Пайка SMD компонентов в домашних условиях. Учимся паять smd Как правильно запаять светодиод
В наше время, все чаще применяются светодиоды SMD. В бытовых лампочках в основном применяют светодиоды 2835, 5530, 5050. Печатная плата состоит из алюминиевой пластины, на которой нанесен изолирующий материал. На изоляторе имеются дорожки с пятачками, на которые напаяны SMD светодиоды.
Не прибегаем к помощи паяльника. Даже не используем паяльный фен. Попробуем заменить светодиоды при помощи обычного бытового утюга. Берем у жены, подруги, мамы утюг и вперед. Утюг не пострадает.
Рассмотрим на примере ремонта линеек со светодиодами формата 2835
У меня имеется старый советский утюг, я им перевожу тонер при изготовлении печатных плат. Так же нужны будут два пинцета, можно и один. Тогда плату нужно придерживать аккуратно рукой. Так же плату можно держать пассатижами, на крайний случай кусачками. Алюминиевая основа нагревается во время процесса пайки. Для быстроты процесса пайки нужен флюс. Я применяю китайский RMA-223. Так же можно взять и обычный спирто-канифольный, типа Ф3.
Закрепляем утюг в перевернутом положении. У меня отрезок бумажного цилиндра. Можно зажать струбцинами. Главное исключить падения горячего утюга. Я ставлю на максимальную мощность и отставляю нагреваться.
Пока утюг нагревается. Проверяем светодиоды мультиметром. Ставим на предел измерения диодов. Ставим щупы на светодиод. Исправный светодиод слегка подсвечивается.
Так выглядит подсветка исправного светодиода в темноте.
Промазываем флюсом и кладем линейку на разогретый утюг. Область со светодиодом слегка прижимаем, для наилучшего нагрева. Пинцетом аккуратно шевелим нашего погорельца и снимаем с платы. У меня время нагрева составило около 10-15 секунд.
Место, где стоял горелый светодиод, очищаем и промазываем флюсом.
Я использовал донорскую плату с похожими светодиодами. Отпаиваем с нее похожим образом (флюс, утюг и так далее).
Рабочий ставим на место сгоревшего светодиода, согласно полярности. Перепутать тяжело. Один пятачок больше другого. Устанавливаем на утюг и прогреваем, придавливая светодиод пинцетом. После запайки откладываем остывать.
После остывания ленты следы флюса смываем. Я использую изопропанол (изопропиловый спирт), можно применить обычный спирт.
Проверяем. Подключаем питание на отрезок. У меня линейка имеет 44 светодиода. 11 светодиодов запаяны последовательно, таких имеется четыре отрезка. Каждый отрезок соединен с другими параллельно. Я запитал пониженным напряжением в 33.5 вольта. Все отлично работает.
Вот так просто можно перепаять светодиоды. Не имея паяльного фена, а имея обычный бытовой утюг.
На работе на одном из объектов сгорел светодиодный светильник. Светильник на гарантии, но срок поставки в Россию — 1-2 месяца, а сдавать объект в эксплуатацию надо было в течение 1 недели. Приняли решение самостоятельно заменить светодиод.
Заказали кристалл, по своим техническим характеристикам аналогичный неисправному.
Вот так выглядит светильник:
Видно, что горит только 1 кристалл из 4. Заменить светодиод не так-то просто. Если «сдуть» горячим воздухом сдохший светодиод еще можно, то припаять уже невозможно — плавится линза и корпус диода, но никак не припаивается.Одна беда была — на замену пришли кристаллы без ножек, только с контактными площадками под самим кристаллом.
Процесс замены непосредственно этого светодиода я не снимал,т.к. происходило все в срочном порядке, а вот пайку аналогичных светодиодов меньшей мощности для другого проекта я задокументировал как следует.
Для пайки нам потребуется паяльный фен и деревянный кубик.
В кубике делаем отверстия и пропилы так, как показано на чертеже:
На верхнем рисунке показан вид сбоку. Делаем 2 отверстия: сверху-вниз до центра и сбоку в центр под углом — это будет воздуховод для горячего воздуха из фена. Воздух будет направляться на центр алюминиевой пластины, на которую будет припаиваться светодиод.
На поверхности кубика делаем надпилы, чтобы потоками воздуха не сдувало площадку для пайки.
