Пайка феном чипов: Как правильно работать паяльным феном, чтобы провозвести монтаж BGA чипа или SMD компонента

Создан 31 июл.

25.2k1313 золотых знаков7878 серебряных знаков159159 бронзовых знаков

Ваша конфиденциальность

Нажимая «Принять все файлы cookie», вы соглашаетесь с тем, что Stack Exchange может хранить файлы cookie на вашем устройстве и раскрывать информацию в соответствии с нашей Политикой в ​​отношении файлов cookie.

Принимать все файлы cookie Настроить параметры

HowTo: Припой вручную — Припой для SMD ИС

Любую SMD IC, имеющую контакты или контактные площадки, которые вы видите, можно припаять.

_{HowTo: Припой вручную — Содержание}

_{Проверьте эту удобную таблицу, чтобы найти температуру, необходимую для этой задачи.}

На этот раз я собираюсь объяснить, как паять интегральные схемы для поверхностного монтажа (SMD IC). Это действительно довольно просто. Самая большая «хитрость» заключается в том, что вы всегда должны перемещать детали, чтобы к ним было легко добраться.

Если вы уже знакомы со страницей «как паять пассивные SMD-компоненты», то многое из этого вам уже знакомо. Как и в этом посте, вы поймете, что на самом деле это происходит довольно быстро, несмотря на длину текста и количество фотографий.

Паять можно только детали с открытыми контактами или контактными площадками с помощью стандартного паяльника. Детали с шариковой решеткой (BGA) или скрытыми площадками под микросхемой нельзя паять обычным паяльником. Для их выполнения вам понадобится печь оплавления.

Вот все, что нужно, чтобы показать вам, как паять SMD IC:

1. Инструменты
2. Позиционирование
3. Задача
4. Сделай это с этим
5. Не бойся

Обычно вам понадобится только припой, пара пинцета и паяльник.

Если ваша плата предварительно луженая или вы заменяете деталь, вам понадобится еще пара вещей.

Максимум вам понадобятся следующие вещи:

• пинцет
• припой 0,5 мм
• фитиль для очистки контактных площадок
• пара кусачков для обрезки фитиля припоя, когда его конец заполняется

Вот они все вместе:

Как я уже упоминал ранее, при выполнении подобных работ положение имеет большое значение.

При пайке SMD-микросхем вы должны расположить руки и печатную плату так, чтобы все собралось вместе.

Первый шаг при пайке SMD микросхем выглядит так:

Плата расположена так, что вы можете легко удерживать чип на месте с помощью пинцета. Руку выкручивать и корчить не должно. Возьмите часть пинцета, затем переместите доску так, чтобы можно было легко разместить микросхему на доске.

Как всегда, вы опираетесь на верстак, чтобы обеспечить устойчивость.

Пока вы выстраиваете вещи, имейте в виду, что вы хотите иметь возможность положить конец паяльника на контактные площадки для ИС. Наконечник должен быть почти параллелен штырям.

Как это:

Часть пайки SMD — это перемещение печатной платы, так что вы можете выполнять пайку руками в естественном положении.

Я собираюсь установить небольшую схему IC (SOIC) с 8 контактами на этой печатной плате в место, обозначенное U91.

Вот как они выглядят:

Сама микросхема имеет длину 5 миллиметров и чуть более 4 миллиметров в ширину. Штифты имеют ширину 0,5 миллиметра.

В целом, хотя он довольно маленький, его все же довольно легко паять. SOIC8 — это стандартный размер ИС, который проще всего припаять вручную.

Шаг нулевой: Повторяйте, что вы должны делать каждый раз, когда берете утюг.

1. При необходимости очистите колодки.

Вы хотите, чтобы все контактные площадки ИС были чистыми. То есть на , а не на должен быть толстый выступ припоя. Вам нужна только плоская площадка с тончайшим слоем припоя.

Вам понадобится паяльник и припой, чтобы очистить контактные площадки, если они не ровные и не плоские. Вы можете увидеть разницу на первой картинке.Колодки для U91 уже чистые и плоские. Я собираюсь удалить припой с контактных площадок для U89 — вы можете видеть, что на этих контактных площадках есть неровности.

Отрежьте конец фитиля для припоя, если на нем еще остались загрязнения с последнего использования. Обрежьте его прямо по краю припоя, который на нем. Нет необходимости тратить впустую фитиль, но вы не хотите, чтобы длинный кусок использованного фитиля мешал вам.

Поместите фитиль припоя на площадку, которую вы хотите очистить. Нанесите немного припоя на кончик паяльника, затем надавите им на фитиль припоя наверху контактной площадки.Нагрейте это. Подождите пару секунд, затем перейдите к следующей панели. Возможно, вам придется пару раз очистить площадку, чтобы избавиться от всего припоя.

Не протягивайте фитиль припоя по контактным площадкам. Когда вы перемещаете фитиль припоя, поднимайте его, одновременно поднимая кончик паяльника над платой. Поднимите его достаточно высоко, чтобы припой больше не мог соединить его, затем снова положите на новое место.

Пэды для U89 на последнем снимке красивые и плоские, как и пэды для U91.

2. Оловите первую подушечку.

Я заставил вас очистить все контактные площадки, а теперь я заставлю вас нанести каплю припоя на одну из них. Это первый вывод, к которому вы припаяете ИС.

Эта маленькая капля припоя будет удерживать ИС на месте, пока вы припаиваете другие контакты.

3. Установите деталь и закрепите ее.

Возьмите чип пинцетом и поместите его на подушечки. Убедитесь, что у вас все правильно. U-образная выемка на контуре микросхемы на плате — это конец, куда идет вывод 1 микросхемы. Проверьте техническое описание микросхемы, чтобы найти контакт 1 микросхемы.

