Каким припоем паять микросхемы

Выход из строя бытовой техники часто связан с отказом какой-либо микросхемы (чипа). Чтобы не переплачивать за дорогостоящий ремонт в сервис-центре, сгоревший чип практически всегда возможно заменить в домашних условиях. Для этого необходим паяльник для микросхем — монтажный инструмент, которым выполняют выпаивание отказавшего чипа и микропайку выводов новой микросхемы к контактным площадкам печатной платы. Осуществить пайку микросхем своими руками гораздо легче чем кажется, главное выбрать хороший паяльник.

Паяльник для микросхем — как выбрать правильно

Все электрические паяльники, которые можно встретить в магазине или интернете, различаются по своим характеристикам. Чтобы ответить на вопрос, как выбрать паяльник для пайки микросхем необходимо определить его основные параметры:

• · Мощность. Для микропайки выводов микросхем достаточно выбрать паяльник мощностью от 20 до 35 Вт. Более мощные паяльники могут вызвать перегрев компонентов.
• · Габариты и вес. Лучше всего маленький паяльник, который удобно лежит в руке. Паяльник всегда держат в пальцах, как шариковую ручку — поэтому он должен быть миниатюрным и лёгким. Не следует приобретать массивные паяльники с деревянными ручками — их нельзя правильно взять в руку. Не рекомендуется приобретение паяльников в виде пистолета — ими тяжело паять детали на печатных платах.
• · Конструктивное исполнение. При выборе нужно обратить внимание на материал ручки (он должен быть удобным, нескользким, не натирать мозолей), на исполнение электрического шнура (кабель должен обязательно быть в двойной изоляции, с сечением жилы провода не менее 2,5 мм, эластичным, чтобы не мешал при работе).
• · Наличие контроллера температуры (термостата). Для обеспечения качественной пайки температура жала паяльника должна быть от 260 до 300 °C, не выше. Если встроенный контроллер отсутствует, лучше выбрать паяльник с питанием 12 В или 36 В. По отзывам радиолюбителей, хуже всего справляются с контролем температуры тайваньские паяльники на 220 В — они перегреваются, из-за чего не получается качественно припаять микросхему. В качестве выхода из положения паяльник включается через регулятор мощности, который можно приобрести или сделать самому.
• · Форма и тип жала. Лучший выбор — это паяльник со сменными насадками. Для пайки планарных микросхем лучше всего подходит жало диаметром 2 мм со срезом 45°, которым удобно выполнять пайку ножек «волной припоя». Тонкими конусными насадками удобно паять микросхемы со штырьковыми выводами в металлизированных отверстиях платы. Паяльные жала должны быть со специальным покрытием, которое препятствует появлению нагара. Не следует брать обычные медные насадки — они быстро обгорают, окисляются, их нужно периодически зачищать.
• · Наличие паяльной станции. Паяльная станция — это отдельный блок с контроллером и регулятором температуры, к которому через разъем подсоединяется паяльник и другие элементы (фен, термопинцет). Станция используется в основном для профессиональных или постоянных паяльных работ, для разового ремонта в домашних условиях её стоимость слишком высока (от 3 тыс. р.).

На видео: Как выбрать паяльник, достоинства и недостатки определенных моделей.

Демонтаж планарных микросхем

Последовательность действий по выпайке SOIC — чипов, которые не приклеены к плате:

1. Удалить лак (при его наличии) с ножек микросхемы ацетоном или смывкой. После удаления лака очистить плату от остатков лака этиловым спиртом.
2. Нанести жидкий флюс на распаиваемые выводы по всем сторонам чипа.
3. Запаять припоем (замкнуть) все ножки чипа на каждой его стороне, проводя жалом по всем выводам чипа и разгоняя припой по ножкам. Нанесённого припоя на ножках должно быть много, чтобы после отведения паяльника припой продолжал находиться в расплавленном состоянии.
4. Провести паяльником по всем запаянным сторонам чипа, добиваясь расплавления припоя со всех сторон, после чего удалить микросхему пинцетом.
5. Чтобы отпаять микросхему, приклеенную к плате, необходимо поочерёдно отпаивать каждый вывод микросхемы, приподнимая его пинцетом над контактной площадкой. После отпайки всех ножек удалить микросхему механическим путём (ножом), стараясь не повредить плату.