Вот такой кубик у вас должен получиться:
Лудим сам кристалл обычным паяльником:
Прижимаем пинцетом к площадке, вставляем фен и ждем, пока из-под площадки не вытекут излишки припоя. Можно заранее прогреть площадку.
Сам процесс занимает порядка 10-15 секунд в зависимости от температуры фена и скорости потока воздуха. Кубик слегка воняет, но не горит. Температура пайки — 350-400 гр.
На 3д принтере напечатали корпуса для этих светодиодов. Приклеили линзы и вот что получилось:
Корпуса убогие и простые, но зато поворотные. Светодиод можно направить в любое направление. Кстати, проект называется «Нетемно», инсталляция будет демонстрироваться в г.Екатеринбурге 21 декабря. В одном из переулков в арке на ул.Пушкина (в 20 м от Рози Джейн).
Очень многих при подключении и монтаже светодиодной ленты отпугивает необходимость ее пайки.
Например, с этим можно столкнуться когда ленту нужно укоротить, разрезать, выполнить поворот, а затем соединить контактные площадки между собой. Либо просто подключить ее проводами к блоку питания или контроллеру.
Людям кажется, что грамотно это могут сделать только профессиональные радиолюбители и электронщики. Поэтому они предпочитают для соединения купить какие-нибудь коннекторы или соединительные провода.
Однако только пайка способна сделать действительно качественное соединение в светодиодных лентах.
Недостатки соединительных коннекторов
При использовании коннектора, у контакта на ленте и контакта на соединителе, после защелкивания образуется довольно малая площадь соприкосновения. На чем в итоге это отражается?
Из-за уменьшения площади происходит нагрев. Во-первых, это сказывается на самих светодиодах расположенных поблизости от точки соединения. Они начинают деградировать и терять яркость быстрее остальных своих «собратьев» в подсветке.
А во-вторых, медь без пайки и лужения имеет свойство сначала темнеть, а затем окисляться, с образованием налета зеленоватого цвета. То есть образуются оксиды, которые не проводят электрический ток. Это свойственно даже не совсем маленьким контактам на выключателях с большими токами.
Если же у вас контакт греется, то процесс окисления будет происходить гораздо быстрее и интенсивнее. В конечном итоге нормальный контакт просто исчезает. Светодиодная лента начинает самопроизвольно мигать, тухнуть и т.п.
Даже если вы обеспечите достаточную площадь соприкосновения, но ничем не защитите контакты, процессы окисления рано или поздно все равно возникнут.
Поэтому пайка это самый надежный и долговечный способ соединения и подключения светодиодных лент.
Инструмент и материалы для пайки
Процесс этот вовсе не сложный, достаточно иметь необходимые материалы и соблюдать несколько элементарных правил.
Вот все необходимое, что вам может понадобиться:
Кратко, весь процесс должен выглядеть следующим образом:
1 Подготавливаем паяльник2 Окунаем в канифоль
3 Окунаем в припой
4 Опять в канифоль
5 Пайка проводов и ленты
А теперь все это поподробнее и с определенным нюансами.
Пайка проводов к ленте
Итак, у вас есть лента и контактные места на ней, куда следует припаять провода.
Перво-наперво найдите маркировку, какой контакт "плюсовой", а какой "минусовой".
На RGB вариантах будет один общий плюс (+12V) и три минуса (R-G-B). Это важно в дальнейшем для соблюдения полярности и подачи питания от блока.
Зачищаете кончики проводов от изоляции. Желательно взять именно разноцветные жилы, чтобы не путаться с полярностью в дальнейшем.
Нагреваете паяльник, дотрагиваетесь до припоя и опускаете жилку в канифоль.
После чего вытаскивая жилу, тут же подносите к ней жало паяльника с оловом.
Процесс лужения должен произойти автоматически. Проделываете процедуру пару-тройку раз, чтобы полностью покрыть медную жилу со всех сторон.
Теперь нужно залудить контактные места на светодиодной ленте. Лучше всего это делать при помощи флюса.
Перед этим не забудьте хорошенько очистить жало паяльника.
Окунаете его в канифоль и счищаете все лишнее. Это можно сделать специальной губкой, простым ножичком, если нагар въелся капитально или использовать металлическую губку.