Совместите ИС с контактными площадками и установите ее. Прикоснитесь концом паяльника к краю луженой площадки так, чтобы она касалась штифта и площадки и нагревала их обоих. Когда припой расплавится, проверьте выравнивание и прижмите ИС к плате, чтобы все контакты были плоскими на поверхности.Выньте паяльник из стыка и дайте стыку остыть.

Как это:

4. Проверьте и откорректируйте центровку.

После того, как ИС прикреплена, проверьте, правильно ли выровнена ИС

• Штифты должны быть параллельны колодкам.
• Штифты должны быть отцентрованы по колодкам.
• На каждом ряду штифтов должно быть равное количество свободной длины колодки.

Это плохо:

Вы должны исправить любые проблемы с выравниванием сейчас , пока припаян только один штифт.

Это достаточно просто. Просто нагрейте площадку, расплавьте припой и перемещайте ИС, пока она не встанет на место.

Как это:

5. Припаяйте следующий штифт.

Возьмите штырь по диагонали напротив первого, который вы припаяли. То есть на другом конце микросхемы и с другой стороны. Расположите плату так, чтобы вы могли легко достать этот штырь кончиком паяльника.

Припаяйте булавку вниз.

6. Припаяйте остальные контакты.

Теперь, когда микросхема надежно удерживается на месте двумя контактами, вы можете припаять все остальные контакты.

Поверните плату так, чтобы можно было просунуть кончик паяльника между контактами. Вы будете использовать сторону наконечника, чтобы нагреть площадку и штыри с одной стороны штифта, а припой с другой стороны.

Это выглядит так:

Когда одна сторона будет готова, переместите доску так, чтобы можно было закрепить булавки на другой стороне.

Не забудьте припаять первый штифт. Он не был припаян должным образом, его просто приклеили, чтобы все было на месте.

7. Готово.

Припаяв все микросхемы, я сделал пару фотографий хорошей камерой.

Это выглядит так:

Все стыки чистые, гладкие и блестящие. Все контакты припаяны к контактным площадкам.

Всегда возвращайтесь и дважды проверяйте свою работу, когда закончите.

Остерегайтесь:

• Пропущены контакты (забыл припаять)
• Плохое выравнивание (настолько далеко, что контакты и колодки закорочены вместе.)
• Плохие соединения (острые, зазубренные краевые соединения сместились до того, как припой остыл.)
• Слишком много припоя на стыке (прикоснитесь кончиком паяльника к стыку и удалите излишки припоя или используйте фитиль припоя).

Подправьте все, что выглядит не очень хорошо. Сделайте это, сейчас, , потому что это действительно отстой, когда приходится перебирать всю доску в поисках того места, которое вы испортили (но вы бы заметили, если бы вы проверили его, когда делали это), когда это не работает.

Любую микросхему, имеющую контакты или контактные площадки, которые вы видите, можно припаять.

Не бойтесь мелких деталей с близко расположенными контактами. Не бойтесь микросхем с большим количеством выводов.

Я припаял крошечные детали µMax (3 мм X 3 мм с восемью контактами) и детали PLCC 64 (25 мм X 25 мм с 21 контактом на каждой из четырех сторон) этим методом. Таким образом я припаял тонкие четырехгранные плоские блоки (TQFP) и четырехгранные плоские бессвинцовые детали (QFN).

Во всех случаях это одно и то же:

1. Очистка.
2. Припаиваем один штифт.
3. Выровнять.
4. Припаяйте все остальные контакты.

Вот деталь µMax, которую я припаял этим методом:

Сама деталь имеет размер 3 мм X 3 мм. Следы имеют ширину 0,5 мм. Я припаял его вручную, используя мой старый вшивый паяльник. Обратите внимание, что на этой плате нет паяльной маски. Этот чип является частью моей микроволновой камеры. Работает неплохо.

Вот изображение, которое я сделал с помощью микроволновой камеры:

Это изображение окна в моей рабочей комнате, созданное микроволновым светом с частотой 12 ГГц. На нем видна рябь из-за эффектов поляризации на поверхности стекла и некоторые эффекты дифракции на подоконнике под стеклом. «Волны» имеют силу около 0,01 дБм.

Такое возможно только потому, что я припаял этот крохотный радиочастотный датчик уровня MAX2015 — вручную. Это не сложно. Вы тоже можете это сделать.

_{HowTo: Припой вручную — Содержание}

Как паять компоненты микросхемы | Производство печатных плат и сборка печатных плат

Как паять компоненты микросхемы?

Существует два метода пайки электронных компонентов микросхемы: первая — это ручная пайка путем пайки площадки электрическим паяльником, затем зажима конца компонента микросхемы пинцетом и фиксации другого конца компонента к соответствующему площадку устройства с паяльником.После того, как припой остынет, снимите пинцет. Затем припаяйте другой конец компонента паяльником. Второй тип — это машинная сварка путем изготовления трафарета, печати паяльной пасты на печатной плате и последующего размещения припаянных компонентов микросхемы вручную или на машине.

