SMD for dummies ;-)

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SMD for dummies ;-)

Messaggio da leggereda root » 14/02/2014, 0:46

Tratto da: http://www.enetsystems.com/~lorenzo/smd/

Immagine

Sempre più spesso sulla it.hobby.elettronica compaiono domande sulla saldatura e dissaldatura di componenti SMD. Si tratta della naturale evoluzione dell'elettronica amatoriale: volenti o nolenti, se si vorrà stare al passo della tecnologia sarà necessario attrezzarsi adeguatamente e alla svelta. Inoltre saldare componenti SMD è più divertente, economico e semplice di quanto sembri!

Ho notato che su Internet non c'è molto materiale didattico sull'argomento della saldatura/dissaldatura SMD amatoriale, così ho deciso di raccogliere le mie esperienze in merito, sperando che siano utili a qualcuno. Premetto che questo non è il mio lavoro, io stesso mi ritengo un hobbista sotto questo punto di vista e quindi sicuramente tratterò gli argomenti in modo approssimativo. Se vi interessano dei tutorial "for dummies" per fare saldature di grado aerospaziale non vi so aiutare, ma per favore ditemi per quale compagnia lavorate che così ne uso un'altra. ;-)


Occorrente

Partiamo innanzi tutto dalla "lista della spesa" delle cose di cui è bene disporre per saldare componenti SMD. Sono tutte cose che è bene avere in ogni caso, si possono trovare abbastanza facilmente nei negozietti di elettronica oppure alle fiere:
Strumento Descrizione Utilità 1/10
Stagnatore con punta sottile Saldatore stilo a bassissima potenza (possibilmente sotto a 10 W) con la punta sottile (possibilmente sotto a 1 mm, 0.5 mm è l'ideale) 10
Stagnatore stilo con punta piatta o a conchiglia Saldatore stilo a bassa potenza (attorno a 15-20 W) con la punta piatta o a conchiglia da 2-3 mm. La punta a conchiglia (ossia dotata di una concavità sul bordo smussato) è preferibile, perché permette di effettuare molto più comodamente le stagnature "in serie" dei pin degli integrati QFP. È meglio non scegliere una punta troppo larga, così potete usarla anche per saldare i normali componenti through hole.
Nota 1: se avete uno stagnatore con punte intercambiabili a sgancio potete anche usare quello, ma personalmente trovo più comodo averne due separati e sempre pronti.
Nota 2: i saldatori con controllo di temperatura sono un inutile spreco di soldi. I saldatori stilo di qualità sono più che sufficienti per ciò che dobbiamo fare noi. 10
Stagno 60/40 sottile Possibilmente da 1 mm, 0.5 mm è l'ideale. 10
Pinzette Pinzette (dritte e/o curve) per posizionare i componenti SMD. Irrinunciabili. 10
Flussante Flussante liquido con pennellino dosatore. Lo trovate ad esempio su Distrelec, codice 952449 (preciso che questo non l'ho mai provato, io uso quello della JBC). È pressoché impossibile fare a meno del flussante per la saldatura SMD, specialmente su schede autoprodotte e quindi prive dei trattamenti professionali. 9
Trecciola dissaldante Trecciola dissaldante per le rifiniture. Attenzione, perché la maggior parte delle trecciole che sono in vendita sono delle ciofeche e fanno più danno che utile; assicuratevi che siano di qualità. 10
Lente di ingrandimento Se dovete saldare molti componenti o fare dei rework, è molto facile perderci gli occhi. Le versioni migliori sono quelle che lasciano le mani libere, quindi quelle che si montano sugli occhiali (ad esempio guardate il codice RS 539-340) o quelle che si portano in testa (RS 606-989). Se poi hanno la luce incorporata ancora meglio, ma a quella potete anche ovviare in altro modo. 8
Alcool isopropilico e pennello Utile per pulire i residui di flussante una volta finita la saldatura, oppure per pulire la scheda prima di iniziare a saldare. 6
Filo sottile per wire wrap Utilissimo in generale per fare dei ritocchi e collegamenti volanti, fondamentale per la tecnica di dissaldatura che illustrerò. È un filo sottilissimo, argentato, con guaina che si scioglie facilmente con lo stagnatore (così non dovete stare a spellarlo). Passa tranquillamente anche attraverso i fori delle schede millefori e nella maggior parte dei via. 10


Saldatura

In questa sede darò per scontate due conoscenze da parte vostra: assumerò che conosciate già le corrette procedure per la saldatura dei componenti tradizionali, e che conosciate almeno sommariamente i package SMD. Conto comunque di scrivere qualcosina su quest'ultimo argomento in futuro, anche in base alle vostre richieste.

La saldatura SMD è sostanzialmente simile a quella tradizionale, cambiano soltanto le misure e quindi la precisione necessaria. Dal nostro punto di vista esistono tre grandi famiglie di componenti:

quelli che si saldano "pin per pin", esattamente come i componenti tradizionali. Sono tutti i componenti discreti (0805, 1206, SOT-23 e così via) e gli integrati a due file di pin con passo 1.27 mm (gli SO).
quelli che è improponibile saldare pin per pin, perché ne hanno troppi e troppo vicini. Sono tutti gli appartenenti alla grande famiglia QFP, con passi che vanno tipicamente da 1 a 0.5 mm.
quelli che è improponibile saldare e basta. Sono i package con pin nascosti che non si possono verificare direttamente una volta montati, come i BGA. Spiacente, questi non potete montarli con mezzi di fortuna; o meglio, potete provarci, ma è un po' come giocare alla lotteria.

