ep 10 072-078 lutowanie cz7, Elektronika-inne, Lutowanie SMD
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
NOTATNIK PRAKTYKA
Montaż elementów SMD,
część 7
Zbliżamy się do końca cyklu poświęconego „ujarzmianiu”
elementów SMD. Do omówienia pozostały nam lutowanie
rozpływowe strumieniem gorącego powietrza oraz niezbyt lubiany,
ale niezbędny w praktyce demontaż.
Dokończenie z EP9/2005
Opalarka
Z amatorskiego arsenału narzędzi
do demontażu została nam jeszcze
broń masowego rażenia – HotAir
„dla ubogich” tzn. kontrowersyjny
pomysł użycia elektrycznej opalar-
ki. Wykorzystanie dmuchawy o co
najwyżej dwustopniowej regulacji
mocy i wysokiej ale niestabilizowa-
nej temperaturze wylotowej rzeczy-
wiście może budzić obiekcje, co
zresztą znajduje odbicie w skraj-
nych opiniach wyrażanych na fo-
rach internetowych. Chcąc wnieść
do tej dyskusji coś konkretnego
zrobiłem eksperyment polegający
na rozmontowaniu opalarką serii
dużych obudów QFP, ale uzupeł-
niony pomiarem temperatury wnę-
trza układu scalonego (
fot.
72
). Pod
każdym z demontowanych układów
został wywiercony otwór prze-
chodzący przez płytkę drukowaną
i częściowo przez obudowę układu.
W otworze wypełnionym silikonową
pastą termoprzewodzącą z dodat-
kiem Al
2
O
3
znalazła się termopa-
ra typu „K” dotykająca odsłoniętą
spoiną bezpośrednio do krzemowej
struktury (
fot.
73
). Nieistotne frag-
menty płytki zostały osłonięte folią
aluminiową. Temperatura mierzona
bezpośrednio na wylocie opalarki
(B&D KX1682), przy pełnej mocy
1600 W sięga 470
o
C, czyli znacznie
wyżej niż temperatura uzyskiwana
z jakiejkolwiek stacji HotAir. Jednak
na skutek rozpraszania i mieszania
z zimnym powietrzem z otoczenia,
temperatura w centrum strumienia,
w odległości 8 cm od dyszy, nie
przekracza 300
o
C.
Nagrzewanie odbywało się dwu-
stopniowo. Najpierw przez ok. 40 s
przy zmniejszonej mocy (tempera-
tura wylotowa ok 130
o
C) w celu
wstępnego podgrzania płytki i ukła-
du, a następnie z pełną mocą aż do
stopienia połączeń. Tak jak można
było się spodziewać, dzięki pojem-
ności cieplnej obudowy temperatura
chipu narasta z pewnym opóźnie-
niem. W praktyce okazało się, że
można bez problemu rozlutować
układ zanim tempera-
tura struktury przekro-
czy 160
o
C. Jednocze-
śnie na powierzchni
płytki ani układów
scalonych nie wystą-
piły widoczne pęknię-
cia, przebarwienia sol-
dermaski i opisu, czy
inne uszkodzenia mo-
gące świadczyć o lo-
kalnym przegrzaniu.
Oczywiście na podsta-
wie tak uproszczone-
go i niepowtarzalnego
eksperymentu trudno
wyciągnąć wiążące
wnioski na temat ry-
zyka uszkodzenia płyt-
ki czy podzespołów.
Sądzę jednak, że po
rozmontowaniu w ten
sposób kilku złomowa-
nych PC-towych płyt
głównych można dojść
do wprawy (dyktującej
m.in. odległość dyszy
Fot. 73. Sposób pomiaru tempera-
tury struktury w czasie nagrzewania.
