Horkovzdušné pájení SMD v domácích podmínkách
Pájení v současné SMD technologii není už ničím jednoduchým. Většina z nás používá mikropáječky s tenkými hroty. Nicméně u stále se zmenšujících součástek a zvětšující se hustotě osazení už často není možné se s hrotem dostat k vývodům, a těm, které již opustila "pevná ruka", je tato technologie více-méně zapovězena. Ovšem u velikosti pouzder 0402 a 0201 je to už nemožné pro kohokoliv. Doma sice z těchto dvou velikostí určitě nic konstruovat nebudeme, ale občas se s těmito "nanosoučástkami" setkáme v opravovaných zařízeních [běžně v mobilech, a ručních TRX]. Obecně je ale v technologii SMD výhodnější a přístupnější používat technologii pájení horkým vzduchem [reflow]. Není to tak dávno, co ceny horkovzdušných páječek byly pro amatéra naprosto nedostupné, ale dnes již na trhu nalezneme nožství těchto zařízení pro amatérské použití v cenách od cca 1500,-Kč. Samozřejmě nedosahují komfortu obsluhy profesionálních zařízení, ale pro občasné použití naprosto vyhovují.
Jelikož neustále mluvím o SMD, přiblížím zde těm méně znalým nejběžnější rozměry pouzder:
- SMD- SMC: 7.94x5.84mm
- SMD- SMB: 5.44x3.56mm
- SMD- SMA: 5.21x2.60mm
- SMD- 4020: 10x5.0mm
- SMD- 2220: 5.6x5.0mm
- SMD- 2522: 6.25x5.6mm
- SMD- 1812: 4.6x3.2mm
- SMD- 1206: 3.2x1.6mm
- SMD- 0805: 2.0x1.25mm
- SMD- 0603: 1.6x0.8mm
- SMD- 0402: 1.0x0.5mm
- SMD- 0201: 0.5x0.25mm
- SMD- MELF: l=5mm, ø2.54mm
- SMD- MELF mini: l=3.55mm, ø1.6mm
- SMD- MELF micro: l=2.0, ø1.2mm
- SMD- SOD87: l=3.5, ø2.0mm
- SMD- SOT23: 2.9x1.3mm
- SMD- SOT89: 4.6x2.6mm
Jak vidíte, u některých velikostí pouzder už spadá klasické pájení do oblasti Sci-Fi. Z osobní zkušenosti ale mohu říci, že
ještě obstojně se dá pájet hrotovou páječkou tak do rozměru 1206, u menších už je to otročina. Zde už opravdu jedině horým
vzduchem.
Horkovzdušné páječky [vyfoukávačky]
Horkovzdušná páječka je zařízení vybavené většinou membránovým kompresorem [u lepších a dražších zařízení turbínou],
který je hadičkou spojen s pájecím perem, v němž je topné těleso a výměnné trysky různých průměrů a tvarů pro různé
typy součástek, od běžných pouzder až po BGA. Topné těleso ohřívá vzduch proudící hadičkou z kompresoru či turbíny na
nastavenou taplotu, a tryskou proudí na součástku, či její vývody.
Ty nejlevnější páječky mají dvoumembránový kompresor, většinou nemají displeje zobrazující teplotu, či proud vzduchu,
a poskytují teploty do 500°C a proud vzduchu do 25l/min. Teplota na výstupu trysky bývá většinou nižší, než nastavená,
a mění se podle nastaveného proudu vzduchu. Na běžné amatérské práce ale bohatě stačí. Lepší páječky bývají opatřené
displejem indikujícím nastavenou a aktuální teplotu, případně mechanickým indikátorem proudu vzduchu [svislá průhledná
trubička s indikační kuličkou], až po procesorové profi s hlídáním a udržováním teploty na výstupu nezávislé na proudu vzduchu,
a všemi hodnotami zobrazovanými na LCD.