В высокотемпературной паяльной печи паяются компоненты микросхемы. Печатная плата, печатная плата, печатная плата, технология пайки печатных плат. В последние годы, в процессе развития электронной промышленности, мы можем заметить, что очень очевидной тенденцией является технология пайки оплавлением.В принципе, обычные вставки также можно паять оплавлением оплавлением, что обычно называется пайкой оплавлением через сквозные отверстия. Преимущество состоит в том, что можно выполнять все паяные соединения одновременно, что сводит к минимуму производственные затраты. Тем не менее, термочувствительные компоненты ограничивают применение пайки оплавлением, будь то подключаемый модуль или SMD. Затем люди обращают внимание на выборочную пайку. В большинстве случаев после пайки оплавлением можно использовать селективную пайку печатных плат. Это будет экономичный и эффективный способ завершить пайку оставшихся вставок и полностью совместим с будущей бессвинцовой пайкой. Какое оборудование необходимо для пайки плат? Компоненты заплатки для пайки требуют оловянного пистолета-распылителя, зажима, лупы, паяльной пасты, канифольного масла или пасты и т. Д.Схема сварки компонентов SMD

Это незаменимый инструмент для пайки патчей

Это незаменимый инструмент для пайки патчей

Сначала припаять пайку припоем

Тогда закрепите патч и сразу приступайте.

После того, как патч будет закреплен, припаиваем другую сторону!

Припой IC, сначала закрепите одну ногу микросхемы IC на печатной плате

Окончательно протереть спиртом (ватным тампоном)

Вы обнаружите, что канифоль тает и исчезает, даже не видя ее!

Часть 13 — Пайка чип-конденсаторов

Добро пожаловать в серию «Основы работы с конденсаторами», где мы расскажем вам об особенностях использования конденсаторов для микросхем — их свойствах, классификации продуктов, стандартах испытаний и сценариях использования — чтобы помочь вам принять обоснованные решения о правильных конденсаторах для ваших конкретных приложений. .После описания визуальных стандартов для микросхем конденсаторов в нашей предыдущей статье давайте обсудим рекомендации по установке и заделке микросхем.

Традиционно свинцовые конденсаторы использовались в печатных платах большого объема, так что компоненты собирались или «вставлялись» в металлические сквозные отверстия на печатных платах. доски. В настоящее время многослойные керамические конденсаторы (MLCC) часто продаются в виде микросхем (или безвыводных) компонентов, которые можно монтировать на поверхность на платах высокой плотности с помощью высокоскоростной автоматизации.Однако все большее значение приобретают переменные, влияющие на крепление чипов к подложкам. Внутреннее несоответствие тепловых и физических свойств компонентов подложкам и припоям усиливается за счет использования компонентов микросхемы, непосредственно связанных с материалом подложки. В этой статье мы обсуждаем различные способы крепления микросхем конденсатора, тепловые свойства и технические характеристики, которые следует учитывать.

Способы крепления чип-конденсатора

Прикрепление чипа к подложке можно разделить на два основных класса: 1) методы с использованием припоя и 2) методы с использованием других соединений, таких как эпоксидные смолы и проволочные соединения (термическое сжатие и ультразвуковое соединение).

# 1 Пайка

Крепление припоя может быть выполнено разными способами:

• Ручная пайка микросхем к контактным площадкам
• Оплавление предварительно луженых конденсаторов на предварительно луженых площадках подложки
• Оплавление конденсаторов на площадках подложки, покрытых преформой припоя или экранированных на паяльной пасте
• Волновая пайка микросхем и подложки (при этом микросхемы удерживаются на месте непроводящей эпоксидной смолой), которая позволяет прикреплять блоки к обеим сторонам подложки для большей плотности упаковки

Распространенным методом, используемым в индустрии поверхностного монтажа, является метод оплавления паяльной пасты, который включает следующие основные этапы:

1. Конденсаторы и подложка подготовлены очисткой мягким растворителем и предварительной флюсовкой
2. Подложка предварительно покрыта припоем с использованием паяльной пасты, погружения в расплавленный припой или заготовок припоя
3. Конденсатор-подложка в сборе нагревается до температуры точки текучести припоя с образованием хорошо сформированного галтеля припоя
4. Собранная подложка очищается слабым растворителем (обычно ультразвуком) для удаления остатков флюса

Появление схем с высокой плотностью компонентов, в которых используется технология поверхностного монтажа, привело к необходимости в более эффективных и надежных методах пайки. Компоненты для поверхностного монтажа прикрепляются к подложке с помощью машин для захвата и установки и удерживаются на месте эпоксидной смолой или паяльной пастой для последующей обработки, которая может включать в себя любое из следующего:

• Инфракрасное (ИК) оплавление припоя : Этот метод был кратко описан выше и имеет то преимущество, что имеет точные температурные профили. Это позволяет хорошо контролировать многие параметры сборки схемы, включая улетучивание растворителей, активацию флюсов, время оплавления и смачивания припоя, а также равномерное и постепенное охлаждение.
• Инфракрасная теплопередача: Этот метод основан на прямом излучении, и для различных типов и конфигурации платы необходимо установить различные конкретные профили. Как правило, ИК-профили проводят несколько минут при температурах ниже 100 ° C для улетучивания растворителей, повышают температуру до чуть ниже точки плавления припоя, а затем быстро повышаются до 30 ° C для достижения смачивания припоя и образования чистых галтелей.
• Оплавление в паровой фазе: Этот метод основан на быстрой и термически эффективной передаче тепла от горячих паров к гибридной сборке.Преимущество этой системы состоит в том, что полное погружение контура в горячий пар обеспечивает более равномерную теплопередачу для оплавления припоя. Однако могут возникнуть проблемы из-за внезапной дегазации компонентов пасты и термического шока компонентов.
• Волна припоя: Этот метод отличается от описанного выше в том, что пайка осуществляется прямым контактом гибридной сборки с расплавленным припоем. Схема проходит через запрограммированные циклы флюса, предварительного нагрева, пайки и охлаждения.Полное погружение во флюс и расплавленный припой достигается путем их прокачки через приспособление для создания постоянно растекающегося гребня или «волны» достаточной высоты, чтобы полностью покрыть цепь при ее перемещении. Контролируемые циклы нагрева и охлаждения необходимы для минимизации термических напряжений внутри компонентов и соединений.