На видео: Как произвести демонтаж планарной микросхемы

Самодельный паяльник

Чтобы сделать маленький паяльник для микросхем своими руками, нужно приготовить следующие материалы:
· отечественный резистор в металлическом корпусе МЛТ-0,5 любого номинала (нагревательный элемент);
· медная проволока с диаметром 1—2 мм, длиной 20—30 мм (жало);
· стальная проволока от выпрямленной скрепки (держатель);
· корпус от шариковой ручки;
· полоска двухстороннего фольгированного текстолита шириной по внутреннему диаметру ручки и длиной 40 — 50 мм. Можно выпилить любой подходящий участок с двумя широкими контактами сверху и снизу с ненужной печатной платы;
· блок питания на 1 — 2 ампер с регулировкой выходного напряжения.

Изготовление самодельного паяльника выполнять в следующей последовательности:

1. Обрезать один вывод резистора, рассверлить чашечку в месте крепления вывода до внутреннего отверстия в корпусе.
2. Зачистить до металла чашечку со стороны удалённого вывода.
3. Срезать под углом 45° один конец медной проволоки (жало), другой конец вставить просверленное отверстие.
4. Облудить стальную проволоку по всей длине, облудить зачищенную чашечку резистора.
5. Обернуть стальную проволоку вокруг чашечки резистора на 1—2 витка и припаять её к чашечке. Оба конца проволоки припаять к контактной площадке с одной стороны платы. К контактной площадке с другой стороны платы припаять второй вывод резистора.
6. Припаять к контактным площадкам провода, идущие к блоку питания.
7. Установить плату с нагревательным элементом в корпус шариковой ручки, провода пропустить через корпус ручки и подключить к блоку питания.
8. Проверить работу паяльника. Электрический ток, проходя по цепи, образованной стальной проволокой и резистором, будет выделять тепло в месте наибольшего сопротивления — на резисторе (нагревательном элементе). От корпуса резистора будет нагреваться жало самодельного паяльника.

Совершенствуйте навыки пайки

Пайка микросхем в домашних условиях своими силами возможна при точно соблюдении технологии пайки, правильном выборе инструмента и материалов. Для того чтобы закрепить навык пайки микросхем паяльником, необходимо тренироваться на нерабочих платах от старых компьютеров или жёстких дисков, в которых имеются микросхемы.

Современные радиоэлектронные устройства невозможно представить без микросхем – сложных деталей, в которые, по сути, интегрированы десятки, а то и сотни простых, элементарных компонентов.

Микросхемы позволяют сделать устройства легкими и компактными. Рассчитываться за это приходится удобством и простотой монтажа и достаточно высокой ценой деталей. Цена микросхемы не играет важной роли в формировании общей цены изделия, в котором она применяется. Если же испортить такую деталь при монтаже, при замене на новую стоимость может существенно увеличиться. Несложно припаять толстый провод, большой резистор или конденсатор, для этого достаточно владения начальными навыками в пайке. Микросхему же надо припаивать совсем иным способом.

Чтобы не произошло досадных недоразумений, при пайке микросхем необходимо пользоваться определенными инструментами и соблюдать некоторые правила, основанные на многочисленном опыте и знаниях.

Оборудование для пайки

Для пайки микросхем можно использовать различное паяльное оборудование, начиная от простейшего – паяльника, и заканчивая сложными устройствами и паяльными станциями с использованием инфракрасного излучения.

Паяльник для пайки микросхем должен быть маломощным, желательно рассчитанным на напряжение питания 12 В. Жало такого паяльника должно быть остро заточено под конус и хорошо облужено.

Для выпаивания микросхем может быть применен вакуумный оловоотсос – инструмент, позволяющий поочередно очищать ножки на плате от припоя. Этот инструмент представляет собой подобие шприца, в котором поршень подпружинен вверх. Перед началом работ он вдавливается в корпус и фиксируется, а когда необходимо, освобождается нажатием кнопки и под действием пружины поднимается, собирая припой с контакта.

Более совершенным оборудованием считается термовоздушная станция, которая позволяет осуществлять и демонтаж микросхем и пайку горячим воздухом. Такая станция имеет в своем арсенале фен с регулируемой температурой потока воздуха.

Очень востребован при пайке микросхем такой элемент оборудования, как термостол. Он подогревает плату снизу, в то время, как сверху производятся действия по монтажу или демонтажу. Опционально термостол может быть оснащен и верхним подогревом.

В промышленных масштабах пайка микросхем осуществляется специальными автоматами, использующими ИК-излучение. При этом производится предварительный разогрев схемы, непосредственно пайка и плавное ступенчатое охлаждение контактов ножек.

В домашних условиях

Пайка микросхем в домашних условиях может потребоваться для ремонта сложной бытовой техники, материнских плат компьютеров.

Как правило, чтобы припаять ножки микросхемы, используют паяльник или паяльный фен.

