Qfn корпус как паять

Пайка QFN-корпусов

А как вы паяете QFN корпуса?
У меня вот так получается:

Технологию пайки уже отработал, самое сложное — позиционирование перед пайкой.

1 февраля 2014
Поделиться:

Комментарии 56

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы писать комментарии, задавать вопросы и участвовать в обсуждении.

А новую микруху в таком корпусе лудите?

А как на плёночной плате перепаять HTSOP ? (драйвера ЭБУ) Я так ноги облуживаю сплавом Вуда, потом подогреваю снизу и грею сверху феном по центру микросхемы, пока легко не снимется. Лапы отпаиваются первыми, потом центр…

Я езжу на Lexus ES 300h

Вставлю свои 5 копеек, нужно использовать хорошии флюс, например 223 или 559, последнии творит чудеса и не агрессивен, безотмывочный. Впервые использовал для монтажа БГА, результат впечатлил- пользую до сих пор везде. В качестве паяла имхо лучше фена для сих целей не придумаешь, главное принаровиться, чтоб не перегреть деталь или того хуже текстолит. А потренероваться можно на старых платах, особенно мультиконтроллеры)) успехов в творениях.

Несуществующий пользователь
Без машины

микрухи в таких корпусах чаще приходится вручную снимать и ставить, чем ставить с нуля.

обычно на «пузе» земля и по началу были проблемы с излишками пасты под микрухой. решилось все переходными отверстиями под пузом. излишки пасты просто вытекают на боттом.

при необходимости замены микросхемы в куэфэн корупсе при ремонте платы пользуюсь феном и паяльником. снимаю старую, новую облуживаю и припаиваю, с позиционированием проблем никогда не возникало, шприц с флюх плюсом или лти всегда под рукой. если плата теплоемкая с большим числом полигонов и слоев, дополнительно подогреваю вторым феном еще и снизу. столиками с подогревом не пользуюсь. тк смысла в них нет в моем случае.

пс я занимаюсь ручным и автоматическим монтажом печатных плат и ремонтом. работа такая. есть в наличии и печи и ремонтные станции и принтер для нанесения пасты через трафарет. производство в общем.

Тоже паяю обычным паяльником, в редких случаях воздухом.

пора бежать от канифоли, уж больно она грязная, даже не дорогие жирные флюсы вряд ли уступят канифоли… хотя сам до сих пор сижу на ЛУТ и FeCl3, никак не могу шагнуть в сторону фоторезиста. А вообще если тема интересна то надо двигатся, надо расширять свои горизонты. Ненужно сидеть на месте ибо это деградация, раньше из доски, куска проволки и резинки делали оружие, а сейчас половина людей не способна два провода скрутить. Технологии идут в гору а мозг людей в каменный век. А по теме то кому как удобней, кто работал с BGA тому просто посадить феном, кто этих букв незнает тому паяльник с острым жалом, не трясущихся рук и терпения. Когда я начинал работать в мастерской по ремонту телефонов, то мой так сказать учитель поднимал проц с нокии 6300 и без ребола и остывания тут же его ставил на место, при чем он четко попадал на место и 9 из 10 труб после этого заводились, для меня это пока эталон. В общем совершенствуйте свои навыки! Самокат ветерана мой кумир =) половина его подделок стоит у меня в машине =)

Простой способ выпаивания микросхем в QFP- и QFN-корпусах

В статье приводится простой способ выпаивания микросхем в QFP- и QFN-корпусах с платы, основанный на её нагреве инфракрасным излучением мощной галогеновой автомобильной лампы. Этот способ абсолютно не повреждает ни саму микросхему, ни плату, с которой она снимается.

