Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Tutorial lutowania elementów w obudowach QFN

ghost666 05 Sty 2019 18:52 1920 23
  • Tutorial lutowania elementów w obudowach QFN
    Jeśli interesują Cię układy zasilania dedykowane do systemów o wysokiej gęstości mocy i wysokiej gęstości obsadzenia elementami, to z pewnością układy w obudowach QFN nie są dla Ciebie nowością. Przetwornice impulsowe w tego rodzaju obudowach oferują doskonałą gęstość mocy i upakowania w systemach elektronicznych, jednakże nastręczają innego problemu - lutowanie tych elementów, zwłaszcza w obudowach z termopadami, nie jest takie proste, a poprawne wykonanie tego kroku zapewnia powodzenie testów i ewaluacji systemu zasilania.

    Jak więc polutować tego rodzaju układy? Czy potrzebne jest jakieś specjalne wyposażenie albo niebywały talent i zręczność? Nie ma się co martwić, to prostsze niż nam się wydaje. Wystarczy postępować zgodnie z zebranymi poniżej wskazówkami, aby poprawnie przylutować taki element.

    Zanim jednak zabierzemy się do lutowania, musimy upewnić się, że płytka drukowana, z której korzystamy, jest kompletnie sucha. Jeżeli jest inaczej, to możemy uszkodzić PCB (ryzykujemy delaminację warstw). Musimy wspomóc się grzejnikiem ceramicznym - z pomocą tego rodzaju urządzenia podgrzejemy płytkę do około 150°C (a dla PCB szczególnie dużych lub wyposażonych w osiem warstw lub więcej i do 200°C).

    Następnie musimy podgrzać lokalnie płytkę drukowaną (PCB), by zwiększyć jej temperaturę do poziomu umożliwiającego lutowanie. Kierujemy dyszę lutownicy na gorące powietrze na pola lutownicze układu QFN. Musimy uważać z ustawieniami temperatury naszej lutownicy, gdyż zgodnie ze specyfikacjami, temperatura układu scalonego nie powinna w żadnym momencie przekroczyć 260°C.

    Po osiągnięciu stabilnej temperatury, możemy nałożyć na pola lutownicze topnik i spoiwo - w tym przypadku korzystamy z cienkiej cyny 0,2 mm. Łapiemy nasz układ scalony za pomocą pęsety i delikatnie przytrzymujemy kilka milimetrów od pól lutowniczych, podczas gdy cynujemy pady. Gdy lutowie na polach jest już roztopione, możemy umieścić układ scalony na polach, jak pokazano na zdjęciu poniżej. Układ scalony powinien sam spozycjonować się na polach lutowniczych, dzięki napięciu powierzchniowemu roztopionej cyny. Delikatne dmuchanie gorącym powietrzem z lutownicy pomoże w finalnym pozycjonowaniu układu.

    Tutorial lutowania elementów w obudowach QFN


    Na tym etapie warto pracować możliwie szybko. Im mniej czasu zajmie nam pozycjonowanie elementu na polach, tym lepiej. Należy zadbać, by nie skończył się topnik, gdyż doprowadzi to do utleniania się spoiny, a w konsekwencji prowadzić może do powstawania zimnych lutów. Oczywiście cały czas podczas lutowania układu pamiętajmy o zabezpieczeniu się przed ESD - używajmy odpowiedniej maty na biurko, pęsety i lutownicy.

    I gotowe! w ten sposób przylutowaliśmy nasz element w obudowie QFN.

    Więcej informacji na temat montowania tego rodzaju elementów mocy znajdziemy w artykule TI poświęconej montażowi elementów w obudowach QFN oraz SON.