I componenti del gruppo 1 si saldano come già detto in modo abbastanza tradizionale, si posizionano con le pinzette e poi si salda ogni terminale con la punta e lo stagno sottilissimi. Può essere utile, specialmente per gli SO, saldare in modo sommario due pin alle sue estremità per "fermare" il componente, per poter poi eseguire in modo più preciso le altre saldature. Come e più del solito è fondamentale che le piazzole siano ben pulite e meno ossidate possibile. Il flussante liquido aiuta. Va da sé che se la scheda è stata prodotta in modo professionale (nichelatura delle piazzole più solder mask) sarà molto più semplice effettuare le saldature.

I componenti del gruppo 2 sono i più interessanti e sono quelli che creano più timore ai neofiti del SMD. In realtà invece sono più facili da saldare degli altri, tanto è vero che io spesso uso la procedura che segue anche per saldare gli SO del gruppo 1!
Il trucco è quello di non considerare i pin singolarmente, bensì saldare un'intera fila in un colpo solo. Come sempre pulite perfettamente la scheda, poi stendete un velo di flussante su tutte le piazzole, appoggiate e centrate il componente QFP con la massima precisione ed esaminando tutti i lati (prendete tutto il tempo che ci vuole, questa è l'unica vera operazione critica di tutto il processo!). Una lente di ingrandimento aiuta enormemente. Quando avete una centratura soddisfacente, saldate in modo sommario qualche piazzola del QFP, in modo da bloccare il componente. Dopodiché stendete un altro velo di flussante sui piedini.
A questo punto viene il bello. Prendete lo stagnatore con punta piatta o a conchiglia, e bagnatela con un po' di stagno. Poi passate la punta su tutta una fila di pin, tenendola parallela al lato del componente che state saldando, facendola scorrere lentamente ma senza incertezze alle estremità dei pin. Se tutto va bene vedrete lo stagno che aderisce perfettamente fra ogni pin e la rispettiva piazzola! È normale che si crei qualche corto circuito fra due o più pin; potete sistemare le cose facilmente in un secondo tempo con la trecciola dissaldante, ed eventualmente ritoccando con lo stagnatore con punta sottilissima.
Alla fine della procedura (da ripetere per ciascun lato) vi consiglio di ricontrollare tutti i pin con la lente di ingrandimento: spesso fuggono delle sbavature. In particolare uno dei problemi più insidiosi è il corto circuito che si può creare nella parte "alta" del pin, a ridosso del contenitore plastico del componente: con i pin a passo molto ravvicinato lo stagno tende a risalire per effetto capillare, spesso lo si dimentica e si controlla solo l'estremità inferiore dei piedini.


Dissaldatura

Le dissaldature possono avere uno di questi due scopi (o entrambi): recuperare un componente, e/o liberare la scheda da un componente. Nel primo caso è fondamentale utilizzare un metodo non distruttivo; nel secondo caso può essere a volte necessario (o accettabile) distruggere il componente per rimuoverlo dalla scheda.

A livello professionale esistono parecchi metodi efficaci per la dissaldatura di componenti; quello più noto è l'utilizzo di una stazione ad aria calda, in sostanza un phon con flusso d'aria e temperatura controllati che non fa altro che sciogliere lo stagno sui pin e quindi liberare il componente. Le stazioni ad aria calda costano svariate migliaia di euro, ma noi ovviamente abbiamo altri piani.

Il primo metodo di dissaldatura, non distruttivo, è illustrato in questo documento della Cygnal (PDF, 1.5 MB). Nel documento trovate anche altre informazioni utili sulla saldatura e dissaldatura di componenti SMD in generale.
L'idea è quella di sfruttare il fatto che, a differenza dei componenti tradizionali, fra piazzola e pin di un componente SMD c'è soltanto lo stagno. Quindi se noi riusciamo a far passare sotto al pin qualcosa mentre lo stagno è sciolto, è molto probabile che il pin si stacchi dalla piazzola. Questo "qualcosa" è il filo da wire wrap, opportunamente spellato.
È quindi sufficiente far passare il filo da wire wrap sotto a una fila di pin, nell'interstizio fra il pin e il corpo del componente. Questa immagine presa dal PDF è eloquente:

Quando avete fatto passare il filo, fissatelo a una delle due estremità saldandolo da qualche parte (nell'immagine è stato saldato a C12). Ora non vi resta che scaldare i pin con lo stagnatore a punta piatta e contemporaneamente tirare (con delicatezza!) l'altra estremità del filo, in modo che passi sotto ai pin e quindi li alzi. Lento ma geniale, no?

L'altro metodo di dissaldatura, generalmente distruttivo, è quello di usare un succedaneo della stazione ad aria calda. Nelle ferramenta o nei negozi di materiale elettrico ben attrezzati potete trovare delle pistole ad aria calda a prezzi non esagerati (sicuramente sotto ai 50 euro); in genere queste pistole servono per scaldare le guaine termorestringenti, ma dato che riescono a generare flussi d'aria a diverse centinaia di gradi esse riescono senza problemi anche a sciogliere lo stagno.
Il resto lo lascio alla vostra fantasia ;-). Mi limito soltanto a dirvi che se non "canalizzate" in qualche modo il flusso d'aria, ad esempio tramite delle formine di metallo opportunamente sagomate che circondino il componente da dissaldare, con ogni probabilità dissalderete una buona parte della scheda, non solo il componente che vi interessa!

Per ora è tutto. In futuro magari aggiungerò informazioni e foto esplicative, ma già con quello che ho scritto finora siete perfettamente in grado di saldare componenti SMD complessi a piacere, eccetto i BGA.

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