Введение

Часто требуется извлечь микросхему в корпусе для поверхностного монтажа (SMD) из уже изготовленной платы. Если выпаивание таких микросхем с двусторонним расположением выводов (SOIC, SOP и т.п.) не представляет особой проблемы, то с микросхемами в квадратных корпусах с 4-сторонним расположением выводов, например, QFP (Quad Flat Package) и особенно «безногих», QFN (Quad Flat No-leads package), у которых в качестве выводов используются контактные площадки, расположенные с одной стороны микросхемы, на взгляд автора, могут возникнуть определенные трудности. Дело осложняется еще тем, что в корпусах QFN со стороны контактных площадок имеется «земляная» пластина, расположенная в середине микросхемы и также припаянная к плате. В подавляющем большинстве случаев для выпаивания таких микросхем используется достаточно дорогой (от 2000 руб. и выше) паяльный фен, горячий воздух которого направляется на микросхему, и при разогреве её до температуры расплавления припоя она уже легко снимается с платы. Однако такой способ имеет два недостатка. Во-первых, конечно, относительно высокая стоимость фена, во-вторых (и это главное), нагрев микросхемы до той температуры, которая позволяет расплавить припой, может привести к выходу из строя микросхемы. Особенно это касается микроконтроллеров с «зашитой» программой, которую желательно сохранить. Можно, конечно, направить фен на обратную сторону платы для ее разогрева, однако для получения приемлемой температуры расплавления припоя нагрев обратной стороны платы должен быть настолько интенсивным, что стеклотекстолит начинает уже обугливаться и дымиться, выделяя настолько отвратительный запах, что плату хочется побыстрее выбросить в окно :).

Рисунок 1.	Конструкция устройства.

В статье приводится альтернативный способ нагревания обратной стороны платы инфракрасным излучением галогеновой лампы для фары автомобиля. При этом обратная сторона платы не только не обугливается, но даже не особенно и нагревается, а припой со стороны микросхемы нагревается настолько интенсивно, что микросхема легко снимается с платы. Стоимость подобной галогеновой лампы на порядок (а то и на два) меньше стоимости фена, а конструкция подобного «нагревателя» очень проста и поэтому достаточно дешева. Ниже будет рассмотрена конструкция устройства, показаны принцип его работы и её результаты.

Конструкция и работа устройства

Основу конструкции составляет стеклотекстолитовая пластина толщиной 4 мм, к которой болтами М5 и гайками прикручены два гардинных уголка размером 120×55×17×3.5 мм (Рисунок 1). Автор использовал галогеновую лампу марки TORSO на 12 В мощностью 100/80 Вт (с двумя спиралями) с цоколем HB5 (Рисунок 2). Цоколь лампы вставляется в ответный разъем («фишка»), который прикручен к стеклотекстолитовой пластине тремя винтами М2.5 впотай и гайками. Для этого на торце разъема были просверлены три соответствующих отверстия, а в пластине для установки разъема прорезано окно, и также просверлены три отверстия (Рисунок 3). Плата, с которой необходимо выпаять микросхему, закрепляется на уголках обычными канцелярскими зажимами. В качестве источника питания (ИП) автор использовал зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов с максимальным током 10 А. Подключение лампы к ИП осуществляется двумя 3-контактными разъемами XLR (мама и папа). Обе спирали лампы подключаются параллельно (в связи с простотой схема не приводится). Измеренное напряжение на лампе, когда включены обе спирали, при токе 9 А составило 11.4 В. При этом мощность составила чуть более 100 Вт (что нетрудно подсчитать). Это означает, что лампа работает почти вполнакала (максимальная мощность лампы, когда работают обе спирали, по паспорту составляет 180 Вт). Дальнейшее увеличение мощности не требуется по трем причинам. Во-первых, работа вполнакала существенно продлевает срок службы лампы, во-вторых, в ИП установлен предохранитель на 10 А, и при включении, когда спирали еще холодные, ток может превысить 10 А, и предохранитель может сгореть (что, конечно, нежелательно), и, в-третьих, температура нагрева достаточно высокая, чтобы расплавился припой с обратной стороны платы, и микросхемы легко снимаются, и достаточно низкая, чтобы нагреваемая сторона платы не обугливалась. На самом деле она не только не обугливается, но даже особенно не нагревается. (Может, стеклотекстолит пропускает инфракрасное излучение, а дорожки – задерживают его, отчего поглощают и, естественно, интенсивно нагреваются?). Никакого запаха при таком нагреве, как показала практика, плата не выделяет. При расстоянии между платой и лампой 15 – 17 мм достаточно 3 – 4 минут прогрева, и микросхемы легко снимаются обычным пинцетом.

Рисунок 2.	Примененная лампа.

Здесь следует заметить, что применение галогеновой лампы автор «подсмотрел» в Интернете [1]. Однако в [1] нагрев производится со стороны микросхемы, что, во-первых, нежелательно (см. выше), а во-вторых, очень неудобно, т.к. весь обзор закрывает сама лампа с «абажуром», «подлезть» под который пинцетом весьма проблематично (сравнить с Рисунком 3).