    Źródło: http://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2018/11/26/qfn-soldering-tips-and-tricks


    Fajne! Ranking DIY
  • #2 05 Sty 2019 20:35
    tmf
    Moderator Mikrokontrolery Projektowanie

    Moim zdaniem proces opisany w poradniku jest słaby. O wiele prościej i wygodniej użyć cyny w paście. Nakładamy niewielką ilość pasty na pad (tak, żeby go ledwie pokrywała cieniutką warsterką), jeśli mamy szablon to robimy to przez szablon i nie ma probmeu. Następnie grzejemy hot-airem i po chwili mamy elegancko przylutowany scalak.
    Ponieważ taka procedura się spisuje przy wymianie scalaka, natomiaszt przy robieniu układu od nowa, zwykle mamy więcej elementów, więc moja procedura wygląda tak:
    - na PCB nakładamy na pady cienką warstwę cyny w paście (musi być dobrej jakości, to znacznie ułatwia lutowanie),
    - nakładamy elementy SMD przy pomocy pęsety - nie muszą być nakładane jakoś szczególnie precyzyjnie, napięcie powierzchniowe to wyrówna (ważne, aby projekt płytki był w miarę ok)
    - bierzemy toster - najtańszy jaki znajdziemy (100-200 zł), byle moc miał odpowiednią i w ciągu 3-4 min. był w stanie osiągnąć te 180-240 stopni (w zależności od użytej pasty - ołowiowa, czy bez), oczywiście dla pasty ołowiowej, tostera już nie używamy do celów kulinarnych, przy innych pastach zresztą też nie.
    - wkładamy do tostera termoparę z miernika za kilkanaście zł. Jak ktoś musi, to można sprawdzić dokładność wskazań np. we wrzącej wodzie.
    - wkładamy przygotowaną płytkę do tostera (na jakiejś podkładce, żeby się równo grzała),
    - włączamy toster, obserwując wskazania temp. Jeśli rośnie zbyt szybko, to możemy zwolnić wzrost np. delikatnie uchylając dźwiczki. Ważne, żeby temp. nie rosła za szybko, a jeśli już to, żeby cała płytka równomiernie się grzała, w przeciwnym przypadku małe elementy, typu rezystory, kondensatory mogą nagrobkować,
    - dochodzimy z temp. do punktu topnienia użytej pasty, obserwujemy wizualnie proces lutowania, jak widzimy wszędzie błyszczące spoiwo to kończymy zabawę.
    - studzimy uchylając drzwiczki wyłączonego tostera.
    W ten sposób nie uzyskamy idealnego profilu, ale jeszcze nigdy mi się nie zdarzyło, aby jakiś element uległ uszkodzeniu. Na końcu zawsze warto przejrzeć czy nie ma zwarć (dotyczy głównie TQFP, QFN i gęstych rastrów ) - zwarcia się robią, jeśli przesadzimy z pastą. Warto najpierw poćwiczyć na sucho, na jakiejś płytce do wyrzucenia. Generalnie, jeśli uważamy, że pasty jest w sam raz, to znaczy, że jest jej za dużo :) Przy zamawianiu płytki warto dopłacić te parę złotych na szablon. I to tyle.

  • #3 05 Sty 2019 20:48
    krisRaba
    Poziom 26  

    Trochę mnie zaskoczyło lutowanie hot-airem z wykorzystaniem "solder-wire" i z wrażenia aż odwiedziłem PDFa.. Tam, zgodnie z moimi oczekiwaniami, piszą raczej o "solder-paste". Ale ze zdziwieniem odkryłem, że artykuł źródłowy faktycznie proponuje jako trik lutowanie cyną 0,2mm :-/.
    Dla mnie to trochę utrudnianie sobie życia, bo pobielona cyną powierzchnia zwykle już nie ma topnika, bo w dużej mierze odparował w trakcie nakładania. Można oczywiście dodać np. w żelu..
    Druga rzecz, to nierównomierne pobielenie może skutkować problemami z unoszeniem i niedoleganiem niektórych padów. Z mojego doświadczenia aż tak fajnie się to już potem nie zachowuje, szczególnie gdy brakuje topnika.
    Jeśli już stosować dziką technikę, bez pasty lutowniczej, to dla QFN lepiej lutować sam thermal pad hotem, a jak on "siądzie" i mamy wypozycjonowany układ, to nogi (dostępne również z boku obudowy) lutujemy już dookoła grotem.
    A dla "niemiłośników" lub "nieposiadaczy" hota jest jeszcze inny trik. Pod QFN robisz większy metalizowany otwór. Na początku lutujesz wszystkie wyprowadzenia dookoła uważając, by obudowa dobrze dolegała do PCB. Potem obracasz płytkę i od spodu rozgrzewając metalizowany otwór zalewasz go cyną tak, by złapał również thermal-pad ;) Prawdopodobnie to gorsze rozwiązanie niż w 100% przylutowaniy thermal-pad z milionem małych przelotek, ale generalnie działa ;)

