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
Qfn корпус как паять
Сервісний центр працює в обмеженому режимі.
Замовлення на ремонт приймаються в першу чергу від представників ЗСУ, ДСНС, територіальної оборони та волонтерських організацій, без оплати за виконані роботи.
Всім іншим нашим клієнтам, по можливості, також надаємо послуги з ремонту при попередній домовленості по робочим телефонам. 50% оплати за виконану роботу буде перераховано на потреби держави з підтвердженням перерахування на відповідний державний рахунок.
Всі подробиці стосовно роботи сервісу можна отримати за телефонами вказаними на нашому сайті або звернувшись до нас на email:
info@service-core.com.ua
Важлива інформація
Шановні клієнти. Доводимо до Вашої уваги інформацію:
У зв’язку з карантином, в період (20 березня до 30 квітня) сервісний центр працює в неповному складі та в обмеженому режимі.
Прийом та видача техніки проводиться тільки через поштову службу «Нова Пошта».
Відправка техніки, телефонні дзвінки, месенджери і листи можуть бути оброблені з запізненням.
Сподіваємося на Ваше розуміння.
Додатокова інформація:
Починаючи з 01.02.2021 відбулися зміни в роботі сервісу. Просимо звернути на це увагу.
Пайка компонентов в корпусах QFN методы борьбы с пустотами
Разработчики электронных устройств все чаще применяют в своих изделиях микросхемы в корпусе QFN, которые имеют широкие функциональные возможности при минимальных размерах. Эти компоненты монтируются по технологии поверхностного монтажа, при этом необходимо избегать появления пустот в толще паяного соединения центральной контактной площадки микросхемы. Единственный метод, позволяющий минимизировать появление пустот – пайка в вакуумной камере.
Печь оплавления SMT Quattro Peak S с вакуумным модулем Vacuum-Plus-Module
Печь оплавления SMT Quattro Peak S с вакуум- ным модулем Vacuum-Plus-Module
Микросхема в корпусе QFN имеет выводы, расположенные по периметру корпуса и заходящие под него, и находящуюся в центре корпуса большую контактную площадку, которая отводит тепло от кристалла и снижает индуктивность и сопротивление паяного соединения. Широкое распространение корпуса QFN получили из-за малых размеров (в том числе и толщины корпуса), веса,хороших тепловых и электрических характеристик, очень высокой эффективности и выгодной цены. Однако все эти преимущества может свести на нет одна важная проблема – образование пустот в паяном соединении под микросхемой.
Приложение 1. Результаты применения разных типов паяльных паст:
Приложение 1. Результаты применения разных типов паяльных паст
(а) рентгенограммы соединений, полученных без вакуумной пайки
(б)с применением вакуумной пайки
К сожалению, особенности корпуса QFN – его малые размеры и вес в сочетании с гладкой нижней стороной – способствуют возникновению браков пайки – сдвига, перекоса корпуса, перемычек и коротких замыканий, плохого контакта и непропая. Все эти виды брака хорошо известны, и способы борьбы с ними с успехом применяются на современных электронных производствах. Но особое внимание нужно уделять наиболее сложному для диагностики и опасному виду брака – образованию пустот в паяных соединениях. Если небольшое количество пустот возникает в соединениях боковых выводов микросхем, это незначительно влияет на качество, функциональность и надежность изделия. Однако появление пустот в соединении большой центральной контактной пло- щадки, которая, как правило, является теплоотводом кристалла, гораздо опасней. Эти пустоты могут возникнуть из-за того, что большое количество паяльной пасты ограничивает испарение летучих соединений флюса во время процесса оплавления. Большее количество пустот снижает площадь контактной области, увеличивая внутреннее сопротивление и ухудшая тепловые характеристики микросхемы. Как следствие, из-за постоянного перегрева компонента падает производительность и уменьшается срок его жизни, что в итоге приводит в преждевременному выходу изделия из строя.
Способы решения
В современной практике применяются несколько способов разрешения этой проблемы:
- применение разных типов паяльных паст (Приложение 1). Тип паяльной пасты в небольших пределах влияет на количество пустот;
- применение трафаретов с различными формами апертур (Приложение 2) От формы отпечатков пасты также зависит количество и размер пустот;
- пайка в атмосфере азота (Приложение 3);
- пайка в разреженной среде (Приложение 4).
- Значительное уменьшение количества пустот в толще соединения происходит при разрежении 300 мбар;
- применение различных температурных профилей пайки. Это позволяет лишь ограниченно влиять на образование пустот.
Приложение 2. Результаты применения трафаретов с различными апертурами
а)отпечатки пасты
б) соответствующие им рентгенограммы соединений, полученных без вакуумной пайки
в) с применением вакуумной пайки
Приложение 3. Результаты пайки в различных средах
рентгенограммы соединений, полученных без вакуумной пайки (а), с применением вакуумной пайки (б), в азотной среде без вакуумной пайки (в), с применением вакуумной пайки (г)
Приложение 4. Результаты пайки в разреженной среде
Результаты пайки в разреженной среде
Видно, что все описанные методы имеют ограниченное влияние на процесс образования пустот и не позволяют полностью исключить их появление. Только применение пайки в вакууме позволяет эффективно бороться с возникнове- нием пустот в паяных соединениях большой площади.
Специально для уменьшения пустот в паяных соединениях специалистами компании SMT Wertheim была разработана концепция Reflow Vacuum-Plus-Concept, которая уже зарекомендовала себя в условиях реального производства и признана авторитетными мировыми промышленными ассоциациями. Модуль Vacuum Plus N2 устанавливается в зону пиковой температуры (между зонами конвекции и охлаждения) печей оплавления SMT Reflow Soldering System от серий S до серии XXL Plus. Также возможна установка вакуумного модуля в уже готовые системы пайки оплавлением производства SMT. Все необходимые параметры модуля (время создания и уровень вакуума, вентиляции и т.д.) интегрируются в програмное обеспечение печи и настраиваются вместе с другими параметрами на сенсорном экране. При выключенном вакуумном модуле печь оплавления работает как обычная конвекционная печь. В этом случае вакуумная камера расширяет зону пайки, что даст значительное увеличение общей производительности производства. Таким образом, проверенная годами высококачественная технология конвекционной пайки компании SMT получила новый, инновационный подход.
А.Маурин, Р.Фабер Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
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 =)