Рисунок 3.	Устройство в работе.

Стеклотекстолитовая пластина достаточно жестко зажимается в небольших тисках (Рисунок 3).

Результаты работы

Рисунок 4, на взгляд автора, достаточно красноречиво свидетельствует о результатах работы устройства. Единственный комментарий касается фотографии Рисунок 4в. Как можно убедиться из этой фотографии, обратная сторона платы сохранила свой первозданный вид, и никакого обугливания нет и в помине.

Рисунок 4.	Результаты работы устройства: (а) – исходная плата, (б) – плата со снятыми микросхемами, (в) – обратная сторона платы с выпаянными микросхемами.

Что касается микросхемы в корпусе QFN-20 (это микроконтроллер C8051F330), то для повторного использования её необходимо промыть в растворителе (ацетоне или спирте) с целью удаления канифоли, покрыть жидким флюсом (например, ЛТИ-120), пройтись паяльником по всем контактным площадкам и еще раз промыть в растворителе. Как показала практика, программа, «зашитая» в микроконтроллере, полностью сохраняется, а её работоспособность полностью подтвердилась.

Заключение

Примененный способ выпаивания микросхем в QFP и особенно в QFN корпусах, на взгляд автора, достаточно прост, дешев, удобен и рекомендуется для использования.

Литература

Глицерино-Утюжный метод пайки QFN корпусов

Данный метод был придуман в процессе сборки программатора STK500v2 от Bonio тык.
Программатор содержит в себе микросхему cp2102 в qfn корпусе которую мне потребовалось запаять. Из оборудования в наличии был только паяльник да утюг для лута. Паяльником я такую мелочь запаивать побоялся, ибо нечто меньшее чем DIP паять до этого не приходилось. Покупать паяльную станцию ради одной платы тоже не вариант. Да и хотелось запаять побыстрее. Пришлось заюзать смекалку и гугл.

Как оказалось в интернете не так много материала по извращенской кустарной пайке подобного. Единственное что я нашел — это видео где некто утюгом паяет smd резисторы. Такая пайка меня не слишком устроила ибо теряется товарный вид платы, она чернеет и выглядит не труъ.
Чтобы плата не чернела нужен контроль температуры и некий теплопроводник, воздух между платой и утюгом не вариант — припой либо не плавится либо чернеет плата. Решил использовать глицерин, он и ещё и как флюс работает. Температуру утюга контролировал термопарой от мультиметра.

Вот что из этого вышло:

Суть метода видна из картинки. Берём утюг, переворачиваем, капаем глицерина, кидаем в него предварительно залуженную плату, позиционируем чип(с предварительно облуженными контактами) включаем утюг, ждем. Припой плавится, чип припаивается. Для верности потыкал его зубочисткой. В общем подход тот-же что и при пайке феном, но без фена.
Во время пайки меня ждал первый фейл: глицерин был аптечный 85% и вода в нём начала кипеть и кидать плату в разные стороны, поэтому следует использовать либо чистый глицерин либо прокипятить аптечный на том-же утюге. В этот же момент можно подбирать нужную температуру поверхности.

PS: В качестве припоя использовал непонятный сплав проданный мне под видом сплава розе, но с температурой плавления порядка 130 градусов. Температура утюга во время пайки была 160-175 градусов.

PPS: кстати, вот такая платка получилась, первый лут, первый qfn…

Комментарии ( 54 )

Изврат еще тот, так скоро прийдем к пайке феном для сушки волос ))). Если у него приподнять немного температуру и заменить насадку.

• JeckDigger
• 22 ноября 2013, 12:38
• ↓

Не согласен. Домашние технологии рулят. Если бы считали извратом все, что не промышленного производства, то не появились бы и ЛУТ и ФР методы, травление в лимонке с перекисью и т.п.
Кому-то может пригодиться. Не все себе сразу ХАККО купить могут. Со временем ТС обживется.

то не появились бы и ЛУТ и ФР методы

я прошу пардону, а чем ФР такой домашний? На заводах по вашему по другому все работает?

Прошу прощения за неточность. Я имел в виду этот метод в том виде, в каком преподнес уважаемый Evsi. Т.е. с использованием ламинатора, черной энергосберегайки, силикатного клея и т.п.