Termopara o małej bezwładno-
ści, wprowadzona od dołu przez
otwór w płytce i obudowie układu
dotykała bezpośrednio krzemowego
chipu. Białe wypełnienie to siliko-
nowa pasta termoprzewodząca z
dodatkiem Al
2
O
3
od płytki, czasy nagrzewania, spo-
sób operowania strumieniem) po-
zwalającej na względnie bezpieczne
używanie opalarki w amatorskim
warsztacie. Najwięcej kłopotu spra-
wia zbyt szeroki zasięg strumienia.
Wprawdzie folia aluminiowa osła-
nia fragmenty płytki, jednak trzeba
się liczyć z koniecznymi poprawka-
mi w montażu drobnych elementów
znajdujących się w najbliższym są-
siedztwie zasadniczego układu.
Fot. 72. Doświadczalny demontaż układu scalone-
go przy uzyciu opalarki. Osłona z folii aluminiowej
minimalizuje spustoszenia na płytce. Widoczny u
dołu miernik ma za zadanie pomiar temperatury
wnętrza nagrzewanego układu
Przekładki
Alternatywą dla nagrzewania
całej w całej masie będzie demon-
taż „na raty”, tzn. podgrzewanie
kolejnych wyprowadzeń i oddzie-
lanie ich od podłoża za pomocą
nielutowalnej przekładki. Szkopuł
w tym, że układ zazwyczaj twardo
leży korpusem na płytce a krótkie
wyprowadzenia układów scalonych
niechętnie poddają się odginaniu.
Zatem przekładka musi być wytrzy-
mała mechanicznie, sztywna, moż-
liwie cienka tzn. mieć grubość nie
większą niż 0,1…0,2 mm, a do tego
niezwilżalna dla stopu lutowniczego
i odporna na wysoką temperaturę.
W praktyce, spośród materiałów po-
tencjalnie dostępnych w najbliższym
72
Elektronika Praktyczna 10/2005
NOTATNIK PRAKTYKA
Twój świadomy cenowo dostawca obwodów drukowanych
��������
- komasacja dla prototypów i małych serii
- od 1 do 1000 sztuk
- od 4 dni roboczych wzwyż
- do 6 warstw
Online Kalkulacja ceny
Online Składanie zamówień
Online Przebieg zamówienia
Online 24/24h i 7/7d
����������
- szeroka skala możliwości technologicznych
- do 20 warstw
- od 1 sztuki wzwyż
- od 2 dni roboczych wzwyż
www.eurocircuits.pl
��������
- komasacja dla serii
- 250, 500 lub 1000 sztuk
- średnie serie w cenie MEGA serii
Elektronika Praktyczna 10/2005
73
�
NOTATNIK PRAKTYKA
a)
���
���
�
�
��
�
�
�
�
Żyletki, mimo że dawno prze-
stały być artykułem pierwszej po-
trzeby, to jednak wciąż są produ-
kowane i możliwe do nabycia, choć
być może w niezwykłych miejscach
(np. mój zapas pochodzi ze sklepu
spożywczego). Cienka, niezwilżalna
folia ze stali nierdzewnej o grubo-
ści ok. 0,13 mm, ze szlifowanym
ostrzem na krawędzi, świetnie od-
dziela wyprowadzenia od podłoża,
zanadto ich przy tym nie deformu-
jąc i nie narażając na uszkodzenie
pól lutowniczych.
Wyliczając obudowy układów
scalonych określiłem PLCC jako kło-
potliwe w demontażu. Rzeczywiście
– krótkie i sztywne wyprowadzenia
zahaczone od spodu o plastikowy
korpus nie pozostawiają miejsca na
ich ew. odgięcie – nawet jeśli zde-
cydujemy się na destrukcję układu.
Pozostaje zatem nagrzewanie masyw-
nej obudowy w całości lub użycie
przekładek. W praktyce zarówno ży-
letki jak i mika okazują się na tyle
cienkie, że bez większych trudności
dają się wsunąć pomiędzy płytkę
a rząd podgrzanych wyprowadzeń.
Przykładowy układ PLCC demon-
towany z użyciem żyletki (
fot.
