ЖУРНАЛ ЖЕЛЕЗО #10, ДЕКАБРЬ 2004 г.

ЖУРНАЛ ЖЕЛЕЗО #10, ДЕКАБРЬ 2004 г.

Спаиваем железо!

автор: Дмитрий Сазонов

Железо, номер #010, стр. 010-088-1

Как и чем паяют в электронике

Работа с паяльным оборудованием сопряжена с опасностью получить серьезные ожоги (например, паяльный фен разогревается до 700 градусов Цельсия). Во время работы необходимо соблюдать технику безопасности! За полученные травмы редакция ответственности не несет!

Любой, самый незначительный ремонт электронных устройств подразумевает наличие определенного навыка в технике пайки. Многие всерьез считают, что все можно отпаять и припаять обратно при помощи обычного паяльника, но это совсем не так! Для каждого девайса, в зависимости от его исполнения (под этим следует понимать наличие чувствительных к перегреву и пробоям паяльника элементов, размеры дорожек на печатной плате и т.д.), существуют свои разнообразные способы монтажа и демонтажа элементов. Способы и оборудование, подходящие для пайки блока питания, не подойдут для работы с материнской платой. В этом материале мы рассмотрим наиболее распространенные приспособления и методы их использования для пайки в домашних условиях.

Что и чем паяют

Существует несколько основных видов паяльного оборудования, применяющегося для пайки электрических схем. Это электрические паяльники, газовые паяльники и разнообразные устройства для пайки горячим воздухом (паяльные станции, паяльные фены).

Обычные электрические паяльники – самые универсальные: они используются практически при всех видах ремонта. Существует очень много разнообразных моделей таких паяльников. Они различаются мощностью, размерами и дополнительными возможностями, такими как автоматическая поддержка заданной температуры, возможность заземления и т.д.

Газовые паяльники применяются для пайки в тех местах, где невозможно использовать электрический паяльник (читай, нет розетки). Также они подойдут для пайки горячим воздухом, но в основном только для грубой разборки платы на запчасти. Для тонкой пайки, в роли паяльника горячим воздухом этот девайс не подходит, так как для этого необходимо самостоятельно делать дополнительные насадки и пламегасители.

Паяльные станции – одни из самых универсальных и крутых приспособлений для пайки, но в то же время это самые дорогие устройства. В самом простом варианте – это хорошо сконструированный низковольтный паяльник с вынесенным в отдельный блок регулятором температуры. Более продвинутые модели имеют различные дополнительные приспособления, например, возможность пайки горячим воздухом, но такие девайсы стоят очень недешево.

Паяльные фены используются исключительно для пайки горячим воздухом. Существует много их разновидностей, и они гораздо более доступны по цене, чем паяльные станции. Разные модели различаются диапазоном регулировок температуры воздуха и силы воздушного потока. Применяются фены для пайки микросхем и прочих элементов с большим количеством ножек.

Так как мы не похожи на миллионеров, будем выбирать оборудование для пайки исходя, в первую очередь, из финансовых возможностей. Тему универсальных паяльных станций затрагивать не будем, так как среднестатистический радиолюбитель может только мечтать о такой вещи и тихо пускать слюни, рассматривая подобные девайсы, разложенные на витрине магазина. Мы же будем использовать для этого хорошие, но недорогие устройства, которые можешь себе позволить и ты. Для пайки мы будем применять электрический монтажный фен, газовый паяльник и обычный электрический паяльник с регулировкой температуры. Этого набора вполне достаточно для большинства потребностей радиолюбителя, хотя, нужно признать, этот набор не совсем универсален – некоторые вещи все же лучше делать с паяльной станцией.

Паяльные прибамбасы

Существует множество специальных примочек, призванных облегчить жизнь радиолюбителя. Их можно разделить на две категории: это разнообразные флюсы и механические приспособления.

Флюсы

Сначала разберемся, что такое флюс и зачем он вообще нужен. Основная задача флюса состоит в удалении пленки оксидов со спаиваемых контактов. В процессе пайки флюс также не дает окислиться скрепляемым поверхностям. Если попытаться спаять контакты без флюса вообще, пайка будет крайне непрочной, так как слой окислов не даст припою проникнуть в верхние слои спаиваемых поверхностей и, соответственно, «склеить» их. Существует огромное количество разнообразных флюсов, предназначенных для пайки. Они могут очень сильно различаться как по химическому составу, так и по назначению.

