Как паять SMD-компоненты?

В современной радиоэлектронике широко применяется вид сборки, который называется «поверхностный монтаж». Радиодетали устанавливаются простой укладкой поверх контактов на монтажную плату. При этом можно использовать плату, изготовленную «печатным способом» даже без сверления дополнительных отверстий.

Такие детали называются «SMD-компоненты». У них нет выводов в виде проволочек. Вместо этого по торцам радиодеталей есть маленькие контактные площадки. При монтаже детали быстро и просто раскладываются в нужных местах, после чего закрепляются отдельными точечными пайками.

Такая конструкция приводит к тому, что технология пайки значительно отличается от пайки проводов обычным паяльником. Работа производится быстро, изделие выглядит аккуратно. Но для работы могут потребоваться особые инструменты и материалы.

Для монтажа компонентов SMD применяют обычные паяльники, паяльные станции, паяльные фены. Существуют также специализированные печи, термопинцеты и станции бесконтактного нагрева. Такое оборудование требует особых навыков работы, а сами детали для поверхностного монтажа — аккуратного обращения и не допускают перегрева.

Паяльные припои и флюсы также приходится применять особые. Припой продаётся не в виде прутков, а выглядит как тонкая проволочка. Часто он содержит в сердцевине готовый флюс. Это очень облегчает пайку и позволяет выполнять соединение самых маленьких деталей быстро и аккуратно. Такая разновидность паяльного материала, как «паяльная паста», применяется для сложной пайки не паяльником, а термофеном или бесконтактной ИК-станцией.

В качестве элементов для поверхностного монтажа сейчас выпускают все разновидности радиодеталей. Особый интерес для домашнего мастера представляет сборка самодельного светильника из отдельных светодиодов и простейшей схемы управления. Это позволяет делать светильники любой необходимой мощности, а главное — нужных размеров.

Без надлежащего охлаждения светодиоды быстро выйдут из строя. Хорошо рассеивая тепло, радиатор также отводит жар от жала паяльника, что затрудняет пайку выводов.

Чтобы качественно паять светодиоды, приходится применять дополнительный нагрев радиатора почти до точки плавления припоя. Хорошо помогает использование тонкодисперсной паяльной пасты. Паять нужно как можно более мощным паяльником быстрыми и уверенными движениями.

Существует практика, при которой SMD-светодиоды паяют очень легкоплавкими припоями. Например, сплав Розе плавится при температуре около 100°С. К сожалению, такие припои отличаются плохой механической прочностью. При работе светильники сильно нагреваются, и паяное соединение может расплавиться. Лучше всего использовать классический припой ПОС-60.

Для пайки светодиодов приходится также использовать устройство нижнего подогрева. При этом радиатор оказывается нагрет почти до нужной температуры, и монтаж светодиодов получается быстрым и качественным. В простейшем случае для нижнего подогрева используют электроплитку или даже старый утюг.

Температура нижнего подогрева обычно устанавливается такой, чтобы флюс начал активно смачивать контакты деталей, но припой ещё не начинал плавиться.

Особой конструкцией отличаются станции бесконтактного нагрева. Монтажная плата не контактирует с нагревателем, тепло к месту пайки доставляется ИК-излучением. Обычно используют ИК-станции нижнего нагрева. Они позволяют равномерно подогреть плату до нужной температуры.

При использовании ИК-нагревателя не всегда допустимо подвергать нагреву всю плату целиком. Рядом с намеченной точкой пайки могут оказаться легкоплавкие детали. Нечаянный перегрев приведёт к тому, что отпаяются мелкие детали. Нагрев ИК-излучением ограничивают с помощью отражательных и изолирующих экранов.

В специализированных мастерских для защиты используют термостойкий скотч на алюминиевой основе. Полосками скотча нужной ширины обклеивают всю плату, оставляя лишь «окошки», в которых будет проводиться локальный нагрев деталей. Но если такого скотча нет, можно использовать обычную бытовую алюминиевую фольгу.

Приходится применять паяльную пасту, термофен и станции бесконтактного нагрева ИК-излучением. Если есть паяльная печь, способная обеспечить постепенный нагрев и точную выдержку при нужной температуре, получится собрать радиосхему вполне промышленного вида и качества.

В большинстве случаев для пайки SMD-компонентов можно с успехом использовать обычный контактный паяльник с тонким жалом. Если контактные площадки хорошо очищены и применяется качественный флюс, при монтаже достаточно нанести крошечные точки припоя прямо на торцы выводов деталей SMD.

Детали расставляют по поверхности монтажной платы, используя радиомонтажный пинцет с немагнитными губками. У хорошего мастера всегда под рукой несколько пинцетов с губками разной формы. Также существуют вакуумные пинцеты с крошечной присоской на торце ручки.

Чтобы пайка получилась качественной, желательно применять оловянно-свинцовый припой с умеренной температурой плавления (245°С). Для очистки и защиты точек контакта надо использовать паяльный флюс-гель. Такие составы обеспечивают качественное соединение и почти не оставляют следов.