  • #4 05 Sty 2019 21:26
    bolek
    Specjalista - oświetlenie sceniczne

    Myślę że na taki pomysł lutowania drutem wpadł tylko ktoś kto nigdy nie użył pasty.
    Jeśli ktoś nie ma hot aira to wystarczy wynalazek w postaci H4 i włókna świateł "krótkich". Jeszce lepiej pójdzie jeśli takie lutowane PCB wstępnie podgrzeje się do jakiś 200st na kuchence elektrycznej.
    Toster też spoko, ale to amatorski level master bo fest nie równo grzeje, a jak elementy się zlepią to i tak czeka zabawa z hotem.

  • #5 05 Sty 2019 21:33
    mkpl
    Poziom 37  

    Ja to robię prościej i mniej fachowo ale na domowe warunki jest ok.
    W pierwszym kroku trzeba pocynować układ od spodu. Dalej flux i grzanie hotem pcb z jednoczesnym podgrzewaniem układu (omiata go powietrze grzejące pcb). Jak już druk nabierze takiej temperatury, że cyna zaczyna się topić ustawiam układ na swoim miejscu i delikatnie "puknę" go od góry. Po takim ruchu cyna na padach wiąże się z PCB i już.

    Podgrzewacz potrzebny jest jedynie by wyjąć z PCB sprawne kostki. Jest to związane z tym, że w przypadku demontażu elementu grzejemy PCB hotem przez element, który może się uszkodzić termicznie.

  • #6 05 Sty 2019 22:29
    yogi009
    Poziom 42  

    Też mnie zaskoczyli z tym drutem cynowym. W notach katalogowych mówią o paście i profilach, ani słowa o drucie.

  • #7 06 Sty 2019 00:03
    Janusz_kk
    Poziom 17  

    krisRaba napisał:
    Dla mnie to trochę utrudnianie sobie życia, bo pobielona cyną powierzchnia zwykle już nie ma topnika, bo w dużej mierze odparował w trakcie nakładania.

    Potwierdzam, takie lutowanie jest bez sensu bo kładzie się układ na suchą cynę. Naprostrza metoda oprócz pasty to
    topnikiem malujemy pady pozycjonujemy układ i lutujemy cienkim grotem, cyna sama jest wciągana w głąb układu/pada.
    A radiator lutujemy od dołu poprzez dużą przelotkę albo rozgrzewamy na grocie układ i pad z maleńką kroplą i szybko
    przykładamy, tyle że tutaj jest ryzyko niedolutowania lub zwarcia jak za dużo cyny będzie no i trzeba hot-aira żeby ewentualnie ukłąd poprawić.

  • #8 06 Sty 2019 08:40
    Baskhaal
    Poziom 8  

    krisRaba napisał:

    Jeśli już stosować dziką technikę, bez pasty lutowniczej, to dla QFN lepiej lutować sam thermal pad hotem, a jak on "siądzie" i mamy wypozycjonowany układ, to nogi (dostępne również z boku obudowy) lutujemy już dookoła grotem.


    Obecnie bardzo dużo QFN (i podobnych) nie ma już dostępnych wyprowadzeń po bokach.

    A tak ogólnie - lutowanie takich komponentów inaczej niż w procesie automatycznymnym jest sytuacją wyjątkową, rzadką i nie widzę innej metody niż położenie pasty (sito 0,15-0,185mm) i hot air. Ważne aby gdy mamy termalpad sito miało ciut mniejszą aperturę w tym miejscu niż wynosi powierzchnia wspomnianego termala.