Он же расплавится. У технических фенов конструкция другая, рассчитанная на высокотемпературный поток. Разве что довести до состояния, когда сможет розе плавить — и то не факт, что выдержит.

Ручной монтаж сложных плат на компонентах 0402, 0603, QFN, LQFP и THT

Сегодня речь пойдет о том, как добиться высокого качества монтажа на платах с большим количеством компонентов — до 1500шт (можно и больше при плотном монтаже или при сборке 1-2 плат одновременно — не более). Потребность в таком сложном монтаже обычно возникает при изготовлении первого макета или нескольких образцов, чтобы убедиться в правильности трассировки печатной платы (основных сложных моментов) или же при разовом производстве. После получения такого макета можно начинать отлаживать программное обеспечение и вносить корректировки в плату. Заводская сборка, в этом случае, не совсем подходит из-за ее стоимости, подготовки конструкторской документации, подборки компонентов, сроков, макетирования и многого другого (под катом картинки на 8Мб).

Рис. 1. Готовая печатная плата с компонентами 0402 (обратная сторона).

Итак, начнем с того, что определим, что нам понадобиться. Весь поверхностный монтаж будет производиться феном и паяльной пастой, так как это в разы быстрее и качественнее чем паяльником и припоем в проволоке.

1. Паяльная станция (например, Lukey 852D+ с насадкой 10мм).
2. Тонкий немагнитный пинцет (для установки компонентов).
3. Пинцет с широким захватом (для нанесения паяльной пасты).
4. Флюс (например, Amtech NC-559-ASM, или другой безотмывочный).
5. Паяльная паста (Solder paste W001).
6. Хороший свет и стол.
7. Кисточка/ванночка/спирт для промывки печатной платы.

В процессе станет понятно что есть что, так что тут заострять внимание не будем. Для начала выполним все приготовления и поймем технологию пайки. Для того, чтобы спаять две поверхности, их необходимо сначала залудить, затем прислонить друг к другу, нагреть и после того, как олово полностью расплавится — остудить. Это вкратце. Качественная пайка не имеет вкраплений, раковин, трещин и имеет однородную структуру. Остывание припоя должно происходить в неподвижном состоянии, только в этом случае он застынет правильно.
Паяльную пасту необходимо немного доработать. Для того, чтобы она хорошо накладывалась и растекалась равномерным слоем ее необходимо разбавить с флюсом в пропорции примерно 2:1 (хорошо размешать в однородную массу). В некоторых случаях пропорция может изменяться, например, если все контактные площадки имеют большую площадь, то припой должен быть несколько гуще и наоборот.

Рис. 2. Паяльная паста.

Для того, чтобы пошагово объяснить весь процесс монтажа спаяем часть небольшой платы на которой расположены различные компоненты. Первое, что необходимо сделать (если плата только с производства и чистая) — это нанести на нее припой. Самый простой и быстрый, при определенной сноровке, способ — это нанесение широким пинцетом (или шпателем). Ниже приведены слайды процесса нанесения припоя. За один раз необходимо брать небольшое количество припоя и аккуратно равномерным и тонким слоем наносить его на плату (как лопаткой). Нет необходимости наносить его исключительно на контактные площадки, в процессе прогрева, из-за большого количества флюса, лишнее олово перейдет на контактные площадки либо превратиться в шарики, которые необходимо перенести на контактные площадки вручную (далее будет описано как это делать).

Рис. 3. Процесс нанесения припоя на плату.

Расстановка компонентов. Не все компоненты можно расставлять сразу после нанесения паяльной пасты. Например, элементы в корпусах LQFP с шагом выводов меньше чем 0,8 мм необходимо ставить немного позже — уже после первого прогрева феном, в противном случае, будут короткие замыкания между выводами, которые будет сложно удалить (конечно можно использовать «оплетку», но попробуем обходиться без нее). Итак, в первую очередь установим SMD конденсаторы, резисторы, диоды и т.д, компоненты в QFN корпусах. Для этого нам необходим тонкий немагнитный пинцет. Для быстрого и удобного поиска компонентов я использую поиск в Altium Designer (проект, соответственно сделан там же). Поиск компонентов выполняется слева направо, сверху вниз, выбираем компонент, например, конденсатор 100n, находим их все и устанавливаем на плату.

Рис. 4. Установка компонентов на плату.

