Инструмент для пайки, монтажа и демонтажа ИМС

Все инженеры видели паяльник, большинство держало его в руках, многие паяли кабели, некоторые — радиоэлементы на печатных платах. Но даже эти немногие, скорее всего, работали с дискретными компонентами и интегральными микросхемами (ИМС) в корпусах DIP, выводы которых запаиваются в отверстия печатной платы. Как это было непросто (шаг выводов всего 2,5 мм)! С имевшимся на тот момент инструментом такая операция была почти на пределе возможностей.

Сегодня работа с ИМС без специализированного инструмента невозможна вообще — почти все элементы устанавливаются на поверхность печатных плат (технология Surface Mounting Device, SMD), имеют малый шаг выводов и миниатюрные размеры. Инструмент для монтажа и демонтажа ИМС чрезвычайно разнообразен по своему назначению и цене. Однако даже паяльник нужного вида и с нужным жалом окажется никчемной железкой, если его использовать без надлежащего флюса и припоя.

Как бы то ни было, традиционный паяльник не исчез. Он видоизменился, улучшив старые и приобретя новые свойства. Это и высоконадежные нагревательные элементы, и простота замены жала даже во время работы, и точнейший электронный контроль за его температурой с помощью встроенного датчика, и удобная рукоятка, и защита от статического электричества, и даже специальная подставка с губкой для очистки жала.

Между тем традиционные средства удаления припоя при демонтаже — отсос, калибр и лента — почти не изменились. Принцип действия первого прост — всасывание расплавленного припоя за счет создаваемого подпружиненным поршнем разрежения. Особенно удобен этот способ для очистки отверстий печатных плат. Второй способ еще проще — расплавленный припой выталкивается из отверстий с помощью стальных прутков-калибров (раньше в этих целях использовались заточенные спички или иглы от медицинских шприцев). Ну а третий просто примитивен — припой удаляется за счет впитывания, как чернила промокашкой. Но годится он лишь для удаления избытков припоя с контактных площадок после монтажа или очистки их после демонтажа микросхем.

Однако упомянутые выше средства непригодны для работы с современными типами корпусов для поверхностного монтажа. Выполнение любой операции в этом случае возможно только с помощью паяльников, имеющих специальную конструкцию. Основные отличия от традиционного паяльника заключаются в следующем. В некоторых ситуациях для одновременного разогрева всех контактов жало должно охватывать деталь с двух или четырех сторон. При пайке компонентов SMD разогрев припоя производится не жалом, а горячим воздухом, подаваемым через сопла. Отсос припоя осуществляется вакуумным насосом (допустимые температура и время нагрева элементов строго ограничены). Кроме того, вакуум используется и для захвата присоской корпусов ИМС при их демонтаже.

Следовательно, на рабочем месте должно быть несколько паяльников с большим набором сменных рабочих органов. Полный комплект состоит как минимум из четырех паяльников. Традиционный паяльник для запайки выводов элементов в отверстия, а также для монтажа и демонтажа компонентов SMD с двумя выводами. Аналогичный паяльник для демонтажа запаянных в отверстия выводов с полым жалом, канал которого подключен к вакуумному насосу. Термовоздушный паяльник для монтажа и демонтажа ИМС SMD с помощью горячего воздуха. И, наконец, паяльник для пайки ИМС SMD с двух- или четырехсторонним расположением выводов. Некоторые производители выполняют такой паяльник в виде пинцета, каждая половинка которого имеет свой нагреватель и свое жало.

Набор сменных рабочих органов должен соответствовать типоразмерам и видам корпусов используемых элементов — иначе все достоинства паяльников пропадут зря. Это недешевое удовольствие, так как полный набор приспособлений к упомянутым паяльникам может содержать более 50 жал и насадок.