Цель любой системы пайки одинакова: добиться чистых и гладких паяных соединений без перемычек или открытых участков и без физических дефектов.Не все эти параметры зависят от обработки припоя, поскольку определенные дефекты могут быть связаны с неисправностями компонентов или схем или с выбором материалов. Степень прочности связи компонентов с платой также зависит от качества вывода микросхемы, ее собственной внутренней прочности, паяемости и устойчивости к выщелачиванию припоя, а также от выбора припоя.

# 2 Эпоксидное соединение

Непроводящие термореактивные эпоксидные смолы используются для прикрепления корпуса конденсатора к подложке при подготовке к вторичному электрическому соединению либо пайкой (оплавление припоем или волна припоя), либо проволочным соединением (ультразвуковое или термокомпрессионное соединение).Электромеханическое соединение, аналогичное пайке чипов, может быть достигнуто с помощью токопроводящих эпоксидных смол, содержащих металлические порошки серебра, меди или алюминия. Эпоксидные смолы требуют низкотемпературного отверждения в диапазоне от 25 ° C до 150 ° C.

Соединение проводов № 3

Способы соединения проволокой включают приварку очень тонкой золотой или алюминиевой проволоки к компонентам для обеспечения электрического соединения; физическое крепление корпуса конденсатора к подложке должно выполняться другими способами, например, эпоксидным соединением.Связывание проволоки с металлизацией кристалла или контактной площадкой достигается за счет тепла и давления, прикладываемых к наконечнику проволоки малого диаметра. Локализованное тепло к соединению подводится от внешнего источника, как при соединении термическим сжатием или ультразвуковом соединении. В обоих случаях тепло и давление приводят к интерметаллическому смешению проволоки и материала основы, что приводит к склеиванию.

Тепловые свойства чип-конденсаторов

Методы крепления микросхемы неизменно включают термоциклирование компонента.Характеристики расширения кристалла и подложки, а также механические свойства связующей среды приводят к остаточным напряжениям, которые влияют на надежность прикрепленного кристалла.

Чип-конденсаторы могут выдерживать относительно высокие температуры благодаря обработке, которая обычно включает обжиг диэлектрического тела от 1100 ° C до 1200 ° C с последующим повторным обжигом торцевой металлизации при температуре примерно 850 ° C. Таким образом, чипы можно подвергать циклической обработке до температуры 850 ° C без вредного воздействия на устройства, при условии, что процесс не подвергает продукт внезапным или неравномерным температурным изменениям, которые могут вызвать отказ от теплового удара.Конденсаторы с никелевыми барьерными выводами, которые имеют слой припоя поверх никеля (или выводы, покрытые припоем), ограничены температурой оплавления припоя.

Температурный цикл вызывает изменение среднего межатомного расстояния между атомами в кристаллической решетке из-за изменений тепловой энергии. Характерное изменение размеров материалов с температурой является функцией температуры, и если изменения размеров, вызванные циклическим изменением температуры, не являются однородными, возникающие в результате дифференциальные деформации вызывают напряжения внутри материала.Эти напряжения значительны в керамических материалах, которые, в отличие от металлов, не обладают пластичностью для снятия напряжения. Нагрев материала вызывает положительное расширение, что приводит к сжимающему напряжению. И наоборот, охлаждение приводит к появлению растягивающих усилий, поскольку материал пытается сжаться. Поскольку керамика обычно более слабая при растягивающей нагрузке, из этого следует, что тип изменения температуры, то есть нагрев или охлаждение, а также скорость, однородность и степень изменения имеют решающее значение. Поэтому термоциклирование конденсаторов микросхемы требует следующих общих мер предосторожности:

• Скорость нагрева должна быть равномерной и контролируемой, чтобы исключить возникновение дифференциальной деформации в стружке, как это происходит в печи оплавления.Другим методам пайки, таким как ручная пайка или пайка волной, должен предшествовать цикл предварительного нагрева, чтобы постепенно довести компоненты до температуры текучести припоя. Хотя нагрев обычно вызывает более мягкие сжимающие напряжения в керамическом корпусе, следует отметить, что более теплопроводная металлизация концов чипа нагревается предпочтительно, т. Е. Концы чипа расширяются быстрее, чем основной корпус чипа, что приводит к растягивающим напряжениям между корпус и металлизированные торцы.
Чип-конденсаторы
• еще более уязвимы к выходу из строя во время цикла охлаждения, поскольку отрицательные температурные градиенты вызывают в первую очередь растягивающее напряжение.Поэтому охлаждение должно быть постепенным и равномерным, без локального принудительного охлаждения или контакта микросхемы с каким-либо эффективным радиатором.

Эффекты геометрии конденсатора очевидны; температурные градиенты и результирующие напряжения прямо пропорциональны массе стружки; следовательно, более крупные устройства более восприимчивы к тепловому удару, чем устройства меньшего размера. Кроме того, вклад предпочтительной теплопроводности концевых заделок в нежелательные напряжения увеличивается с увеличением или уменьшением стружки, поскольку для поддержания температурных градиентов доступна большая масса.

Без механических ограничений термически индуцированные напряжения снимаются, когда конденсатор достигает устойчивого состояния при любой заданной температуре. Однако конденсаторы, прикрепленные к подложкам, будут сохранять некоторое напряжение, в первую очередь из-за несоответствия расширения компонента подложке. На остаточное напряжение стружки также влияет пластичность и, следовательно, способность связующей среды снимать напряжение. К сожалению, тепловое расширение конденсаторов микросхемы значительно отличается от теплового расширения материалов подложки.