Если необходимо собрать несколько плат, то лучше устанавливать компоненты сразу на 2 или 4 платы, так как в этом случае уменьшается вероятности ошибки установки компонентов не на те места, также это значительно уменьшит общее время сборки. Для того, чтобы упростить сборку, компоненты могут быть помещены в кассу, тогда их удобнее доставать и быстро запоминается их местонахождение. После того, как все необходимые компоненты установлены можно приступать к прогреву и непосредственно пайке. Плата должна лежать на ровной поверхности, которая не боится сильного нагрева. В левой руке необходимо держать фен, в правой пинцет. Температура (выставленная на индикаторе) приблизительно 390 град. — это довольно высокая температура, но именно для этой станции такое значение является нормальным (также, если нет специальных ограничений по температуре пайки компонентов). Процесс пайки сводится к прогреву отдельных частей платы (делать это нужно как можно равномернее), на которых стоят компоненты, избегая перегревов и «вспучивания» текстолита. Для плат с маленьким количеством больших полигонов и 4-слоек температуру необходимо уменьшить до 360 град. Во время прогрева необходимо следить за тем, как плавится олово и одновременно пинцетом поправлять компоненты на контактных площадках. Особенно следите за компонентами типоразмера 0402, так как они начинают «плыть» на флюсе и могут перемешаться на плате. В процессе пайки олово скатывается в шарики, а между некоторыми контактными площадками образуются «залипоны» убирается это все с помощью компонента (например, конденсатора), захваченного пинцетом (главное запомнить с какого места взят компонент). Он собирает на себя лишнее олово, которое потом можно перенести на большие контактные площадки. Все это необходимо делать при прогреве платы, пока не высох флюс (его можно нанести отдельно, если что-то не получилось с первого раза). После пайки первой партии компонентов плата выглядит примерно так:

Рис. 5. Первый прогрев.

Я намеренно не стал устанавливать SOIC, чтобы показать как удобнее его паять. Перед установкой компонентов в LQFP и SOIC необходимо нанести тонкий слой флюса на (залуженные!) контактные площадки — это сделает пайку более качественной. Далее устанавливаем оставшиеся компоненты. Замечу, что чем меньше шаг выводов у компонентов, тем точнее их нужно позиционировать. Например, STM32F107 в корпусе LQFP64 во время прогрева будет не поднять пинцетом, так как если он сдвинется хотя бы на половину шага выводов (а это всего 0,25 мм), то олово зальется на соседние контактные площадки. SOIC можно будет приподнять для предварительного прогрева платы, так же это актуально для компонентов в пластиковом корпусе (реле, разъемы, оптопары и т. д.). При втором прогреве уже нет необходимости прогревать всю плату, можно ограничиться теми местами, где установлены необходимые компоненты. После пайки и промывки плата выглядит так:

Рис. 6. Второй прогрев.

Данная плата имеет двухсторонний монтаж. При пайке компонентов с другой стороны нижние (установленные ранее) начнут съезжать. Чтобы этого не происходило, необходимо установить плату на монтажные стойки (закрепить в держателе) или поставить несколько разъемов, чтобы избежать соприкосновения уже припаянных компонентов с поверхностью. Для качественной пайки выводных компонентов, тоже имеется пару ухищрений. Я всегда использую припой с флюсом (например RA-0,5), диаметром, соответственно, 0,5 мм. Чтобы получилось правильное затекание припоя между металлизированным отверстием и выводом компонента необходимо, чтобы во время непосредственно процесса пайки всегда соприкасались четыре предмета: паяльник, контактная площадка, вывод компонента и припой, а делается это так: прислоняем паяльник к выводу так, чтобы он одновременно касался пояска «пада», затем подносим припой и прислоняем его к паяльнику, как можно ближе к выводу компонента и «паду». В результате этого припой будет затекать в разогретое отверстие и образует небольшой «наплыв», после чего необходимо убрать припой, а затем паяльник от вывода и «пада».

Рис. 7. Пайка выводных компонентов.

В следующей статье я расскажу про установку BGA компонентов (BGA84, BGA78, BGA620 и даже BGA1084) с помощью фена. А также плюсы и минусы установки BGA при помощи специализированной инфракрасной паяльной станции.
PS: Если есть какие-либо советы на тему ручного монтажа, с удовольствием выслушаю, также могу подсказать, если что-то осталось неясным.