Výhodnější [hlavně pro bezolovnaté pájky] jsou o něco dražší páječky, které již mají místo kompresoru turbínu [poskytuje
plynulý proud vzduchu bez pulzování], stabilizaci teploty s vyloučením vlivu změny podle proudu vzduchu, a indikaci aktuální
teploty na výstupu. Některé modely bývají navíc vybavené vakuovou pipetou pro přenos SMD součástek, případně i klasickou
mikropáječkou. Ceny jsou ale už vyšší, a dle výrobce jdou až do statisíců! I v tomto provedení ale lze sehnat zařízení levné,
kolem 3.500-4.500,-Kč. Pro bezolovnaté pájení jsou vhodnější tyto páječky proto, že tyto pájky mají užší teplotní rozsah, nad
kterým už dochází k výraznému zrychlení oxidace pájecí slitiny a tím ke zhoršení elektrických i mechanických vlastností spoje.
Při výběru levných horkovzdušných páječek je také vhodné se zaměřit na dostupnost náhradních dílů a trysek. Na všechny typy
prodávané v níže uvedených odkazech jsou náhradní díly dostupné. Jde především o kompresory, membrány topná tělesa, rukojeti,
keramické těleso, atd. Také nespornou výhodou těchto levných pájecích stanic jsou nízké ceny trysek, které se pohybují mezi cca
150-500,-Kč. Pokud byste si pořídili nějakou profi stanici, počítejte s cenami dalších trysek cca 1.000-3.000,-Kč za kus. Takže v takovém
případě je docela dobře možné, že za nejlevnější profi pájecí stanici [česká BG] dáte 12.000,-Kč, a za potřebné trysky různých
tvarů dalších 20.000,-Kč. Takže tudy cesta pro nás amatéry nevede, a budeme nejspíše vybírat mezi levnými amatérskými zařízeními.
Orientovat se můžete v odkazech níže. Osobně mohu doporučit pro začátky, ale i častější domácí práce sice velmi levnou, ale dobře
vybavenou pájecí stanici CT-852K, která je již řízena procesorem, hlídá teplotu na výstupu a automaticky ji reguluje podle
nastavení proudu vzduchu, na displeji zobrazuje nastavenou a aktuální teplotu. Tato stanice je v nabídce Hadexu za 1500,-Kč včetně DPH-
viz odkaz níže.
Odkazy na prodejce levných horkovzdušných páječek:
Pájecí slitiny
Díky RoHS máme dnes na trhu množství pájecích slitin, o nichž málo-kdo vůbec něco ví. Především je nutné si říci, že
pro pájením horkým vzduchem budeme používat zásadně pájku ve formě pasty, a ne známé trubičkové provedení. Pasta se jednoduše
pomocí injekční stříkačky nanese na plošný spoj na jednotlivé pájecí plošky, do ní se zamáčkne součástka, a horkým vzduchem
přetaví [odtud pochází název technologie- reflow]. Díky velmi dobré vzlínavosti ohřátých past a v nich obsažených tavidel tato
zateče pod součástku a síly vznikající vzlínáním součástku "usadí" na pájecí plošky.
V amatérských podmínkách je doposud nejpoužívanější slitinou olovnatá pájka SnPb. Tato má v pastách teplotu tavení cca 183°C.
Současný trend RoHS ale u továrních výrobků nařizuje bezolovnaté pájení, a proto při opravách těchto zařízení je vhodné
použít bezolovnaté pasty. Těch je ale mnoho, a tak se podívejme podrobněji, jak je to s teplotami tavení a vzájemnou kompatibilitou.
Základním kovem je ve všech slitinách Cín (Sn)
Doplnující kovy:
- Stříbro (Ag) : Snížení bodu tavení, lepší smáčení, zlepšení pevnosti spoje
- Bizmut (Bi) : Snížení bodu tavení, lepší smáčení
- Měď (Cu) : Zlepšení pevnosti spoje
- Zinek (Zn) : Nízká teplota tání, nízká cena
- Antimon (Sb) : Zlepšení pevnosti spoje, snížení povrchového napetí pro zlepšení rozlévání a prevenci nadzvedání součástek (tombstoning)
- Indium (In) : Snížení bodu tavení
- Nikl (Ni) : Prevence odsmáčení
- Germanium (Ge) : Prevence oxidace
Pořád platí, že základním kovem i bezolovnaté pájecí slitiny je vždy cín (Sn) vzhledem k jeho nezávadnosti, metalickým vlastnostem, světovým zásobám, a v neposlední řadě i ceně. Prvky, které se kombinují s cínem, přičemž hlavním cílem je dosažení bodu tavení konvenční pájecí slitiny SnPb 183°C, budou stříbro (Ag), měď (Cu), zinek (Zn), bizmut (Bi), antimon (Sb), a pod. Protože pomocí kombinace pouze dvou kovů nemůžeme dosáhnout požadovaných vlastností, jsou nutné kombinace 3, nebo 4 kovů. Nejspolehlivější vlastnosti mají slitiny na bázi SnAg, ke ketrým se ještě přidává Bismuth (Bi), který pomáhá snižovat bod tavení celé slitiny. U nás dostupná pájecí pasta SnAgBi prodávaná pod označením "Pájecí pasta s obsahem stříbra" a výrobním označením "Multi-weld" má teplotu tavení 140°C, vynikající mechanické i elektrické vlastnosti a je vhodná k použití v elektronice a šperkařství.