Распространён способ массового монтажа SMD-компонентов, при котором для нагрева всей платы целиком используют паяльную печь. Такой прибор можно сделать самому из небольшой кухонной печи.

Вместо припоя в виде тонких проволочек очень удобно использовать паяльную пасту. Такой состав выглядит как густая замазка с металлическим блеском. В ней уже смешаны мельчайшие шарики припоя и качественный флюс. Достаточно нанести пасту на точки пайки и равномерно прогреть детали в печи, паяльником или паяльным феном. Сегодня в магазинах есть широкий выбор хороших паяльных паст.

При пайке радиодеталей вполне возможны ошибки. Демонтировать SMD-детали паяльником очень неудобно. В таком случае применяют термопинцет, который зажимает деталь фактически между двух одинаковых паяльников и снимает за одно движение.

Очень удобен демонтаж SMD-компонентов с помощью термофена. При работе с феном главное – не допустить перегрева соседних деталей, которые смонтированы верно. Надо регулировать толщину раскалённой струи воздуха с помощью насадок подходящих диаметров и регулятора скорости потока.

Собирая своими руками светильник из SMD-светодиодов, обычно устанавливают детали на алюминиевый радиатор. Непосредственно паять детали к такому основанию невозможно, да и нельзя во избежание короткого замыкания. В таком случае SMD-компоненты устанавливают на промежуточную изолирующую прокладку. Обычно используют тонкий слой специального термопроводного клея.

После такого монтажа приходится соединять светодиоды между собой отдельными изолированными проводниками. Пайка затрудняется тем, что диоды, которые уже смонтированы на радиатор, хорошо охлаждаются. Чтобы правильно спаять детали в таких условиях, нужно использовать мощный паяльник и проводить соединение быстрыми, уверенными движениями.

Это позволяет нагреть монтажную плату почти до точки плавления припоя, что облегчает дальнейший монтаж.

Температуру нижнего подогрева нужно выбирать так, чтобы припой почти начинал плавиться, но оставался твёрдым. При такой работе лучше спаивать светодиоды, резисторы и прочие детали не прутковым припоем, а с помощью паяльной пасты. Сами детали, смонтированные на островках пасты, нагревают паяльным феном. При этом можно обойтись не слишком горячим воздухом. Лучше всего паять легкоплавкой пастой при 245 градусах.

При необходимости монтажа SMD-конденсаторов учтите, что они боятся перегрева. Сперва надо провести расстановку и пайку резисторов, проводников и светодиодов. Конденсаторы расставляются в последнюю очередь.

При сборке самодельного светильника удобно использовать готовую светодиодную ленту. Это SMD-компонент в виде длинной полосы гибкого изоляционного материала. SMD-светодиоды уже приклеены к ленте и соединены проводниками.

Светодиодную ленту надо приклеить теплопроводным клеем к металлическому радиатору. Это может быть любой подходящий алюминиевый профиль — например, который продаётся в мебельных магазинах.

Светодиоды в ленте уже соединены, мастеру после приклейки ленты остаётся только подключить её к специализированному «драйверу светодиодов». Обычный блок питания для бытовой техники не подходит. Драйвер не выдаёт фиксированного напряжения — вместо этого электронной схемой фиксируется величина тока. Кроме того, драйверы могут содержать схему, которая подстраивает величину тока в зависимости от температуры.

Чаще всего при пайке SMD-компонентов мастера ошибаются, неправильно выбирая температуру паяльника. Слишком горячий инструмент может легко повредить деликатные радиодетали. Слишком холодный также приводит к перегреву, потому что пайка выполняется чрезмерно долго.

Самое главное – правильно выбрать для пайки марку припоя и флюса. Несмотря на то, что в промышленности используются бессвинцовые припои, в домашних условиях следует предпочесть простой оловянно-свинцовый (например, марки ПОС-60).

Выбирая флюс, учтите, что после пайки на изделии не должно оставаться даже следов активного флюса. Если чистка изделия невозможна или затруднена, лучше применить пассивный флюс. В обычных условиях сосновая канифоль не требует тщательной очистки.

Как и при любых видах паяльных работ, соблюдайте технику безопасности. Температура спаиваемых деталей может достигать 300°С. Тяжёлые ожоги могут причинить также разлетающиеся капельки припоя или флюса. Устройство нижнего подогрева часто производит бесконтактный нагрев ИК-излучением. Такой прибор может обжечь мастера на расстоянии десятков сантиметров.

Особую осторожность надо соблюдать при работе с паяльным феном. Поток раскалённого воздуха невидим, легко нечаянно направить его на руки или легкоплавкие предметы. Выпуская из рук фен, укладывайте его строго на специальную подставку.

Обязательно работайте с хорошей вентиляцией или под вытяжкой. Помните, что пары свинца и олова ядовиты и постепенно накапливаются в организме. Испарения паяльного флюса и дым от разрушенной изоляции являются канцерогенами.

Как паять SMD-компоненты, смотрите далее.