Главное не допустить, чтобы какие-либо посторонние элементы попали на контактную площадку.
Далее, берете на кончике зубочистки совсем немного флюса и наносите его на светодиодную ленту.
После чего касаетесь разогретым паяльником припоя и прикладываете его жало на 1-2 секунды к местам пайки на ленте.
Важно, чтобы паяльник был маломощный, с температурой нагрева не более 250 градусов.
А что делать, если у вас нет регулятора? Как определить температуру нагрева?
- при окунании в канифоль, последняя не должна закипать
Максимально допустимое время приложения жала к светодиодной ленте - не более 5 секунд. При использовании флюса, это происходит гораздо быстрее 1-2 сек.
В итоге у вас должны получиться два оловянных бугорка, в которых потом нужно будет "утопить" соединительные провода.
Перед непосредственной пайкой самих проводов примерьте их кончики.
Они должны быть зачищены ровно по длине мест пайки. Обычно это не более 2мм.
Если оголенные концы будут достаточно длинными, то при изгибе они могут запросто закоротить между собой. Поэтому лишнее всегда выкусывайте, оставляя кончик как можно короче.
Касаетесь этим кончиком бугорка на контакте светодиодной ленты и сверху на 1 секунду прикладываете паяльник. Олово расплавляется и провод погружается, как бы утопая в нем. То же самое проделываете со вторым проводом.
В итоге у вас должна получиться довольно большая по площади контактная площадка. Но самое главное, это место со всех сторон закрыто оловянной "подушкой", что надежно защищает контакты от окисления.
Для еще большей прочности место пайки можно залить термоклеем, а поверх надеть термоусадку. Тогда провода не отвалятся даже при постоянных изгибах.
Пайка ленты покрытой силиконом
Если светодиодная лента полностью покрыта силиконом, ничего хитрого в ее пайке также нет.
Просто, аккуратно канцелярским ножичком счищаете места пайки от силикона, и проделываете всю вышеописанную процедуру.
Силикон здесь играет роль дополнительной изоляции светодиодов от внешних условий.
Если же у вас лента с защитой IP68, то после всех работ с паяльником, придется обратно загерметизировать конец с проводами.
Для этого led-ленту нужно постараться затолкать обратно в защитную оболочку и залить все пространство в этом месте силиконом.
Глубина заливки минимум 10мм. После чего установливаете заглушку, также предварительно смазанную внутри силиконом. Провода пропускаются через отверстия в заглушке.
Соединение внахлест без проводов
Чтобы спаять две ленты внахлест, один из ее концов нужно залудить с обоих сторон. Для этого аккуратно снимаете с обратной стороны двухсторонний скотч и ножиком очищаете слой клея.
После этого накладываете один отрезок (тот что обработали с двух сторон), на другой (луженный только сверху).
Совмещаете контакты между собой и прогреваете паяльником верхнюю ленту так, чтобы припой расплавился и снизу тоже.
Правда такое соединение не считается особо надежным, поэтому лучше использовать для этой цели традиционные провода.
Если у вас светодиодная лента большой протяженности (до 5 метров), то припаивать провода питания к ней желательно с обоих сторон. Это обеспечит равномерное свечение всех светодиодов.
Пайка проводов под углом
А как лучше паять провода к протяженной светодиодной подсветке, состоящей из нескольких параллельных отрезков?
Обычно для такого подключения имеется общая шина питания (провода сечением 1,5мм2), и отдельные куски ленты, которые нужно впаять-подключить к этой шине.
В этом случае, провода лучше всего припаивать к отдельным кусочкам под углом в 90 градусов.
Причем чтобы не накладывать один провод поверх другого
подключение "плюса" можно сделать не в том же самом контактном месте где и "минус", а в следующем отрезке модуля.
На свечении светодиодов это никак не отразится.
Светодиодная RGB лента
Если у вас светодиодная лента RGB, то вы наверное заметили, что у нее контакты для пайки находятся довольно близко друг от друга.
Поэтому при пайке такой подсветки, обязательно контролируйте, чтобы не произошло замыкание площадок оловянной дорожкой.
Если такое все же случилось, а вы этого не заметили, то минимум что произойдет - это перепутаются цвета, либо какие-нибудь из них исчезнут.