    Dodano po 7 [minuty]:

    tmf napisał:
    - bierzemy toster - najtańszy jaki znajdziemy (100-200 zł), byle moc miał odpowiednią i w ciągu 3-4 min. był w stanie osiągnąć te 180-240 stopni (w zależności od użytej pasty - ołowiowa, czy bez), oczywiście dla pasty ołowiowej,


    1. Dla bezołowiu to i 240 będzie za mało w wielu przypadkach.
    2. Nie zapominajmy, że i pasta i układ wymagają konkretnego profilu podgrzania, reflow i wychłodzenia. Wbrew pozorom ma to ogromne znaczenie. Bardzo dużo się dzieje w paście w trakcie samego np podgrzewania wstępnego ale to już temat na osobny artykuł.

    Można próbować, coś na poziomie wygrzewania karty graficznej w piekarniku 'bo artefaktami sieje na ekranie' - jak coś jest głupie ale działa to już nie jest głupie ;)

  • #9 06 Sty 2019 09:55
    krisRaba
    Poziom 26  

    Baskhaal napisał:
    Obecnie bardzo dużo QFN (i podobnych) nie ma już dostępnych wyprowadzeń po bokach.

    Hmm, a to nie były już LGA? Póki co wszystkie QFN, których używałem miały.. no ale o ile jeden wyjątek kładzie tezę, to setki przykładów jej nie udowadniają, więc może być jak piszesz :)

  • #10 06 Sty 2019 10:35
    Baskhaal
    Poziom 8  

    Teraz możesz mieć co zechcesz :)
    PQFN
    Tutorial lutowania elementów w obudowach QFN

    D-shape PQFN standard albo pull-back
    Tutorial lutowania elementów w obudowach QFN

    Albo po prostu nfh PQFN
    Tutorial lutowania elementów w obudowach QFN

    itd itp.

    Nazw masz też miliony
    Tutorial lutowania elementów w obudowach QFN

    Nie ma jednego standardu wykonania. Każdy producent ma swoją wizję ale jest na tyle uprzejmy, że podaje wytyczne z zakresu PCB design pod swoje komponenty więc nie ma problemów z projektowaniem padów. Procesy Pick&Place a dokładnie ich układy wizyjne coraz rzadziej opierają się na bibliotekach, a bardziej na rozpoznawaniu obrazu i uczeniu maszynowym więc standaryzacja nie jest potrzebna.

  • #12 06 Sty 2019 15:33
    eDZio
    Poziom 16  

    tmf napisał:
    na PCB nakładamy na pady cienką warstwę cyny w paście (musi być dobrej jakości, to znacznie ułatwia lutowanie),

    Jesteś w stanie polecić jakąś dobrą pastę? Taką którą można kupić w niewielkich ilościach, a nie całe "wiadro" którego do końca życia nie zużyję.

  • #13 06 Sty 2019 16:13
    tmf
    Moderator Mikrokontrolery Projektowanie

    eDZio napisał:
    Jesteś w stanie polecić jakąś dobrą pastę? Taką którą można kupić w niewielkich ilościach, a nie całe "wiadro" którego do końca życia nie zużyję.

    Kupuję w TME lub Farnellu pasty w strzykawkach - jak najmniejszych, pasta musi być świeża. Niezużytą pastę dokłądnie zamykam i do lodówki. Używam past ołowiowych - lutuje się nimi w niższej temp., a przy okazji spoiny są lepsze.

  • #14 06 Sty 2019 17:03
    Baskhaal
    Poziom 8  

    Alpha Metals jest bardzo dobra, ale wątpie byś dostał w strzykawce mniejszej niż 0,6kg.
    Pastę należy trzymać we wskazanej temperaturze, naogół 2-6 stopni natomiast drukować w 16-30 stopni ergo - przed użyciem pastę się wyjmuje z lodówki i daje dojść do temperatury pokojowej (przez np 4 godziny).

    Trzeba uważać co się wybiera, bo jest mnóstwo past specjalistycznych, które w amatorskim, domowym zastosowaniu mogą się nie sprawdzić. Np pasta do reflow w osłonie azotu itd itp.

