Lutowanie elementów SMD

Może jesteś przerażony małym rozmiarem elementów SMD, które są powszechnie stosowane we współczesnej elektronice. Niesłusznie! Wbrew pozorom, lutowanie elementów SMD jest zdecydowanie łatwiejsze niż elementów przewlekanych THT. Od kiedy przylutowałem pierwszy element SMD, od razu porzuciłem technologię przewlekaną i we wszystkich moich projektach stosuję SMD. Trzeba iść z duchem czasu i stosować nowoczesne rozwiązania!

Elementy SMD bez wątpienia mają wiele zalet:

• Niska cena
• Małe rozmiary - na tej samej powierzchni można umieścić więcej elementów
• Nie trzeba wiercić otworów, a w skrajnych przypadkach w ogóle nic nie trzeba wiercić
• Podczas lutowania, płytka cały czas leży na tej samej stronie i nie trzeba jej odwracać
• Nie trzeba znać kodu paskowego rezystorów :)

Super! Zobaczmy więc, co będzie potrzebne:

• Lutownica kolbowa - wystarczy nawet za 30zł
• Pęseta - można kupić w aptece
• Cienka cyna - np. o średnicy 0,56mm
• Topnik - kalafonia rozuszczona w nitro (nie używać spirytusu!!! ze spirytu nalewki się robi, a nie topnik!) albo można kupić strzykawkę z topnikiem aktywnym, tzw. flux

I co? To wszystko? Tak! Do lutowania większości elementów SMD nie potrzeba żadnego specjalistycznego sprzętu!

Lutowanie SMD 1206, 0805, MELF, MINIMELF, itp...

W tych obudowach występują rezystory, kondensatory, diody zwykłe i świecące. Takie elementy dostarczane są w papierowych lub plastikowych taśmach, dostosowanych do montażu automatycznego. Taśmy nawinięte są na szpule i zwykle zawierają 5000 sztuk elementów, choć może być nawet 20000 w jednej szpuli. Montuje się je w maszynach montażowych, dzięki czemu proces produkcji można całkowicie zautomatyzować. Rolą człowieka przy produkcji elektroniki jest jedynie zakładanie nowych szpul i kontrola jakości gotowego produktu.

W nazwie obudowy zakodowane są jej rozmiary. Na przykład 1206 oznacza, że długość elementu wynosi 120mils, a szerokość to 60mils. Mils to jednostka naszych przyjaciół z zachodu, którzy są niereformowalni i nigdy nie przestawią się na system metryczny - mils to 1/1000 cala, czyli 0,0254mm. Stosuje się najczęściej obudowy 1206, 0805, 0603, 0402, 0201, 01005. Do montażu ręcznego najlepiej nadają się 1206, ale da się przylutować ręcznie nawet 0402, choć jest to dość uciążliwe. Elementy MELF mają kształt cylindryczny i najczęściej są to diody lub rezystory. Przejdźmy teraz do konkretów!

Przylutujemy diodę w obudowie MELF

W pierwszej kolejności musimy ocynować jedno z pól lutowniczych. Dotykamy je grotem lutownicy i po chwili na pole nakładamy cynę. Powinna się natychmiast rozpuścić i równomiernie oblać całe pole. Wystarczy tylko niewielka warstwa cyny - lepiej, żeby jej było za mało, niż za dużo. Ważny jest czas wykonywania tych czynności. Chodzi o to, aby topnik zgromadzony w cynie nie zdążył odparować. Nakładanie cyny nie powinno zająć więcej niż 5 sekund, optymalny czas to 1-2 sekundy.

Chwytamy element pęsetą za boki i kładziemy go w miejscu lutowania. Ponownie rozgrzewamy ocynowane pole, a następnie wciskamy w nie element. Cyna powinna równomiernie oblać wyprowadzenie elementu. Dobrze jest, kiedy powierzchnia cyny jest wklęsła. Kiedy tworzy się wypukły bąbel, wówczas cyny jest zbyt dużo. Wtedy nadmiar cyny należy zgarnąć grotem lutownicy. Odkładamy lutownicę, cały czas trzymając element, aż spoina ostygnie i stwardnieje. Najważniejsze, by element przykleił się do płytki. Jeżeli spoina wyjdzie kiepsko, nic nie szkodzi. Poprawimy ją później, po przylutowaniu drugiego wyprowadzenia. Czekamy kolejne kilka sekund.

Ostatnim etapem jest lutowanie drugiego doprowadzenia elementu. Tutaj nie ma już nic zaskakującego - dotykamy element i pole lutownicą, następnie do tego wszystkiego dokładamy drut cynowy, który natychmiast się rozpływa i ładnie oblewa pole lutownicze.