А вот если замкнет плюсовой контакт и какой-нибудь из минусов, то это может привести к выходу из строя блока питания, либо самой ленты.
Что делать, если площадки все же перекрылись припоем? Чтобы исправить это, подносите кончик паяльника опять к площадкам, разогреваете олово и проводите между контактами обыкновенной зубочисткой.
Процесс пайки у RGB такой же самый как у простой одноцветной светодиодной ленты. Наносите флюс (4 капли).
Создаете оловянные "подушечки".
После чего проводки поочередно утапливаете внутри.
Чтобы сделать отвод от 4-х или даже 5-ти (RGBW) контактов в сторону, и при этом не мешать подключению второго отрезка ленты, припаивайте всего по одному контакту на каждом модуле.
Либо паяйте все 4 провода не в самом конце, а на предпоследнем модуле.
Лента все равно будет светиться исправно, в не зависимости от того, в каком месте пайка.
Таким образом имея нормальный паяльник, припой и хороший флюс, научиться паять светодиодную ленту может любой новичок.
Когда коннекторы нужны
Безусловно, монтаж коннекторами выполняется гораздо быстрее и не требует спец.инструмента.
Но если светодиодную подсветку потолка вы делаете для себя и на долгие годы, то потеря лишних 10-15 минут при монтаже, окупится в дальнейшем парой-тройкой лишних годов надежной эксплуатации.
Однако полностью отменять соединительные коннекторы все же не стоит. Если вы собираете какую-то подсветку сложной конструкции, да еще высоко под потолком, то без них не обойтись.
Пайка в таких местах не просто неудобна, но и может закончится случайным повреждением потолочного покрытия. Да и паять на весу, то еще удовольствие.
Когда подносите паяльник снизу-вверх, не всегда капля припоя прилипает. Одевать при такой работе защитные очки крайне обязательно.
Поэтому при сложных оформлениях, безусловно лучше делать выбор в пользу коннекторов.
Будет легче переставлять отрезки подсветки, менять конфигурацию.
Пайка светодиодов паяльником используется в исключительно редких случаях:
- при макетировании новых устройств во время проектных работ;
- при индивидуальном или мелкосерийном производстве новых изделий;
- при ремонте аппаратуры и устройств, в которой использованы светодиоды.
Термин пайка означает способ неразборного соединения двух или более контактирующих деталей из металла или с металлизированной поверхностью. Осуществляют ее заполнением промежутка между деталями легкоплавким металлом, который называют припоем. Перед пайкой поверхность металла должна быть очищена от окислов, масла, грязи и т. п. Чистят механически щеткой, ножом, жалом паяльника. Ее дополняют химической чисткой флюсом для пайки светодиодов . Он может быть, например, раствором канифоли в спирте, в виде геля или пасты из флюса с микрошариками припоя и др.
В качестве припоев используются легкоплавкие, т. е. с невысокой температурой плавления сплавы олова, свинца, серебра, кадмия и др.
Если для удержания деталей прочности материала припоя недостаточно, то соединяемые поверхности облуживают тонким слоем припоя, механически соединяют и пропаивают. Провода скручивают, выводы в металлизированных отверстиях загибают, корпуса светодиодов и др. элементов приклеивают к плате.
При массовом изготовлении светодиодных устройств – лент, ламп, линеек, модулей и пр. используют механизированные и автоматизированные способы пайки – групповыми паяльниками, с помощью паяльной станции, окунанием в ванночку с припоем, волной расплавленного припоя, горячим воздухом и др.
Процедура пайки светодиодов
Процедуру пайки мощных светодиодов можно разделить на два этапа:
- пайка самого корпуса светодиода к алюминиевой плате-радиатору;
- пайка выводов светодиода к контактным площадкам.
Корпус паяют нанесением паяльной пасты для пайки светодиодов , например, Mechanic MCN-300, состоящей из шариков размером 45 – 25 мкм припоя (63 части олова, 37 – свинца) и флюс-пасты.
Перед пайкой светодиодов на алюминиевую плату в домашних условиях наносят пасту на место пайки и на дно корпуса светодиода и прижимают. Устанавливают плату на утюг с терморегулятором и постепенно нагревают до расплавления пасты. Греть можно строительным феном, или на газовой или электрической плите. Температура пайки светодиодов не должна быть более 200 – 215℃. Время пайки не более 3 – 5 сек. Двигать плату можно только после её остывания.