Работа паяльником осуществляется с помощью обычного припоя или паяльной пасты.

В последнее время стал чаще применяться бессвинцовый припой для пайки с более высокой температурой плавления. Это необходимо для уменьшения вредного действия свинца на организм.

Какие приспособления потребуются

Для пайки микросхем, кроме самого паяльного оборудования, потребуются еще некоторые приспособления.

Если микросхема новая и выполнена в BGA-корпусе, то припой уже нанесен на ножки в виде маленьких шариков. Отсюда и название – Ball Grid Array, что означает массив шариков. Такие корпуса предназначены для поверхностного монтажа. Это означает, что деталь устанавливается на плату, и каждая ножка быстрым точным действием припаивается к контактным пятачкам.

Если же микросхема уже использовалась в другом устройстве и используется как запчасти, бывшие в употреблении, необходимо выполнить реболлинг. Реболлингом называется процесс восстановления шариков припоя на ножках. Иногда он применяется и в случае отвала – потери контакта ножек с контактными пятачками.

Для осуществления реболлинга понадобится трафарет – пластина из тугоплавкого материала с отверстиями, расположенными в соответствии с расположением выводов микросхемы. Существуют готовые универсальные трафареты под несколько самых распространенных типов микросхем.

Паяльная паста и флюс

Для правильной пайки микросхем необходимо соблюдать определенные условия. Если работа осуществляется паяльником, то жало его должно быть хорошо облужено.

Для этого используется флюс – вещество, растворяющее оксидную пленку и защищающее жало от окисления до покрытия припоем во время пайки микросхемы.

Наиболее распространенный флюс – сосновая канифоль в твердом, кристаллическом виде. Но, чтобы припаять микросхему, такой флюс не годится. Ножки ее и контактные пятачки обрабатывают жидким флюсом. Его можно сделать самостоятельно, растворив канифоль в спирте или кислоте, а можно купить готовый.

Припой в этом случае удобнее использовать в виде присадочной проволоки. Иногда он может содержать внутри флюс из порошковой канифоли. Можно приобрести готовый паяльный набор для пайки микросхем, включающий в свой состав канифоль, жидкий флюс с кисточкой, несколько видов припоя.

При осуществлении реболлинга используется паяльная паста, представляющая собой основу из вязкого материала, в которой содержатся мельчайшие шарики припоя и флюса. Такая паста наносится тонким слоем на ножки микросхемы с обратной стороны трафарета. После этого паста разогревается феном или инфракрасным паяльником до расплавления припоя и канифоли. После застывания, они образуют шарики на ножках микросхемы.

Порядок проведения работ

Перед началом работ необходимо подготовить все инструменты, материалы и приспособления, чтобы они были под рукой.

При монтаже или демонтаже плату можно расположить на термостоле. Если для демонтажа используется паяльный фен, то для исключения его воздействия на другие компоненты, нужно их изолировать. Сделать это можно установкой пластин из тугоплавкого материала, например, полосок, нарезанных из старых плат, пришедших в негодность.

При использовании для демонтажа оловоотсоса процесс происходит аккуратнее, но дольше. Оловоотсос «заряжается» при очистке каждой ножки. По мере заполнения кусками застывшего припоя, его нужно очищать.

Есть несколько правил пайки, которые следует обязательно исполнять:

• паять микросхемы на плате надо быстро, чтобы не перегреть чувствительную деталь;
• можно каждую ножку во время пайки придерживать пинцетом, чтобы обеспечить дополнительный теплоотвод от корпуса;
• при монтаже с помощью фена или инфракрасного паяльника, необходимо следить за температурой детали, чтобы она не поднималась выше 240-280 °C.

Радиоэлектронные детали очень чувствительны к статическому электричеству. Поэтому при сборке лучше использовать антистатический коврик, который подкладывается под плату.

Зачем сушить чипы

Чипами называют микросхемы, заключенные в BGA-корпусах. Название, видимо, пошло еще от аббревиатуры, означавшей «Числовой Интегральный Процессор».

По опыту использования у профессионалов существует устойчивое мнение, что при хранении, транспортировке, пересылке, чипы впитывают в себя влагу и во время пайки она, увеличиваясь в объеме, разрушает деталь.

Действие влаги на чип можно увидеть, если нагреть последний. На поверхности его будут образовываться вздутия и пузыри еще задолго до того, как температура поднимется до значения, достаточного для расплавления припоя. Можно только представить, что же происходит внутри детали.