75
)
był nagrzewany kolejno z czterech
stron za pomocą strumienia gorą-
cego powietrza i stopniowo oddzie-
lany od podłoża. Do demontażu za
pomocą miki (
fot.
76
) użyłem sze-
rokiego grota („płetwy” z fot. 68)
podgrzewając nim kolejno całe rzę-
dy wyprowadzeń i pod-
ważając je mikową
przekładką. Widoczne
na zdjęciu pozostało-
ści lutowia to wynik
solidnego pocynowania
grota zapewniającego
mu dobry kontakt ter-
miczny z każdym z wy-
prowadzeń.
Kształt nóżek decy-
duje o sposobie podwa-
żania. O ile końcówki
typu „J” (PLCC) i „C”
zawinięte pod obudo-
wę nie stwarzają więk-
szego kłopotu, to wy-
prowadzenia
gull-wing
obecne w obudowach
SOP i QFP wymagają
ruchu ostrza w kierun-
ku od środka na ze-
wnątrz. Trzeba zatem
wyperparować z żyletki
i oprawić wąskie ostrze
�
��
�
�
��
�
�
�
��
���
b)
���
���
����
Fot. 74. Niezwilżalne dla cyny
akcesoria służące do oddzielania
wyprowadzeń układu scalonego od
płytki: a) Wąskie ostrze z uchwy-
tem, wycięte z żyletki o grubości
0.13 mm, b) Płatek miki
������������������������
�������������������
��������
���
��
�
����
��
����������
�
����������������
����������������
�������������������������
■
����������������
■
������������������
■
�
�
������������
■
������������
otoczeniu warunki te spełniają
dwa: mika i żyletki. Mika (
fot.
74b
)
to przede wszystkim świetny ter-
moodporny i niskostratny materiał
izolacyjny, używany w grzejnikach,
technice laboratoryjnej i technice
mikrofalowej (m.in. w kuchenkach
mikrofalowych) W pierwszej kolej-
ności można jej zatem szukać w za-
kładach produkujących urządzenia
grzewcze (zaznaczając że potrzebu-
jemy naturalną mikę a nie mikanit
będący produktem jej przerobu).
����
�
���������������
■
������������������
■
������������������������
�����������
�
����������
��������������������
�������������������������������
��������������������������������
�����������������������������������
������������������������������������
�����������
�����������������������������
�������������
��������������
������������������
���������������������
�����������������������
��������������
���������������������
��������������������
��������������
Fot. 75. Demontaż układu PLCC za pomocą żytlet-
ki. Po nagrzaniu jednej strony układu strumieniem
gorącego powietrza wyprowadzenia poddają się
na tyle, że można wsunąć pod nie cienkie ostrze
74
Elektronika Praktyczna 10/2005
�
�
��
�
NOTATNIK PRAKTYKA
Elektronika Praktyczna 10/2005
75
NOTATNIK PRAKTYKA
a)
ście szerokim grotem nie mówiąc
już o wsunięciu czegokolwiek do
podważenia nóżek a na samą myśl
o wartości urządzenia i ew. kosz-
tach naprawy uszkodzonej płytki
dostaniemy gęsiej skórki. Szukając
wyjścia z takiej sytuacji warto się-
gnąć do pomysłów niestandardo-
wych, a do takich można zaliczyć
wykorzystanie niskotopliwego sto-
pu o handlowej nazwie ChipQuik
(
www.chipquik.com
, dostępny np.
w Semiconie,
www.semicon.com.pl
).
Stop ten łączy w sobie dwie ce-
chy – zdolność do rozpuszczania
powszechnie stosowanego w elek-
tronice stopu cynowo-ołowiowego
(LC60) oraz wyjątkowo niską tem-
peraturę topnienia wynoszącą ok.