Jeżeli pierwszy lut wyszedł kiepski, można go teraz poprawić. Poniższe zdjęcia pokazują, jak lutuje się kondensator w obudowie 1206. Kolejność czynności jest identyczna jak powyżej.

Zwracam uwagę na to, że luty są powinny być wklęsłe, a nie wypukłe.

Lutowanie SMD SO8, SO14, SO28, itp...

W obudowach SO spotkamy większość prostych układów scalonych, takich jak bramki logiczne, rejestry, multipleksery, wzmacniacze operacyjne i komparatory. Mają względnie duży raster wyprowadzeń, równy 50mils. Bez problemu da się je przylutować bez specjalistycznego sprzętu.

Pierwszym krokiem jest ocynowanie pola, znajdującego się w jednym z narożników układu. Dotykamy pole lutownicą, rozgrzewając je, a następnie nakładamy odrobinę cyny.

Chwytamy układ scalony pęsetą i kładziemy go na polach lutowniczych. Podobnie, jak w przypadku 1206, rozgrzewamy ocynowane pole, aby układ przykleił się do płytki. Jeżeli układ się obróci lub przesunie, należy ponownie rozgrzać ocynowane pole i poprawić pozycję scalaka.

Jeżeli nasz układ trzyma się pewnie i jest na właściwym miejscu, lutujemy pozostałe nóżki. Przykładamy do nich lutownicę, rozgrzewamy, a następnie dotykamy je drucikiem cynowym, który powinien natychmiast się rozpuścić.

Jakość lutów może i nie jest najlepsza, ale układ działa prawidłowo. Aby cyna rozpłynęła się ładniej, należy zastosować topnik, o którym napisałem poniżej.

Lutowanie TQFP32, TQFP44, TQFP64...

W zasadzie TQFP też da się przylutować bez topnika, tak samo jak SO, ale chcę tutaj zademonstrować, co daje topnik aktywny. Można go kupić w strzykawkach z napisem FLUX.

W następnym przykładzie przylutujemy układ scalony w obudowie TQFP44.

Zaczynamy od posmarowania wszystkich pól lutowniczych topnikiem. Topnik ma konsystencję gęstego smaru i bardzo się klei. Uważaj, by się nie pobrudzić, bo da się go zmyć tylko rozpuszczalnikiem.

Nie będziemy cynować pola, tak jak w metodach opisanych wyżej. Kładziemy układ scalony od razu na pola i ustawiamy go we właściwej pozycji.

Wcześniej lutowałem grotem typu szpilka. Teraz zademonstruję lutowanie grotem w kształcie noża, który jednocześnie może lutować kilka lub nawet kilkanaście nóżek układu! Można również lutować szerokim płaskim grotem i uzyskać ten sam efekt. 

Nabieramy trochę cyny na grot, a następnie dotykamy dwóch nóżek, znajdujących się w przeciwległych narożnikach układu. Cyna powinna spłynąć z grota na pole i nóżkę. Lutowanie narożników na na celu unieruchomienie układu, by nie poruszył się przy lutowaniu reszty.

Teraz ważne jest, aby na grocie była niewielka ilość cyny. Jeżeli jest jej dużo, wycieramy grot w mokrą gąbkę lub druciak. Dotykamy grotem nóżek po tych stronach, gdzie jeszcze nic nie lutowaliśmy. Przesuwamy grot po wszystkich nóżkach, bez obawy że powstaną zwarcia. To dzięki obecności topnika aktywnego, cyna sama wie czego powinna się przykleić.

Pozostaje teraz przylutowanie nóżek po bokach, gdzie już wcześniej lutowaliśmy skraje piny w narożnikach. Jeżeli gdzieś zrobi się zwarcie, wystarczy wyczyścić grot, a następnie rozprowadzić cynę po sąsiednich nóżkach, lub zgarnąć ją na bok. Może pomóc dodanie więcej topnika.

Na zakończenie, trzeba zmyć topnik aktywny, gdyż po pewnym czasie może on reagować z miedzią na płytce. Służy do tego FLUX REMOVER albo zwykły rozpuszczalnik.

Układ wygląda jakby był przylutowany w piecu rozpływowym! Coś pięknego! Metoda lutowania nożem nadaje się również do układów z dużo mniejszym rastrem wyprowadzeń. Bez najmniejszego problemu da się przylutować układy VQFP100 i nawet większe!

Poniżej scalak QFN z rastrem 0,5mm ręcznie lutowany nożem do ręcznie trawionej płytki. Kto jeszcze mówi, że tego nie da się polutować w domu?