3. februar, 2011

SMD spajkanje v reflow pečici

Slike Spajkanje smd 1 - SMD spajkanje v reflow pečiciSMD spajkanje v reflow (pretaljevalni) pečici ni mačji kašelj. Za začetek se moramo odločiti, katero pečico uporabiti. Odločitev bo temeljila na velikosti tiskanega vezja, ki ga bomo še lahko spajkali v naši pečici. Večje vezje zahteva zmogljivejšo (in dražjo) pečico. Na spletu lahko najdemo veliko različnih nasvetov, kako sami naredimo reflow pečico.

Slike niSlike niPovezav na spletu na temo “naredi sam reflow pečico” je veliko. Tudi v Sloveniji so se posamezniki lotili izdelati reflow pečice. Povezava se nahaja tukaj.

Seveda se z domačo gradnjo marsikaj prihrani, saj profesionalna reflow pečica ni ravno poceni. Lahko kupite reflow pečico na Kitajskem za približno 300 USD, vendar v primeru problemov, nedelovanja in podobnih nevšečnosti pozabite na kakršno koli komunikacijo s prodajalcem.

V uredništvu revije Svet elektronike si kaj takega ne moremo privoščiti, zato smo kupili reflow pečico in pripadajočo opremo (tiskalnik in polagalnik) v podjetju LPKF.

Pričetek

Slike niPrvi korak pri “peki” tiskanega vezja se prične z načrtovanjem TIV, kjer poskrbimo, da je na TIV-u čim več SMD elementov primerne velikosti. Z velikostjo 0804 ali 0603 se še da delati z rokami. Za vse manjše elemente je potrebno imeti res mirno roko, dober mikroskop ali napravo, ki pomaga polagati SMD elemente na tiskano vezje. Ena takšnih naprav bi lahko bila ProtoPlace naprava, polavtomatska polagalna naprava. Avtomatskih naprav je kar nekaj na voljo, vendar se njihove cene hitro dvignejo preko 5.000 € in več. Seveda je avtomatske Pick & Place naprave potrebno tudi sprogramirati, da bo naprava natančno polagala elemente na tiskano vezje. Naprava sama kot takšna ne naredi nič brez ustreznih programov, ki jih napiše ustrezno tehnično podkovan operater na Pick & Place napravi.

Gerber, gerber…

Slike niSlike niSlike niKo načrtujemo tiskano vezje je potrebno narediti tudi nekaj osnovnih Gerber dokumentov, ki bodo izdelovalcu tiskanega vezja omogočili, da ga bo naredil tako, kot je potrebno. Namreč marsikateri načrtovalec pozabi na “Solder mask” – to je maska (običajno zeleni lak), ki jo nanesejo pri izdelavi tiskanega vezja. Ta maska preprečuje kratke stike med vezicami na tiskanem vezju pri avtomatskem, polavtomatskem in tudi ročnem spajkanju. Kako pripraviti ustrezne Gerber datoteke in nastavitve, si preberite v tem članku.

Nadalje je pri načrtovanju tiskanega vezja potrebno narediti “Solder paste” Gerber datoteko. Ta maska je predvidena za izdelavo šablone za “SMD tiskalnik”. Šablona je običajno narejena iz tanke jeklene pločevine, v kateri s pomočjo laserske naprave napravijo ustrezne luknje na prostorih, kjer so predvideni priključki SMD komponent. Cena takšne šablone znaša med 70 do 100 €. To šablono vpnemo v poseben “SMD tiskalnik”, ki je podoben kot tiskarski sitotisk s to razliko, da ima naš SMD tiskalnik namesto sita vpeto jekleno šablono. Šablono lahko izfrezamo tudi iz ustrezne folije. Takšna šablona je bistveno cenejša, vendar pa ni tako natančno izluknjana, kot tista narejena na laserski napravi.

Slike niSlike niŠablono torej vpnemo v tiskalnik, jo ustrezno poravnamo tako, da se luknje v šabloni ujemajo s padi na tiskanem vezju. Nato z rakljem nanesemo plast spajkalne paste in šablono dvignemo s tiskanega vezja. Zdaj je na tiskanem vezju nanesena tanka plast spajkalne paste, na katero položimo SMD komponente.

Spajkalna pasta

Slike niIzbor spajkalne paste je odvisen od več faktorjev. Eden glavnih, ki smo ga v uredništvu videli je prav gotovo finost spajkalne paste. Vsaka spajkalna pasta je sestavljena iz večjih ali manjših kroglic spajke. Če so kroglice spajke prevelike, ne bodo dobro prehajale preko šablone in tako pasta ne bo dobro nanešena na tiskano vezje. Pri izboru spajkalne paste pazimo tudi na to, da ima ustrezen temperaturni profil in da ustreza RoHS direktivi.

Polaganje SMD komponent

Po naših izkušnjah je za majhna tiskana vezja, ki nimajo zahtevnih (BGA ali QFN) komponent, najhitreje položiti komponente na roko. V kolikor so komponente manjše od 0804 (oziroma so tudi naše oči že šibke) priporočamo uporabo mikroskopa in pripomočka, s katerim lažje polagamo komponente. V uredništvu revije uporabljamo LPKF opremo ProtoPlace E, ki vsebuje ustrezno vodilo, na katero naslonimo roko kot tudi majhno vakuumsko črpalko, s katero “prijemamo” SMD komponente. Komponente polagamo na tiskano vezje na predvidena mesta. Pri tem naj opozorimo, da ni priporočljivo že položene komponente premikati in popravljati njihov položaj. V kolikor položena komponenta ne odstopa preveč od svojega položaja, jo pustite položeno. Komponenta se bo pri postopku spajkanja poravnala zaradi kohezijskih sil tekoče spajke. Nekaj o tem si lahko preberete tudi v tem članku.

Ko so komponente položene na tiskano vezje, le-to skrbno prenesemo v predogreto reflow pečico. V kolikor nam bo tiskano vezje padlo iz rok, bo neuporabno. Pečica naj bo predogreta zato, da dosežemo lepše in zanesljivejše spajkanje komponent.

Tako, tiskano vezje je opremljeno in komponente so po nekaj minutah spajkanja v pečici prispajkane tako, kot morajo biti.

 

AX elektronika