Нормальное функционирование такого мощного набора паяльников обеспечивает так называемая паяльная станция. В зависимости от вида выполняемых работ паяльная станция способна поддерживать независимую и одновременную работу от одного до четырех паяльников (станция на 1 и 3-4 паяльника). На станции обычно имеются аналоговый или цифровой регулятор и индикатор температуры жала, регулятор расхода воздуха и таймер управления его подачей для термовоздушного инструмента.

Выполнение больших объемов работ можно ускорить за счет применения специальных устройств. Например, при лужении выводов используется ванна с расплавленным припоем. Для выполнения всего набора операций по подготовке компонентов к пайке данные устройства могут иметь несколько ванночек с припоем разной температуры плавления и различными флюсами. Работу в труднодоступных местах позволяют облегчить бесшнуровые паяльники с питанием от аккумуляторов. Жало и нагреватели таких паяльников имеют специальную конструкцию, обеспечивающую мгновенный (до 5 с) разогрев и поддержание стабильной температуры в дальнейшем. Благодаря этому паяльник включается только на время пайки и может работать до 5 часов.

Особняком стоят газовые паяльники. Разогрев жала в них осуществляется за счет каталитического окисления газа. Следовательно, они могут эксплуатироваться, даже когда электропитание отсутствует. Но достоинство их не только в этом. Вес таких паяльников намного меньше, чем у бесшнуровых электропаяльников. Разогреваются они менее чем за 20 с, а одной заправки газа хватает на 90 мин. После выключения на жало можно почти сразу надеть колпачок, чтобы положить паяльник в карман. Хорошие паяльники отличаются длительным сроком эксплуатации жал, автоматическим поджигом, регулировкой расхода газа (т. е. температуры) и поставляются с набором жал (обычные разного диаметра, горелка для термоусадки, высокотемпературная горелка, нож для резки пластика).

Но и на этом список всего, что необходимо для пайки, не заканчивается. Например, в ряде случаев невозможно обойтись без пинцета. Пинцеты бывают нескольких видов, в зависимости от решаемых ими задач (захват деталей и/или отвод от них тепла). Мелкие детали обычным пинцетом не захватить, и для них нужен вакуумный пинцет. Вакуум в таких пинцетах может создаваться встроенной грушей или внешним насосом. Еще одна необходимая вещь — зажим для фиксации мелких плат или крупных деталей при пайке.

Зачистка мест пайки после монтажа от флюса, удаление брызг припоя с поверхности плат, проверка пространства между выводами на предмет отсутствия перемычек выполняются скрайберами, щупами и щетками. Иногда все эти необходимые «мелочи» можно приобрести в виде готовых наборов. Такие наборы и обходятся дешевле, и хранить инструменты в них удобнее.

Пайка — занятие для здоровья не безвредное. Если централизованная система дымоудаления отсутствует, то хорошо иметь хотя бы локальную. С этой целью с успехом может использоваться вентилятор со сменным углеродным фильтром. Надо только не забывать вовремя менять фильтр.

Стоит отметить, что если ИМС может потребоваться поменять в процессе эксплуатации (например, ПЗУ, ПЛМ, процессоры), то обычно такие схемы устанавливаются в контактное устройство («колодку»), чтобы их можно было заменить без пайки. Устанавливаются подобные ИМС легко, а вот извлечь их без специальных съемников очень сложно (исключение составляют колодки программаторов и тестовых устройств с нулевым усилием). Попытка сделать это с помощью подручных средств обычно приводит к поломке ИМС и/или колодки. Естественно, что свой отдельный съемник применяется для каждого вида, а иногда и типоразмера корпуса. Стоят такие приспособления недешево, поэтому приобретать их следует по мере необходимости.

Оборудование для пайки выделяется среди всего прочего инструмента своей высокой технологичностью. Качество его работы сильно зависит от качества расходных материалов, а срок службы — от соблюдения рекомендованных технологий и правил обслуживания (например, достаточно перегреть или неправильно почистить жало, и его придется менять). А раз так, то, если у такого оборудования не будет постоянного хозяина и оно будет эксплуатироваться по очереди несколькими людьми, вы вряд ли добьетесь качественного выполнения работ.