Teploty tavení past
| pájecí pasta | teplota tavení cca |
|---|---|
| SnPb | 183°C |
| SnAg | 140-221°C |
| SnCu | 227-229°C |
| SnAgCu | 217-218°C |
| SnAgCuBi | 214-220°C |
| SnZiBi | 193-199°C |
| SnAgCuSb | 217-218°C |
Kompatibilita pájecích slitin, povrchové úpravy vývodu součástky/použité pájky
| povrchová úprava vývodu součástky | ||||
|---|---|---|---|---|
| slitina | SnAg | NiAu | SnZn | SbPb |
| SnAg | ano | ano | ne | horší |
| SnCu | horší | ano | ne | horší |
| SnAgCu | ano | ano | ne | horší |
| SnAgCuBi | ano | ano-horší | ne | horší |
| SnZnBi | ano-horší | horší | horší | ne |
| SnAgCuSb | ano | ano | ne | horší |
Odkazy na prodejce s pájecími pastami:
Rady pro první pokusy s hot air páječkami
- Po rozbalení horkovzdušné páječky vybavené kompresorem musíte nejdřív před uvedením do provozu vyšroubovat na spodní straně šrouby, blokující pružně uložený kompresor proti pohybu. Většinou jsou označené červeně! [nejsou u všech]
- Vyvarujte se jakýhkoliv nárazů, či pádů pájecí ručky !!! Nástavec, na který se nasazují trysky, je vyplněn keramickou trubicí. Pokud tato po nárazu popraská, bude se kovový pástavec na trysky přehřívat a vytaví se z platové rukojeti.
- Pořídíte-li si levnou páječku, dejte si tu práci, vezměte teplotní čidlo k multimetru, a změřte si teploty ve vzdálenosti cca 1cm od trysky při různých nastaveních teploty a proudu vzduchu. Udělejte si podle naměřených hodnot tabulku.
- U každé použité pájecí pasty si zjistěte teplotu tavení, a podle vaší tabulky si nastavujte hodnoty na páječce.
- Pozor dávejte při výběru pájecích past!!! Prodejci většinou označují názvem "Pájecí pasta" i jen pouhá tavidla. Jedná se většinou o pasty na bázi kalafuny, aktivátorů a rozpouštědla, a neobsahují pájecí kovy. Pastovou pájku poznáte podle většinou šedé barvy, pasty-tavidla jsou většinou čiré-nažloutlé, či bílé.
- Pájecí pastu naneste injekční stříkačkou se zkrácenou a zabroušenou jehlou co největšího průměru na pájecí plošky na DPS, a pak do ní zatlačte součástky. Pasty jsou dostatečně lepivé, součástky udrží. Injekční stříkačky používejte s co nejmenším průměrem pístu- k vytlačení pasty je třeba u velkých pístů značné síly. Dobré jsou "inzulinky". Některé pasty výrobce dodává už ve stříkačkách.