Второй этап – пайка выводных площадок на корпусе, планарных и торцевых выводов.
Так же паяют . Работают паяльником с тонким узким жалом. Помещают пасту в зазор между контактами и разогревают паяльником. Время и температура те же.
Совет. До первой пайки светодиодов на плату своими руками потренируйтесь на неисправных деталях и платах. Перегрев контактных площадок и печатных дорожек на исправных может привести к их отслоению. Потом придется ставить проволочные перемычки или даже выбросить плату.
Многие задаются вопросом, как правильно паять SMD-компоненты. Но перед тем как разобраться с этой проблемой, необходимо уточнить, что же это за элементы. Surface Mounted Devices – в переводе с английского это выражение означает компоненты для поверхностного монтажа. Главным их достоинством является большая, нежели у обычных деталей, монтажная плотность. Этот аспект влияет на использование SMD-элементов в массовом производстве печатных плат, а также на их экономичность и технологичность монтажа. Обычные детали, у которых выводы проволочного типа, утратили свое широкое применение наряду с быстрорастущей популярностью SMD-компонентов.
Ошибки и основные принцип пайки
Некоторые умельцы утверждают, что паять такие элементы своими руками очень сложно и довольно неудобно. На самом деле, аналогичные работы с ТН-компонентами проводить намного труднее. И вообще эти два вида деталей применяются в различных областях электроники. Однако многие совершают определенные ошибки при пайке SMD-компонентов в домашних условиях.
SMD-компоненты
Главной проблемой, с которой сталкиваются любители, является выбор тонкого жала на паяльник. Это связано с существованием мнения о том, что при паянии обычным паяльником можно заляпать оловом ножки SMD-контактов. В итоге процесс паяния проходит долго и мучительно. Такое суждение нельзя считать верным, так как в этих процессах существенную роль играет капиллярный эффект, поверхностное натяжение, а также сила смачивания. Игнорирование этих дополнительных хитростей усложняет выполнение работы своими руками.
Пайка SMD-компонентов
Чтобы правильно паять SMD-компоненты, необходимо придерживаться определенных действий. Для начала прикладывают жало паяльника к ножкам взятого элемента. Вследствие этого начинает расти температура и плавиться олово, которое в итоге полностью обтекает ножку данного компонента. Этот процесс называется силой смачивания. В это же мгновение происходит затекание олова под ножку, что объясняется капиллярным эффектом. Вместе со смачиванием ножки происходит аналогичное действие на самой плате. В итоге получается равномерно залитая связка платы с ножками.
Контакта припоя с соседними ножками не происходит из-за того, что начинает действовать сила натяжения, формирующая отдельные капли олова. Очевидно, что описанные процессы протекают сами по себе, лишь с небольшим участием паяльщика, который только разогревает паяльником ножки детали. При работе с очень маленькими элементами возможно их прилипание к жалу паяльника. Чтобы этого не произошло, обе стороны припаивают по отдельности.
Пайка в заводских условиях
Этот процесс происходит на основе группового метода. Пайка SMD-компонентов выполняется с помощью специальной паяльной пасты, которая равномерно распределяется тончайшим слоем на подготовленную печатную плату, где уже имеются контактные площадки. Этот способ нанесения называется шелкографией. Применяемый материал по своему виду и консистенции напоминает зубную пасту. Этот порошок состоит из припоя, в который добавлен и перемешан флюс. Процесс нанесения выполняется автоматически при прохождении печатной платы по конвейеру.
Заводская пайка SMD-деталей
Далее установленные по ленте движения роботы раскладывают в нужном порядке все необходимые элементы. Детали в процессе передвижения платы прочно удерживаются на установленном месте за счет достаточной липкости паяльной пасты. Следующим этапом происходит нагрев конструкции в специальной печи до температуры, которая немного больше той, при которой плавится припой. В итоге такого нагрева происходит расплавление припоя и обтекание его вокруг ножек компонентов, а флюс испаряется. Этот процесс и делает детали припаянными на свои посадочные места. После печки плате дают остыть, и все готово.
