的支腿可以折叠在包装下面,而不是向外伸出。这些步骤类似于焊接QFP:焊接焊盘(图M),对齐部件,粘接一些角,更多焊剂和焊料。保持铁的接触时间足够长,以使焊料缠绕在每个引脚的背面。我喜欢在引脚上放置一段0.02英寸的焊料,然后用铁将其按入每个引脚(图N)。

焊接无铅SMD

以下工具可让您处理不带引线的IC封装,如QFN(四方扁平无引脚)和BGA(球栅阵列),它们无法用铁焊接。

>>您可以购买一台带有温度和流量控制空气的热空气站,售价低于300美元的Madell(图O,背景; madelltech.com)。 Instructables.com还有一系列精美的DIY热风机。如果你感觉不那么冒险,K $ 25艺术和工艺压花加热工具(图O,前景)也完成了工作。避免普通热枪;他们的喷嘴太大而且它们太热而不适合SMD工作。

>>焊膏由漂浮在焊剂凝胶中的微小焊球组成。它有两种形式:注射器,单独或在罐子中应用于接触,用于聚酯模板和刮刀(见侧边栏)。一些经销商要求在焊膏上快速运输,因为其寿命在没有冷藏的情况下降低。

>>热板可以将电路板预热到212°F-250°F,以限制焊接或热空气所需的时间和能量。这是可选的,但它模仿大规模制造过程并降低损坏板或组件的风险。如果您使用无铅焊料或者电路板包含大型吸热接地层,则预热特别有用。预热器也可以从Madell或Zephyrtronics(zeph.com)购买,但售价7美元的Mr. Coffee热板适用于小型单面板。

>>您可以在烤箱中回流电路板。寻找能够在不到5分钟内加热到480°F(250°C)的温度,这样可以在不烘烤电路板的情况下回流所有焊料P.由于烤箱烤箱没有标记在盒子外面的0到480°F的速度,我建议使用一个小的,或一个超过1,400瓦的大型。

作为替代方案,sparkfun.com提供了教程和博客条目,建议使用煎锅代替烤箱,用于带有塑料和大型金属连接器的电路板。煎锅的RD缺点是它只适用于单面板。

>> Stencilsunlimited.com销售温度指示标记,可在达到特定温度时改变颜色,让您知道何时停止加热。您还可以使用热电偶监控温度。

>>酸刷,异丙醇和不起毛的擦拭物可清洁焊剂残留物。我将酒精保存在泵瓶中,根据需要进行分配,防止其余部分蒸发。

>>真空拾取工具可以帮助放置镊子无法容纳的较大部件,尽管手指也能做得不错。

安装QFN(四方扁平无铅)

这些芯片的推荐方法是使用带有焊膏的模板,但也可以使用常规焊料和热空气。

您不需要在芯片的底部散热器上涂抹焊料,这种散热器存在于许多电机放大器和稳压器上,但如果这样做,它的厚度不应超过0.01英寸。

此外,您可能需要直接使用热空气进行单独回流焊或将其焊接在下方钻出的孔中。

1.通量和锡在QFN上的底部连接(图P)。

2.助焊剂和锡只是外垫(图Q)。

3.我建议预热,特别是如果你正在焊接散热器。

4.以大约3/4英寸的速度沿着热空气运动,直到感觉到芯片掉落为止。熔融焊料的表面张力应使芯片对齐。

你也可以用镊子轻推芯片,确保它正确就位;它应该重新回到原位(图R)。

5.用放大镜检查两侧,确保标记与焊盘对齐(图S)。

焊膏类型

焊膏可以装在注射器或罐子里。使用注射器,您应该将小型Hershey的Kiss形状的液滴涂在PCB上的单个焊盘上,并在带有多排引脚的封装上涂上细线。我喜欢22号针。在烤箱中,糊状物将芯吸至连接处并避免桥接(大多数情况下)。不要试图单独将粘贴在每个小触点上,因为它会在加热时坍塌(展开)。您可以从Chip Quik,Zephyrtronics,smtsolderpaste.com和其他公司购买焊膏注射器。

罐中的糊状物保留其形状,您可以使用刮刀和激光切割的聚酯薄膜模板快速将其涂在板上的所有垫上。获得适量的焊膏 - 在焊料太少和桥接引线之间 - 需要一些试验和错误。对于模板材料,请尝试使用stencilsunlimited.com。

两种类型的浆料都有“免清洗”或水溶性配方。使用水溶性糊剂时,助焊剂残留物具有腐蚀性,必须将其除去。

SMD PROTOTYPING

使用SMD进行原型制作比将通孔元件快速插入无焊面包板更困难,但SchmartBoard(schmartboard.com)带有可将任何SMD插入标准0.1英寸空间通孔引脚的分线板。

对于原型设计,您仍然需要将芯片焊接到分线板上,然后将其移除以安装在最终板上(除非您只是在分线板中焊接,这会占用空间)。但是,如果您需要与通孔元件接口的SMD数量有限,并且您没有制造自己的PCB,那么分线板是完美的。

根据我的经验,跳过面包板阶段并直接进入整个电路的PCB原型更快。您可以通过刮擦痕迹并使用小的30号“绿色”电线进行跳线来修复错误。我发现在计算机上绘制原理图比处理100万个面包板线更可靠,尽管它不那么直接。

焊接双面板

如果电路板两侧都有元件,则需要使用烤箱而不是煎锅。

1.使用注射器或模板和刮刀(参见“焊膏类型”)使用焊膏,在电路板的任何一侧都有较轻的元件(图T; PLCC最重)。

2.使用镊子,手指或真空工具放置组件。如果较小的组件没有完美对齐,那就没关系;它们会在回流过程中卡入到位(图U)。

3.将电路板重新放入烤箱中。我使用活页夹将其悬挂在机架上方(图五)。浆料和元件制造商推荐精确的三相序列:

3A。在300°F(150°C)下预热并蒸发浆料中的溶剂。

3B。在300°F和350°F(150°C-180°C)之间“浸泡”1-2分钟,让助焊剂除去氧化物。

3C。在高达425°F(220°C)的温度下运行1-1.5分钟以熔化焊料。

我所做的只是将烤箱最大化,等待所有焊料熔化,然后计数到15并打开门。

更复杂的电路板和BGA可能需要更高的精度。热电偶或温度指示标记可让您在达到目标温度时看到。

为了更好地控制,诸如articulationllc.com和thesiliconhorizo​​n.com等网站出售插入多士炉的控制器,并允许您编程和运行时间 - 温度序列,尽管大多数烤面包机的加热速度不够快,无法使控制器工作。

4.冷却第一面后,涂上焊膏,放置元件,然后煮另一面。表面张力将较轻的底部组件保持在适当位置。

我在这里拍摄的项目的结果是208针QFP上的25个桥接连接,间距为0.5mm,其他封装上有一对,但大多数情况都没问题。


Scott Driscoll([email protected])是IPC认证的焊接专家,拥有佐治亚理工学院的机械工程和音乐技术硕士学位。他在curiousinventor.com上研究和编写指南。


参考文献:

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


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