Для пайки радиолюбительских конструкций обычно применяют флюс, представляющий собой спиртовой раствор канифоли в различных пропорциях. Концентрация такого раствора зависит от вида спаиваемых поверхностей. Но подобный флюс подходит не всегда – в некоторых случаях он слишком «слабый», а кроме того, после пайки флюс необходимо смывать. Дело в том, что при монтаже микросхем типа BGA (чипсет на материнке, процессор видюхи и т.д.), MQFP (микросхема BIOS’а на современных матерях) и многих других смыть такой флюс из-под корпуса микросхемы после монтажа невозможно, поэтому для таких задач применяют специальные флюсы, имеющие очень сложный химический состав. Они характеризуются очень большим электрическим сопротивлением и не обладают коррозирующими свойствами, поэтому их можно не смывать вообще. Примеров, где для пайки различных элементов применяются разнообразные флюсы или различные вариации одних и тех же флюсов, достаточно много, но мы будем применять самый простой флюс, сделанный нами самостоятельно из 1 части канифоли и 5 частей медицинского (этилового) спирта.

Припои

Что такое припой, думаем, объяснять не надо. Как и флюсы, припои для пайки сильно различаются по своим характеристикам. Грубо говоря, припой состоит из сплава олова и свинца, но пропорции могут быть разными. Существует очень много марок припоев, которые различаются температурой плавления, плотностью, теплопроводностью, электрическим сопротивлением и некоторыми другими параметрами. Чем больше в припое свинца, тем больше температура его плавления. Ты можешь задать вопрос: «А не все ли равно, каким припоем паять? Зачем больше одного вида припоя?». На самом деле все очень просто. Приведем пример: как ты знаешь, все силовые элементы питания электронных устройств в процессе работы довольно сильно разогреваются. Если припаивать такие элементы припоем с низкой температурой плавления, пайка со временем может разрушиться, при этом нарушится электрический контакт, и прибор перестанет работать. Это довольно часто случалось с ламповыми телевизорами, так как рабочая температура электронных ламп очень высока, и без должной вентиляции контакты ламповых разъемов начинали плавиться (а то и кипеть!), что нередко заканчивалось возгоранием телевизора (о пожарах, вызванных ламповыми телеками, думаем, ты слышал). В то же время, не все элементы электронных устройств можно паять при высокой температуре, например, многие микросхемы могут не выдержать даже кратковременного разогрева до той температуры, при которой плавится припой с большим содержанием свинца, предназначенный для монтажа силовых элементов.

Есть еще некоторые причины существования большого количества марок припоев, например, несколько разных марок применяются при ступенчатой пайке, когда рядом стоящие на одной печатной плате элементы паяют разными припоями (в сторону уменьшения температуры плавления). Делается это для того, чтобы при монтаже одного элемента не зацепить уже припаянную деталь.

Пайка электрическим паяльником

Сегодня на рынке представлен огромный ассортимент разнообразных электропаяльников, причем разница в ценах и возможностях последних просто огромна. Самый дешевый паяльник стоит меньше ста рублей, самый дорогой – несколько десятков тысяч (паяльные станции). Дешевые паяльники покупать не стоит, так как они мало служат (буквально несколько месяцев), сильно перегреваются и быстро начинают «пробивать», то есть напряжение с нагревательного элемента начинает поступать на металлическую часть паяльника. При некоторых условиях все эти недостатки можно обойти, но намного проще купить пусть не фирменный, но достаточно качественный паяльник за 300 – 400 деревянных рублей.

Самое больное место недорогих паяльников – это жало: у большинства недорогих паяльников установлены совершенно непригодные для тонкой работы образцы, поэтому при покупке паяльника нужно обязательно купить для него хорошее жало. Насколько хорошее, зависит от финансов. Если есть деньги, можно купить дорогое посеребренное жало, которое прослужит очень долго, если денег немного, лучше купить обычное, медное. При покупке обязательно проверь, подходит ли жало по диаметру.

Перед тем как начинать паять, новый паяльник надо к этому подготовить. Тут есть разные варианты, поэтому для начала нужно определиться, каким жалом тебе удобней паять: изогнутым или прямым. Если ты держишь в руках паяльник в первый раз, лучше паяй прямым. Далее, необходимо заточить жало паяльника. Натачивать его также можно по-разному. Тут тебе придется экспериментировать самому, искать тот вариант, который удобен именно тебе. Обычно, кончик жала натачивают наискосок.