Чтобы избежать нежелательных последствий наличия влаги в корпусе чипа, при монтаже плат осуществляется сушка чипов перед пайкой. Эта процедура помогает удалить влагу из корпуса.

Правила сушки

Сушку чипов необходимо производить, соблюдая температурный режим и продолжительность. Новые чипы, которые были приобретены в магазине, со склада, присланы по почте, рекомендуется сушить не менее 24 часов при температуре 125 °C. Для этого можно использовать специальные сушильные печи. Можно высушить чип, расположив его на термостоле.

Температуру сушки необходимо контролировать, чтобы не допустить перегрева и выхода детали из строя.

Если чипы были высушены и хранились до монтажа в обычных комнатных условиях, достаточно просушить их в течение 8-10 часов.

Учитывая стоимость деталей, очевидно, лучше провести сушку, чтобы с уверенностью приступать к монтажу, чем пытаться паять непросушенный чип. Неприятности могут обернуться не только денежными тратами, а еще и потерянным временем.

Работа с микросхемами является очень деликатной, так как это сложные устройства, в которых имеется множество контактов. Все они выполнены в достаточно маленьких размерах, так что если нужно что-то спаять, то здесь требуется подбирать соответствующие оборудование и расходные материалы, не говоря уже об опыте работы с подобными вещами. Естественно, что для облегчения работ нужно, чтобы температура припоя была относительно низкой, чтобы температурным воздействием не повредить другие детали, находящиеся рядом. Выбирая, какой припой использовать для пайки микросхем, нужно уделить внимание его качеству. Даже при высокой стоимости он будет вполне оправдан, так как во время пайки подобного рода используется относительно небольшое количество материала.

Припой используется как в частной сфере, среди множества радиолюбителей, так и при заводском производстве и в ремонтных мастерских. В отличие от других разновидностей, подбирая каким припоем паять микросхемы, нужно обращать внимание не на крепость, температурную стойкость и другие механические параметры. Здесь больше важна электропроводность, свойства спаивания и температура плавления.

Подходящие марки

Существуют различные виды припоев для пайки, но стоит выделить наиболее подходящие для работы с микросхемами, которые можно найти на современном рынке. Одним из наиболее распространенных вариантов является ПОС 61. Он имеет следующий химический состав:

Технические характеристики материала выглядят следующим образом:

Также может использоваться аналог из той же серии ПОС 30. Он уступает по качествам, но обладает достаточно низкой температурой плавления, чтобы обеспечить комфортные условия проведения работ. Состав его практически не имеет примесей:

Технические характеристики данной марки выглядят следующим образом:

Критерии выбора

Помимо этого существуют и другие марки, так что у людей часто возникает вопрос, какой припой выбрать для микросхем, исходя из параметров. В первую очередь нужно обращать внимание на проводимость состава. Если у него большое сопротивление, то для сложных схем он может не подойти. Для обыкновенной домашней пайки критерии не столь существенны, но если предстоит серьезная работа, то лучше обращать внимание на серебряные припои, а не на оловянно-свинцовые, хотя они и дешевле.

Одним из важных параметров является температура плавания. Тут не нужна высокая крепость и сама температура на схеме не будет подыматься не выше сотни градусов. При низкой температуре плавления припой лучше расплавляется и схватывается на поверхности. Также проще обирать остатки, которые могут налипнуть при неаккуратном обращении.

Лучше если материал будет выполнен в виде прутка или проволоки, так как это более удобно в практическом применении. Ведь нужно отмерять относительно небольшие порции, поэтому, необходимо иметь возможность взять паяльником минимальное количество материала.

Всегда нужно иметь запас флюса для того припоя, который будет использоваться.»

Особенности пайки

Выбирая, какой припой лучше выбрать для пайки SMD стоит учитывать, что сам процесс спаивания имеет некоторые отличия. Во-первых, для работы нужно подобрать тонкий паяльник, у которого было острое плоское жало. Его мощность не должна слишком превышать температуру плавления расходного материала. Нужно обильно использовать флюс, чтобы улучшить скорость и надежность соединения.

Одной из главных особенностей является чистка микросхемы после спаивания. На ней могут остаться лишние частицы припоя, которые следует собрать, чтобы не получилось короткого замыкания. Это могут быть как случайно оброненные капли, так и просто расплывшиеся массы припоя, если его взяли слишком большое количество. Для этого используется специальная оплетка из меди. Это еще одна из причин по которой температура плавления расходного материала должна быть минимальной.

Производители

На рынке можно выделить следующих отечественных производителей

• КиевЦветМет;
• Арсенал;
• Вадис-М;
• «Технологические Линии»;
• Техноскрап.