58
o
C. (tzn. blisko 10
o
poniżej tem-
peratury topnienia najbardziej zna-
nych stopów niskotopliwych, czyli
stopów Wooda). Chociaż producent
QuikChipa nie podaje jego składu ,
to konfrontując dane zawarte w kar-
cie charakterystyki (MSDS) z inny-
mi źródłami można wnioskować, że
najprawdopodobniej jest to kompo-
zycja bizmutu, ołowiu, cyny i in-
du o składzie zbliżonym do Bi49,4
Pb18 Sn11,6 In21 (
fot.
77
).
Demontaż rozpoczyna się od na-
niesienia żelowego topnika na wy-
prowadzenia (
fot.
78a
) a następnie
zalania ich grubą warstwą nisko-
topliwego stopu (fot. 78b). Wpraw-
dzie ChipQuik topi się już w 58
o
C
jednak korzystne będzie chwilowe,
jednorazowe podgrzanie każdego
z wyprowadzeń do temperatury top-
nienia stopu SnPb (tzn. powyżej
180
o
C). Osiągnięcie takiej tempe-
ratury umożliwi aktywację topnika
a tym samym poprawi zwilżanie
podłoża przez stop niskotopliwy
a także, powodując przetopienie po-
łączeń przyspieszy ich oddziaływa-
nie z ChipQuikiem. Następnie płyn-
nymi ruchami grota, prowadzonego
dookoła wszystkich wyprowadzeń,
podgrzewamy stop utrzymując go
w stanie ciekłym (fot. 78c). W tym
czasie ciekły stop niskotopliwy pe-
netruje i rozpuszcza połączenia lu-
towane SnPb. Wprawdzie w miarę
zmiany składu stopu na skutek za-
nieczyszczania rozpuszczanym lu-
towiem jego temperatura topnienia
będzie rosła, jednak wciąż będzie
znacznie niższa od temperatury
jaka byłaby konieczna do rozluto-
wania stopu cynowo-ołowiowego.
Po całkowitym rozpuszczeniu po-
b)
Fot. 76. Demontaż układu PLCC
przy użyciu miki. Tym razem do
nagrzewania rzędów wyprowadzeń
użyto szerokiego płaskiego grota
(„płetwa”) z dużą ilością cyny,
stąd jej pozostałości widoczne na
zdjęciu
(
fot.
74a
) nadające się do wsunię-
cia ukośnie w ciasną szczelinę po-
między korpusem układu a stopami
wyprowadzeń. Przy demontażu za
pomocą żyletki nie warto przesa-
dzać z użyciem topnika, gdyż jego
stygnące pozostałości oklejają ostrze
i utrudniają manipulację. W tym
szczególnym wypadku najlepiej
sprawdza się staranne czyszczenie
grota i jedynie oszczędne dozowa-
nie RF800 na płytkę.
c)
ChipQuik
Zgodnie z prawami Murphy’ego
trafimy kiedyś na przypadek szcze-
gólny, niemożliwy do rozwiązania
tradycyjnymi metodami. Delikatne
otoczenie układu wykluczy możli-
wość skierowania na niego strumie-
nia gorącego powietrza, sąsiedztwo
wysokich elementów utrudni podej-
d)
Fot. 77. Niskotopliwy stop do de-
montażu ChipQuik w postaci drutu.
Wygląda podobnie do LC60 jest
jednak twardszy i bardziej kruchy
Fot. 78. Demontaż układu za
pomocą niskotopliwego stopu
ChipQuik. a) Nakładanie żelowego
topnika. ChipQuik bywa sprzedawa-
ny również w gotowych zestawach
naprawczych zawierających topnik.
b) Nanoszenie grubej warstwy stopu
na wyprowadzenia. c) Po nałożeniu
stopu należy go podgrzewać lutow-
nicą, utrzymując w stanie płynnym
i czekając na rozpuszczenie spoin.
d) Oddzielony układ gotowy do
podniesienia z płytki
76
Elektronika Praktyczna 10/2005
[ Pobierz całość w formacie PDF ]