Итак, будем считать, что жало установлено и наточено. Теперь нужно включить паяльник и дать ему прогреться несколько часов. При включении новый, ни разу не включавшийся паяльник может начать источать неприятный запах и даже дымить. Тут нет ничего страшного, просто при первом включении происходит пригорание слюдяного материала, в который завернут нагревательный элемент.

Теперь перейдем собственно к пайке. Как ты уже понял, суть пайки заключается в том, чтобы надежно скрепить две поверхности (контакты элементов) слоем припоя. Для начала рассмотрим самый простой вариант, спайку двух проводов. Очищенные от изоляции провода необходимо освободить от окислов (если они есть) и скрутить жгутом. Если слой окислов толстый, необходимо зачистить провода чем-нибудь острым, если нет – с ними справится флюс. Для спайки проводов не обязательно применять жидкий флюс – можно использовать обычную канифоль. Порядок такой: провода необходимо покрыть флюсом и залудить. Для этого нужно ткнуть кончиком жала в припой, чтобы на нем образовалась небольшая капля, затем «прижечь» паяльником канифоль и сразу же поднести жало к подготовленному участку провода. Далее аккуратно разводи припой по всей площади спаиваемой поверхности. Точно так же нужно поступить с другим проводом. После этого, совместив залуженные поверхности, нужно повторить операцию с паяльником. Если ты все сделал правильно, провода должны надежно спаяться.

Всегда старайся наносить на контакты как можно меньше припоя, если припоя будет слишком много, пайка получится неаккуратной, да и к тому же припой тоже имеет электрическое сопротивление, поэтому чем слой припоя меньше, тем лучше.

Не забывай, что припой застывает не мгновенно, поэтому после его нанесения спаиваемые поверхности нельзя шевелить где-то в течение 5 секунд.

При установке на печатную плату микросхем нужно помнить, что это чувствительный к перегреву элемент, таким образом, нужно либо организовывать охлаждение элемента в процессе пайки, либо припаивать по 2-3 ножки, позволяя микросхеме остыть.

В процессе пайки ни в коем случае нельзя перегревать элементы и печатную плату – элементы могут испортиться, а с печатной платы может облезть медный слой, так как он к ней попросту приклеен, а при перегреве клей закипает и сгорает.

Теперь научимся припаивать элемент к печатной плате. Как и в первом случае, для этого сначала нужно подготовить поверхности, зачистить их и залудить. Для примера предположим, что мы припаиваем резистор. Зачищаем контактную площадку на печатной плате и ножки резистора, аккуратно залуживаем их и вставляем резистор в плату. Теперь покрываем место пайки флюсом (в данном случае лучше использовать жидкий флюс, так как он эффективнее, и легче смывается). Далее наносим на кончик жала припой и быстрым движением, чтобы не перегреть печатную плату, проводим жалом вокруг ножки. Такую операцию удобнее проводить с шилообразным жалом. Если все сделать правильно, получится аккуратная и прочная пайка. Данный способ подходит для всех элементов, монтирующихся на плате подобным образом.

Далее рассмотрим способ пайки элементов, устанавливающихся на поверхности печатной платы, то есть без прохождения контактов сквозь нее (к примеру, так монтируются стабилизаторы питания на видеокарте). Такие элементы припаивать сложнее, так как зачастую приходится работать с контактами очень маленького диаметра. Для того чтобы справиться с ними, делают так: на жало паяльника накручивают медную проволоку подходящего сечения таким образом, чтобы получилось миниатюрное жало, которым можно без проблем припаять практически любые радиодетали. В остальном методика та же, что и в предыдущих случаях.

Пайка газовым паяльником

Газовый паяльник – далеко не самое оптимальное средство для пайки, но в некоторых случаях он незаменим. В настоящее время в специализированных магазинах имеется очень большой выбор паяльников данного вида. Как и в случае с электрическими устройствами, покупать самый дешевый девайс не стоит, ведь такой паяльник наверняка не будет иметь в комплекте никаких дополнительных насадок и отличаться высоким качеством, к тому же во всех дешевых паяльниках стоят низкокачественные клапаны, которые постоянно «травят».