- U pájecích past si důkladně přečtěte manuál- hlavně údaj o životnosti pasty. Většinou je nutné přechovávání v chladničce, a po prvním použití je doba použitelnosti omezená [max. cca 6 měsíců u past SnPb, u bezolovnatých méně]. Poté sice pasty fungují stejně, ale už tuhnou [vysychají] a nejdou vytlačit ze stříkačky a nelepí. Je ale možné je pak rozmíchat s troškou isopropylalkoholu, aby se obnovila jejich pastovitost. [nemám vyzkoušené, doporučuji nejdřív vyzkoušet na malém množství pasty]
- Proud vzduchu nenastavujte příliš silný, aby vám pájená součástka neodplavala v tavící se pastě. U trysek s jednou trubičkou nastavujte ovladač vzduchu nejvíce do poloviny, čím tenčí tryska, tím méně. Silnější proud vzduchu používejte na kombinované trysky na IO.
- Na osazování SMD součástek si pořiďte vakuovou pipetu. Pokud budete pracovat s klasickou pinzetou, zmizí ve vašem koberci, či v bordelu na podlaze v dílně beze stopy více SMD součástek, než psychicky unesete. Elektrickou vakuovou pipetu si můžete i vyrobit doma s náklady cca 10% továrního výrobku- viz návod níže.
- Při ohřívání malých součástek se snažte ohřívat obě strany souměrně. Při nesouměrném ohřívání se součástka vlivem sil způsobených vzlínáním tavící pasty doslova postaví. Zpočátku doporučuji součástku během tavení přitlačit dlouhou jehlou aby k tomuto jevu nedošlo.
- Součástky nemusíte na DPS po zatlačení do pasty rovnat, během tavení pasty se samy srovnají doprostřed plošek [známý samostředící efekt].
- Pero páječky vždy odkládejte do držáku na tělese páječky!!! Horký vzduch z trysky rád zapaluje vše hořlavé kolem trysky, a velice snadno zničí hadičku od tělesa k peru, případně přívodní napájecí kabel do sítě. Manželce nezapomeňte vysvětlit, že přestože to tak vypadá, naní to kulma. Vlasy také dobře hoří :-)))
Návod na vakuovou pipetu na osazování SMD
Jak už jsem psal, vakuová pipeta je výbornou pomůckou pro osazování SMD. Vyrábí se elektrické vakuové pipety, ovšem za ceny převyšující 1.000,-Kč. Doma ale lze vyrobit stejnou, za cenu podstatně nižší.
Základem je levný vzduchovací membránový kompresorek pro akvária. Ten ovšem vduch fouká, ale my potřebujeme, aby vzduch nasával. Úprava je velmi jednoduchá. Po rozebrání nalezneme uvnitř elektromagnetický kmitací systém, napojený mechanicky na membránu, nasazenou na plastové těleso sací a výfukové komory. Sací komora nasává vzduch otvory v komoře a vyfukuje trubičkou ven. Trubičku vedoucí z výfukové komory uřízneme a necháme tak. Na opačné straně tělesa do sací komory vyvrtáme otvor a osadíme stejnou trubičku. Původní nasávací otvory zalepíme tak, abychom sací komoru utěsnili a aby mohla nasávat pouze trubičkou, Těleso a trn s magnetem otočíme a vsadíme do zařízení opačně tak, aby nasávací trubička byla na původním místě výfukové trubičky. Vše smontujeme a ze vzduchovacího kompresorku máme vývěvu pro vakuovou pipetu. Celkově mi úprava trvala asi 15 minut. Při úpravě dávejte pozor, abyste nepoškodili ventily v nasávací a výfukové komoře. V mém zařízení byly tvořené gumovými jazýčky.
Samotnou pipetu jsem vytvořil ze staré kovové mikrobaterky, do které jsem zapájel tenkou mosaznou trubičku 2/1.2mm, v polovině zahnutou. K této trubičce se přisávají přenášené součástky. Konec fixy jsem opět opatřil plastovou trubičkou vhodnou na nasazení modelářské silikonové palivové hadičky. Touto je
pipeta spojena s vývěvou. Je vhodné použít právě silikonovou hadičku, protože ta se na rozdíl od plastových hadiček nekroutí a nedeformuje. Ve spodní části jsem těleso provrtal vrtákem 3.5mm. Pokud přiložíme k součástce konec zabroušené trubičky a prstem ucpeme vyvrtaný otvor v tělese pipety, součástka se přisaje k trubičce. Po přemístění součástky na DPS a zatlačení do pájecí pasty stačí uvolnit prst z otvoru a pipeta součástku pustí.
Fotografie
| 
| 
| |
|---|