Чипы, прикрепленные к оксиду алюминия, поэтому будут сохранять растягивающее напряжение, поскольку коэффициент расширения диэлектрического материала превышает коэффициент расширения подложки. При охлаждении конденсатор микросхемы будет пытаться сжаться больше, чем подложка, но этому препятствуют материал подложки и припой или эпоксидная связка. Чипы, прикрепленные к печатной плате, будут сохранять сжимающее напряжение, поскольку материал подложки пытается сжиматься больше, чем чип. В любом случае в связующую среду включается напряжение сдвига; поэтому надежность соединения в значительной степени зависит от несущей способности связующего материала.

Выбор припоя

Припои являются наиболее распространенными связующими сплавами, используемыми для крепления конденсаторов. «Низкотемпературные» припои (с температурой текучести ниже 250 ° C), как правило, представляют собой сплавы олово-свинец с добавками серебра или без них. «Высокотемпературные» припои (с температурой текучести от 260 ° C до 370 ° C) основаны на высоком содержании свинца, легированного серебром и / или оловом, или на основе золота, легированного германием или оловом.

Припои выбираются на основе ограничений по температуре сборки схемы, твердости или пластичности сплава, а также сопоставимости припоя с оконечной частью микросхемы и составом проводника подложки.Общие типы припоев, точки текучести и твердость приведены в таблице 1.

Таблица 1. Обычные связующие сплавы

Важны следующие соображения:

# 1 Выщелачивание припоя

При температуре текучести припоя оловянно-свинцовые сплавы поглощают серебро (или золото) на выводе микросхемы и / или контактной площадке подложки. Этот эффект сводится к минимуму за счет использования припоев, содержащих некоторое количество серебра, и ограничения времени выдержки при температуре оплавления до минимума, необходимого для получения хорошего смачивания и хорошо округленного галтеля.Также необходимо избегать скачков температуры выше точки текучести припоя, поскольку скорость выщелачивания быстро увеличивается с температурой. Эффект выщелачивания является кумулятивным; многократное оплавление припоя во время обработки схемы усугубит проблему.

Сплавы концевой заделки конденсатора и геометрия предназначены для уменьшения эффекта выщелачивания припоев. Конечные материалы превратились из чистого серебра в сплавы серебро-палладий, обычно 80Ag-20Pd, поскольку палладий препятствует выщелачиванию серебра.Выщелачивание, если оно происходит, преобладает на углах и краях заделки стружки, где сплав заделки самый тонкий. Этот эффект сводится к минимуму производителем микросхемы путем скругления углов и краев микросхемы с помощью процесса переворачивания перед нанесением заделки для получения более однородной толщины покрытия.

Пайка оплавлением в паровой фазе и пайка двойной волной, применяемые в технологии поверхностного монтажа, предъявляют требования к компонентам по выщелачиванию припоя, которые исключают использование выводов из серебра и палладия.Наилучшая стойкость к нагреванию припоя достигается за счет использования выводов барьерного типа, которые имеют слой никеля, нанесенный поверх серебряного вывода, с припоем или защитным покрытием из олова для улучшения паяемости и предотвращения окисления слоя основного металла. Конденсаторы с такими выводами выдерживают расплавленный припой при 260 ° C без заметного эффекта выщелачивания в течение нескольких минут по сравнению с менее чем двадцатью секундами для лучших сплавов Pd-Ag (поскольку никель относительно нерастворим в Sn, Pb или Ag и поэтому действует как барьер. к выщелачиванию припоя).

# 2 Твердость припоя

Как описано ранее, несоответствие теплового расширения конденсатора микросхемы и материала подложки приводит к остаточному напряжению сдвига в месте соединения. Теоретические расчеты показывают, что это напряжение может превышать 7000 фунтов на квадратный дюйм, что достаточно, чтобы привести к разрыву чипа (если последний находится под напряжением) или разрыву соединения (если чип находится в состоянии сжатия). К счастью, это состояние смягчается способностью связующего сплава деформироваться и поглощать большую часть напряжения.Пластичность припоев обратно пропорциональна твердости материала; следовательно, желательно использование более мягких припоев (с более низкой твердостью по Бринеллю).

Наиболее распространенным припоем, используемым в гибридных схемах, является Sn62 (62Sn, 36Pb, 2Ag). Выбор других припоев часто обусловлен необходимостью обеспечения более высокого температурного допуска цепи, т. Е. Обязательным является соединение сплавов с более высокими точками текучести.

Терминалы для микросхем

Концевые заделки конденсатора состоят из металлической фритты (стекла), которая сплавлена ​​с корпусом конденсатора для обеспечения электрического соединения между внутренними электродами конденсатора и контактными площадками.Концевые заделки можно разделить на две основные категории: 1) более старые толстопленочные серебряные или серебристо-палладиевые (80Ag-20Pd) металлизации и 2) более популярные заделки барьерного типа, используемые для компонентов поверхностного монтажа.

Концы из серебра и палладия обладают достаточной устойчивостью к выщелачиванию припоя и меньшей склонностью к потускнению, чем концы из чистого серебра. Серебро находит применение в основном в устройствах, предназначенных для осевого или радиального вывода, или в специальных элементах, таких как высоковольтные конденсаторы, которые требуют использования более пластичного металлического серебра, чтобы снизить опасность теплового удара для этих элементов при использовании свинца.

Концы с серебряными подшипниками могут потускнеть. Обычно упакованные в бумагу, препятствующую потускнению, конденсаторы будут храниться бесконечно долго и правильно припаиваться с соответствующими флюсами. Сильно потускневшие элементы можно восстановить до чистого металла путем повторного обжига продукта до температуры примерно от 700 ° C до 800 ° C. Обратите внимание, что продукт, поставляемый в рулонном формате, не может быть эффективно защищен бумагой, замедляющей потускнение, поскольку единицы хранятся навалом; следовательно, рекомендуется планирование инвентаризации или использование перегородки.