Необходимые материалы и инструменты
Для того чтобы своими руками выполнять работы по впаиванию SMD-компонентов, понадобится наличие определенных инструментов и расходных материалов, к которым можно отнести следующие:
- паяльник для пайки SMD-контактов;
- пинцет и бокорезы;
- шило или игла с острым концом;
- припой;
- увеличительное стекло или лупа, которые необходимы при работе с очень мелкими деталями;
- нейтральный жидкий флюс безотмывочного типа;
- шприц, с помощью которого можно наносить флюс;
- при отсутствии последнего материала можно обойтись спиртовым раствором канифоли;
- для удобства паяния мастера пользуются специальным паяльным феном.
Пинцет для установки и снятия SMD-компонентов
Использование флюса просто необходимо, и он должен быть жидким. В таком состоянии этот материал обезжиривает рабочую поверхность, а также убирает образовавшиеся окислы на паяемом металле. В результате этого на припое появляется оптимальная сила смачивания, и капля для пайки лучше сохраняет свою форму, что облегчает весь процесс работы и исключает образование «соплей». Использование спиртового раствора канифоли не позволит добиться значимого результата, да и образовавшийся белый налет вряд ли удастся убрать.
Очень важен выбор паяльника. Лучше всего подходит такой инструмент, у которого возможна регулировка температуры. Это позволяет не переживать за возможность повреждения деталей перегревом, но этот нюанс не касается моментов, когда требуется выпаивать SMD-компоненты. Любая паяемая деталь способна выдерживать температуру около 250–300 °С, что обеспечивает регулируемый паяльник. При отсутствии такого устройства можно воспользоваться аналогичным инструментом мощностью от 20 до 30 Вт, рассчитанным на напряжение 12–36 В.
Использование паяльника на 220 В приведет к не лучшим последствиям. Это связано с высокой температурой нагрева его жала, под действием которой жидкий флюс быстро улетучивается и не позволяет эффективно смачивать детали припоем.
Специалисты не советуют пользоваться паяльником с конусным жалом, так как припой трудно наносить на детали и тратится уйма времени. Наиболее эффективным считается жало под названием «Микроволна». Очевидным его преимуществом является небольшое отверстие на срезе для более удобного захвата припоя в нужном количестве. Еще с таким жалом на паяльнике удобно собирать излишки пайки.
Использовать припой можно любой, но лучше применять тонкую проволочку, с помощью которой комфортно дозировать количество используемого материала. Паяемая деталь при помощи такой проволочки будет лучше обработана за счет более удобного доступа к ней.
Как паять SMD-компоненты?
Порядок работ
Процесс пайки при тщательном подходе к теории и получении определенного опыта не является сложным. Итак, можно всю процедуру разделить на несколько пунктов:
- Необходимо поместить SMD-компоненты на специальные контактные площадки, расположенные на плате.
- Наносится жидкий флюс на ножки детали и нагревается компонент при помощи жала паяльника.
- Под действием температуры происходит заливание контактных площадок и самих ножек детали.
- После заливки отводится паяльник и дается время на остывание компонента. Когда припой остыл - работа выполнена.
Процесс пайки SMD-компонентов
При выполнении аналогичных действий с микросхемой процесс пайки немного отличается от вышеприведенного. Технология будет выглядеть следующим образом:
- Ножки SMD-компонентов устанавливаются точно на свои контактные места.
- В местах контактных площадок выполняется смачивание флюсом.
- Для точного попадания детали на посадочное место необходимо сначала припаять одну ее крайнюю ножку, после чего компонент легко выставляется.
- Дальнейшая пайка выполняется с предельной аккуратностью, и припой наносится на все ножки. Излишки припоя устраняются жалом паяльника.
Как паять при помощи фена?
При таком способе пайки необходимо смазать посадочные места специальной пастой. Затем на контактную площадку укладывается необходимая деталь - помимо компонентов это могут быть резисторы, транзисторы, конденсаторы и т. д. Для удобства можно воспользоваться пинцетом. После этого деталь нагревается горячим воздухом, подаваемым из фена, температурой около 250º C. Как и в предыдущих примерах пайки, флюс под действием температуры испаряется и плавится припой, тем самым заливая контактные дорожки и ножки деталей. Затем отводится фен, и плата начинает остывать. При полном остывании можно считать пайку оконченной.