Теперь рассмотрим возможности среднего представителя паяльников данного типа. Обычно такой девайс может работать как обыкновенный паяльник (со специальной насадкой), либо как газовая горелка. Безусловно, одной из самых полезных фич таких девайсов является независимость от электричества. Достаточно часто возникает нужда припаять что-либо в местах, где электрический паяльник просто некуда воткнуть, например, в машине или где-нибудь на крыше – подобных ситуаций может быть множество. Единственный крупный минус заключается в том, что газовый паяльник достаточно сильно коптит, поэтому выполнять какую-либо тонкую работу им невозможно. Другая, не менее полезная фича такого инструмента – это горелка. С ее помощью очень удобно разбирать на запчасти печатные платы. Например, если нужен разъем LPT или PCI-слот со старой матери, их можно снять буквально за пару минут. Большим недостатком газовых паяльников является отсутствие пламегасителя, то есть в процессе разборки с их помощью печатной платы ты нагреваешь ее открытым огнем. В таких условиях очень трудно контролировать нагрев платы, поэтому впаивать с таким девайсом мы бы ничего не стали – только выпаивать.

Для примера рассмотрим демонтаж с материнской платы COM и LPT портов. Наша цель – не погубив нужный нам разъем, извлечь его из платы. Для этого плату придется нагревать постепенно. Нужно интенсивно поводить паяльником по контактам разъема, следя за тем, чтобы пламя при нагреве не касалось печатной платы. Таким образом, через минуту плата разогреется и отдаст нам разъем в целости и сохранности.

Обращаться с газовым паяльником нужно очень аккуратно – если направишь струю пламени себе на руку или на одежду, ожог третьей степени гарантирован.

Пайка феном

Паяльный фен, в отличие от газового паяльника, штука универсальная – с его помощью можно не только разбирать (с еще большей скоростью), но и «собирать» печатные платы. Этот девайс лишен главного недостатка газового паяльника – он нагревает поверхность платы только горячим воздухом, не нанося ей повреждений. К тому же температура воздуха и сила воздушного потока у него легко регулируются, благодаря чему можно добиться подходящих условий пайки. К сожалению, фен штука недешевая, но свою стоимость он отрабатывает на все сто. Разборку плат при помощи фена можно осуществлять так же, как и газовым паяльником, с той лишь разницей, что нужно быть еще аккуратней, так как мощные фены в режиме максимальной мощности разогревают воздух до 700 градусов, поэтому, чтобы не искалечиться и не повредить плату и нужные детали, ни в коем случае не надо этот режим включать. В отличие от газовых собратьев, с помощью фена удобно припаивать элементы к плате. Фен незаменим в тех случаях, когда нужно припаять микросхему типа PLCC или BGA, что невозможно сделать обычным или газовым паяльником. Для примера снимем и поставим на место микросхему типа PLCC.

Демонтаж микросхемы производим по тому же принципу, что и разъема в предыдущем примере, с той лишь разницей, что тут мы будем еще более аккуратны, дабы не перегреть микруху. Когда нужная область достаточно разогреется, микросхема просто стряхивается с платы.

Обратный процесс немного сложнее, ломать – не строить. Чтобы установить микросхему обратно, нужно сначала подготовить ее контактную площадку. Для этого нужно выровнять на контактных площадках слой припоя, убрать все замыкания между контактами и добиться равномерного присутствия припоя на всех ножках (при помощи обычного паяльника). Далее на контакты наносится жидкий флюс и ставится новая микросхема. Она центруется так, чтобы все ножки находись на своих площадках, потом крайние ножки микросхемы фиксируются на плате обычным паяльником (чтобы ее не сдуло потоком воздуха), и ножки прогреваются феном. Получается аккуратная и хорошая пайка, добиться которой при помощи обычного паяльника практически невозможно.

При пайке феном необходимо подбирать насадки и мощность воздушного потока таким образом, чтобы воздействие производилось только на область пайки, иначе фен натуральным образом сдует другие мелкие планарные элементы, расположенные вокруг выпаиваемой микросхемы, и их придется устанавливать обратно.

Выводы

В этом материале мы рассказали тебе о базовых понятиях и способах пайки – это основа. Чтобы добиться хороших результатов в этом деле, нужно постоянно практиковаться и, главное, не бояться экспериментировать. Помни, всему, что касается пайки, ты можешь научиться сам, без посторонней помощи. Только не забывай, что осторожность – превыше всего, и не пренебрегай техникой безопасности.