основаны на технологии гальваники, обеспечивающей от 100 до 150 микродюймов толщины никеля на концевой части из обожженного серебра. Поскольку никель легко окисляется, второй слой олова / припоя или олова толщиной от 200 до 250 микродюймов наносится поверх никеля, чтобы защитить его и обеспечить легко поддающуюся пайке поверхность с хорошим сроком хранения.

Электролитический процесс, возможно, является предпочтительным методом осаждения никеля. Ток используется для осаждения никеля из сульфамата никеля и хлорида никеля в растворе борной кислоты на серебряную клемму конденсатора.Этот вывод отличается от обычных материалов тем, что фритта, которая связывает вывод с конденсатором, должна быть химически стойкой к растворам для покрытия и, следовательно, не содержать висмута. (Такие фритты не способствуют пайке; следовательно, блоки с этим выводом не подлежат пайке, если должным образом не покрыты никелем и припоем.) Сразу после процесса никеля блоки должны пройти процесс пайки до начала любого окисления слоя основного металла. Установки гальванизируют с использованием концентратов олова и свинца в растворе деионизированной воды.

Химический метод осаждения никеля, основанный на химическом восстановлении растворов никеля, бора и каталитических активаторов, также может обеспечить непрерывный никелевый барьерный слой, но он не так удобен для покрытия оловянным свинцом. Альтернативное нанесение слоя припоя методами пайки волной припоя создает трудности с допуском на размер, что нежелательно для компонентов, которые нужно склеивать и наматывать для использования в технологии поверхностного монтажа

Явное преимущество никелевой заглушки очевидно из ее названия; он служит не только в качестве защиты от выщелачивания припоя из-за относительно нерастворимости никеля в припоях, но также создает барьер для образования интерметаллических соединений в паяном соединении, что может отрицательно повлиять на долговременную надежность соединения. .На небарьерные окончания может влиять зависящее от времени явление диффузии атомов Ag, Pd и Sn, которое ускоряется при термоциклировании и может в конечном итоге привести к трещинам под напряжением, отделяющим компонент от сборки. Было показано, что конденсаторы с никелевым барьером на конце останавливают процесс диффузии и образование интерметаллических соединений, тем самым поддерживая целостность связи. Несмотря на то, что характерной чертой всех осаждений никеля является сохранение условий сокращения или растяжения, промышленность разработала методы покрытия материала с контролируемой металлографической структурой и пластичностью для получения физических и механических свойств, подходящих для всех диэлектрических типов многослойных конденсаторов.

Ионная миграция

Концевые заделки микросхем и связующие сплавы содержат металлы (особенно серебро и олово), которые могут гидролизоваться в присутствии влаги. Под действием электрического поля гидроксид может диссоциировать с образованием катионов металлов, которые имеют общий положительный заряд и могут мигрировать к катоду. Это явление возникает как при переменном напряжении, так и при смещении постоянного тока, и его степень прямо пропорциональна градиенту напряжения. Через некоторое время между выводами микросхемы образуется перемычка из серебра или олова, снижая сопротивление изоляции и, в конечном итоге, образуя короткое замыкание.Избежать этой проблемы можно с помощью очень дорогих золотых выводов и проводников-подложек или путем удаления влаги из цепи, что исключает образование подвижных катионов. Последнее достигается за счет герметизации цепей или использования водонепроницаемых герметиков, таких как эпоксидные смолы.

Надеюсь, часть 13 дала вам лучшее понимание рекомендаций по пайке и заделке микросхем, а также то, как эти передовые методы могут повлиять на ваше конкретное приложение.В части 14 мы рассмотрим полезные формулы и расчеты для конденсаторов. Также ознакомьтесь с нашими конденсаторами Knowles Precision Devices, чтобы ознакомиться с полным ассортиментом нашей продукции.

Чтобы узнать больше о конденсаторах, загрузите нашу электронную книгу «Руководство по выбору правильного конденсатора для вашего конкретного применения».

HAKKO | Выберите форму наконечника

Пайка крошечных деталей микросхемы, таких как 0603

Рекомендуются следующие формы. В нем рассказывается, как выбрать размер наконечника.

* Щелкните значок и переходите к деталям формы каждого наконечника.

Рекомендации HAKKO по выбору размера наконечника

Рекомендуемый размер наконечника такой же, как A или «A-0,1 мм».
(см. Картинку справа)
Наконечник с размером больше «А» также можно использовать, если он не контактирует с соседними компонентами.
Если размер подходит, можно использовать буквы «I», «J», «S» или другие формы.
Однако, даже если размер и форма подходят, могут возникнуть проблемы, такие как растрескивание нескольких керамических конденсаторов из-за термического напряжения при пайке и недостаточного нагрева многослойной печатной платы.
Такие проблемы могут быть решены путем предварительного нагрева газовым паяльником N ₂ непосредственно перед пайкой.

N ₂ необходимое оборудование или совместимые паяльные станции / утюги

HAKKO FM-2032 и FX-1002 с их наконечниками предназначены для микропайки под микроскопом. FM-2032 имеет возможность использования газа N ₂ .

Используйте форму BC / C

Этот тип имеет форму конуса или колонны, вырезанную под наклоном, что позволяет пользователям выбирать размер обрабатываемой поверхности в зависимости от обрабатываемой детали.
Используется для пайки плавным припоем и предварительного лужения выводных проводов.

Используйте форму D

Этот тип имеет форму отвертки с плоским лезвием и предназначен для пайки двумя способами: линейным и торцевым.Доступен для любых работ.

Использовать форму I

Эта форма имеет тонкий конический конец и ультратонкий наконечник. Он используется для пайки миниатюрных микросхем на узких участках.

Используйте форму J

Эта форма отличается от формы B и формы I изгибом конца наконечника и допускает пайку путем наложения наконечника двумя способами: торцом и острием. Он предлагает другие рекомендуемые способы использования.

Используйте форму K

Этот тип имеет форму ножа и может паять, накладывая наконечник тремя способами: линейным, торцевым и острым. Используется для пайки на узких шагах, исправления перемычек и плавной пайки.

Используйте узкий шаг пайки Тип: Форма S

Эта форма унаследована от форм B, C, D и I. Она используется для пайки крошечных микросхем на узких участках.

Как паять QFP, TSSOP, SOIC и другие детали для поверхностного монтажа — Skywired.net

Паять современные микросхемы для поверхностного монтажа, такие как QFP, SOIC и TSSOP, намного проще, чем кажется. Это руководство поможет вам быстро приступить к пайке.

Современные компоненты собраны в крошечных корпусах с еще более крошечными контактами. Многие полезные микросхемы доступны только с расстоянием между выводами 0,5 мм или меньше. Реакция людей, привыкших к пайке деталей со сквозными отверстиями старого образца, часто бывает такой: «Как я могу соединять эти крошечные штыри без паяных перемычек?» Я даже видел, как компания производила платы, в которых каждый вывод TSSOP был припаян вручную под микроскопом с использованием тонкого припоя и самого маленького из имеющихся паяльников. Это сработало для семейной компании, которая этим занималась, но не для меня.

Ключ к простой пайке этих микросхем — это «озеро припоя». При использовании этого метода целый ряд выводов покрывается избытком припоя, не беспокоясь о перемычках. Затем излишки припоя удаляются с помощью фитиля, оставляя только припой между выводом и печатной платой. В результате получается аккуратно припаянная микросхема с минимальными усилиями.

Метод озера припоя требует некоторых материалов, помимо обычных для сквозных отверстий.

Критичным для процесса является распайка фитиля.Мне нравится марка Solder-Wick, но подойдет любой фитиль достойного качества. (Остерегайтесь сторонних производителей. Однажды купленная мною особенная вещь не имела поглощающей способности и была совершенно бесполезной.) Также критичным является ручка для флюса или другой способ нанести жидкий флюс там, где вы хотите.

Вам, конечно, понадобится припой. Я думаю, что припой 0,040 дюйма, подобный этому, хорошо подходит для этой работы, но все должно работать.

Я считаю очень полезным иметь инструмент, который поможет мне вставить чип на место. Мне больше всего нравится «апельсиновая палочка» на картинке.Поставлялся в комплекте с инструментами для обрезки. Это просто кусок дерева с острием на одном конце и сплющенным, как отвертка, на другом. Что-нибудь подобное будет работать нормально.

Кроме того, необходим паяльник и лупа.

Почетные гости мероприятия:

Печатная плата для этой сборки — это коммутационная плата FPGA, описанная в другом месте на Skywired.Чип представляет собой ПЛИС Actel (теперь часть Microsemi), номер детали A3PN250. Он имеет ширину 14 мм (чуть больше полдюйма) и 100 контактов, расположенных на расстоянии 0,5 мм друг от друга. Я не могу себе представить, чтобы пытаться паять его по принципу «штыря за раз» при сквозной сборке.

Первым шагом процесса является установка микросхемы на плату и перемещение ее до тех пор, пока все ее штырьки не будут совмещены со всеми контактными площадками. Я считаю, что это помогает использовать палец и палку для подталкивания на противоположных углах. Мой палец обеспечивает равномерное давление, при котором толкающая палка аккуратно вдавливает чип на место.Лупа тоже помогает.

Когда вы перемещаете чип, вы можете заметить странный мигающий эффект, когда контакты совпадают с контактными площадками. Когда они не выровнены, штифты и контактные площадки блестят и отражают свет обратно, но когда они совпадают, становится виден более темный материал платы. В такой партии с мелким тоном эффект может быть внезапным. Воспользуйтесь этим эффектом и одновременно ищите темноту между контактами со всех четырех сторон чипа.

Сдвигайте чип только горизонтально и используйте корпус микросхемы, а не штифты для перемещения чипа. Штифты с мелким шагом деликатны, и их важно не погнуть.

Это самый трудоемкий этап процесса. Наберитесь терпения и перемещайте чип медленно и плавно.

Как только микросхема выровнена, осторожно закрепите по одному штырю в каждом из двух углов, чтобы закрепить ее на плате.

Если ваша плата имеет недорогую и популярную отделку с выравниванием горячим воздухом (HASL или HAL), вы повезло.Тонкого слоя припоя на плате достаточно, чтобы удерживать микросхему. Просто нагрейте его утюгом, чтобы получить скрепление. Качество стыка значения не имеет. Этого должно быть достаточно, чтобы вы не ударили микросхему, когда паяете остальную часть.

Если на плате другая отделка, например, позолота, или нет отделки, например, для травления своими руками, возможно, будет невозможно сформировать соединение без добавления припоя. Я добавил немного лишнего на микросхеме на картинке.В следующий раз я буду использовать припой меньшего диаметра для лучшего контроля.

Пришло время в последний раз проверить, все ли штыри прямо на правильных контактных площадках. С этого момента исправить проблему выравнивания будет сложнее.

Вот пример проблемы, которую нужно искать:

Эта микросхема повернута достаточно, чтобы ее можно было отключить одним штифтом на нижней стороне. К сожалению, он тоже частично припаян.

Эта микросхема немного повернулась во время пайки и закончилась одним штырем на нижней стороне.Это означает, что все четыре стороны ошибаются. Нет простых способов решить эту проблему с помощью паяльника. Одно из решений — отрезать все штыри, выбросить чип и убрать с доски остатки штыря. Если микросхема слишком дорога для этого, система пайки горячим воздухом или ее менее совершенная кузина, тепловая пушка, могут распаять QFP без чрезмерного повреждения микросхемы или платы.

В любом случае это лучшая возможность решить проблему с позиционированием чипа, поэтому не торопитесь и внимательно осмотрите его, желательно под лупой.

Убедившись, что микросхема по-прежнему находится на своем месте, подготовьте ее к пайке, добавив немного флюса. Поскольку вы будете наносить припой из жала паяльника, вы не можете рассчитывать на канифольный стержень для подачи флюса. Мне нравится использовать флюсовую ручку, хотя кисть и жидкий флюс тоже подойдет.

Будьте осторожны, прикладывайте как можно меньшее давление к консольной части штифтов. После тщательного выравнивания чипа было бы жаль гнуть штифт.

А теперь самое интересное! Техника нанесения припоя нарушает многие правила, которые я усвоил при пайке деталей со сквозными отверстиями: «Не используйте утюг, чтобы подвести припой к стыку». «Остерегайтесь холодных суставов». «Будьте осторожны, не наводите мосты».

Чтобы сделать озеро припоя, сначала расплавьте немного припоя прямо на кончик паяльника. Полезно, чтобы на утюг был наконечник отвертки или, что лучше, наконечник с вогнутой поверхностью, но конический наконечник работает почти так же. Нанесите столько припоя, сколько вы думаете, чтобы пройти через все контакты на одной стороне наконечника.Затем перетащите эту каплю припоя с одной стороны микросхемы. Пусть припой растечется по всему стыку, который вам нужно сделать, и не беспокойтесь о паяных перемычках. Идея состоит в том, чтобы нанести расплавленный припой по всему стыку, чтобы часть его попала между выводом и печатной платой.

Перенос припоя к стыку на железе обычно плохая идея, потому что он не дает флюса, но флюс, нанесенный на последнем этапе, восполняет его.

Позаботьтесь о том, с какого угла вы начинаете наносить припой. Рекомендуется начать с булавок, отличных от тех, которые вы закрепили ранее. В противном случае, когда закрепленный припой расплавится, микросхема может свободно повернуться на другой штифт. Это может привести к погнутым контактам или смещению припаянной микросхемы. Если вы начнете с незакрепленного штифта, соединение, которое вы делаете с озером припоя, будет удерживать микросхему, как только вы дойдете до закрепленных штифтов.

После того, как вы проверили контакты, чтобы убедиться, что область соединения каждого из них покрыта припоем, достаньте фитиль для припоя.Поместите фитиль так, чтобы он закрыл контакты на одной стороне микросхемы, затем медленно протяните утюг по фитилю, чтобы впитать излишки припоя. Немного попрактиковавшись, вы увидите, что фитиль припоя слегка изменит цвет, когда он станет достаточно горячим, чтобы начать поглощать припой, затем вы увидите, как блестящий серебристый цвет появляется вокруг железного наконечника, когда припой с печатной платы протекает через фитиль . Обычно это сигнал о том, что пора немного опустить кончик утюга и достать следующие несколько штифтов.

Как только фитиль впитает припой со всей стороны микросхемы, удалите его и проверьте свою работу. Фитиль мог плотно прилегать к печатной плате во время ее охлаждения. Если это произойдет, просто нагрейте его утюгом и снимите, когда он ослабнет. Использование силы для его извлечения может привести к сгибанию штифтов и отрыву контактных площадок от платы.

Когда каждая сторона фишки готова, переходите к следующей.

Когда излишки припоя исчезли со всех контактов, пора внимательно осмотреть вашу работу.Если у вас есть лупа, используйте ее. Вы должны увидеть блестящие паяные соединения на каждом штыре и контактной площадке, и вы можете увидеть крошечные галтели по бокам каждого штифта. Остерегайтесь этих проблем:

• Если на некоторых контактах или площадках отсутствует припой, нанесите флюс и припой на эти контакты, а затем используйте немного больше фитиля для их очистки.
• Если вы видите перемычки из припоя, удалите излишки припоя при помощи фитиля.
• Это хорошее время, чтобы проверить наличие короткого замыкания между контактами, пройдя по ним с парой щупов и мультиметром, установленным в режим проверки целостности цепи.Если штифты действительно крошечные, зубочистки (или их аналог для электроники) можно использовать в качестве зондов. Используйте зажимы типа «крокодил» для подсоединения зондов к измерителю.

Как только вы найдете свою работу удовлетворительной, сядьте поудобнее и полюбуйтесь своей работой. Вы сделали это. Вы припаяли множество контактов, слишком маленьких, чтобы их можно было паять по отдельности.

Однако через несколько минут вы начнете видеть уродливую сторону своего успеха: беспорядок из остатков флюса по всему чипу и печатной плате.

Все флюсы являются коррозионными, даже флюсы без очистки, а остатки флюса обеспечивают скрытый путь для токов, которые могут сбивать с толку цепи с высоким импедансом или малой утечкой.Очистите этот флюс! Изопропиловый спирт (IPA) и небольшая очистка подходят для большинства флюсов, или вы можете использовать специальный очиститель флюса.

После того, как флюс растворился в жидкости, убедитесь, что вы его смыли. Вы можете использовать больше растворителя или дистиллированной или деионизированной воды. Главное — убедиться, что флюс вымывается, а не осаждается повторно на плате, поскольку IPA или средство для удаления флюса испаряются.