  • #15 07 Sty 2019 15:05
    H3nry
    Poziom 29  

    bolek napisał:
    Toster też spoko, ale to amatorski level master bo fest nie równo grzeje

    Kto zabrania używać tostera z termoobiegiem ?

  • #16 07 Sty 2019 15:06
    eDZio
    Poziom 16  

    Problem w tym, że nie mogę znaleźć nic w malutkich strzykawkach poza Easy Print od AG Termopasty, do której się zraziłem. Miałem to kiedyś i nie dało się tym lutować, a trzymałem to w lodówce i przed użyciem pozwoliłem aby się ogrzała do temperatury pokojowej. Nawet ze strzykawki nie chciało to wyjść. Może nie była świeża, czy źle magazynowana, jednak uraz pozostał.
    Dlatego pytałem bardziej o konkretną, sprawdzoną markę.

  • #17 07 Sty 2019 15:53
    H3nry
    Poziom 29  

    eDZio napisał:
    roblem w tym, że nie mogę znaleźć nic w malutkich strzykawkach poza Easy Print

    Koki także występuje w małych - 10ml opakowaniach .100 zł za 40gr dobrej pasty to raczej nie majątek :>

  • #18 08 Sty 2019 09:36
    eDZio
    Poziom 16  

    H3nry napisał:
    Koki także występuje w małych - 10ml opakowaniach .100 zł za 40gr dobrej pasty to raczej nie majątek :>

    To nie jest drogo za taką ilość, ale to dużo za dużo na moje potrzeby.
    Więc Koki to marka godna polecenia? Po np. 5-ciu latach przechowywania dalej będzie się nadawała do użycia?

  • #19 08 Sty 2019 09:43
    tmf
    Moderator Mikrokontrolery Projektowanie

    eDZio napisał:
    Po np. 5-ciu latach przechowywania dalej będzie się nadawała do użycia?

    Po 5-latach żadna się do niczego nie będzie nadawać. Już po 2-3 miesiącach może być problem, ja przechowuję góra kilka miesięcy. Dlatego kupuję w małych opakowaniach, przepłaca się wtedy sporo, ale co mi z np. 50 g pasty, z których 47 g wyrzucę. Wrócę do domu, to sprawdzę co mam w lodówce :)
    Prosty test na to, czy pasta ciągle jest ok, to wyciśnięcie kawałka, wielkosści groszka i ogrzanie hot-airem, lub nawet zwykłą lutownicą. Jeśli ładnie, równomiernie się topi i tworzy cynową kulkę to jest ok. Jeśli są odpryski, formują się niezależne kulki, to do wyrzucenia. Wiadomo, że test nieidealny, ale w domowych warunkach nic lepszego się nie wymyśli.

  • #20 08 Sty 2019 10:44
    eDZio
    Poziom 16  

    tmf napisał:
    kupuję w małych opakowaniach, przepłaca się wtedy sporo, ale co mi z np. 50 g pasty, z których 47 g wyrzucę

    Dokładnie o to mi chodzi. Nie lubię marnować. Może zrobię kolejne podejście do tej Easy Print.

  • #22 08 Sty 2019 16:41
    yogi009
    Poziom 42  

    Ja przechowuję Koki w lodówce, co prawda testu kulki nie robiłem, ale pewnie już idealna nie jest. Trafiłem kiedyś w okazyjnej cenie większe opakowanie, to i nie żal. Do średniaków SMT wystarcza.

  • #23 08 Sty 2019 17:58
    tmf
    Moderator Mikrokontrolery Projektowanie

    Ostatnio używałem pasty SnPb z firmy Chip-Quick - są dostępne w kartridżach i w małych strzykawkach. Pasta jest ok - ma fajny aplikator, a strzykawka jest szczelna i pasta nie wysycha. Wcześniej miałem jakąś inną, ale po jakiś 4-5 miesiącach po prostu wyschnęła i nie dało się jej już wycisnąć ze strzykawki. Z kolei inna, nawet nowa, wyciskała się z trudem, wyraźnie się w efekcie rozwarstwiała - najpierw wychodził "rozpuszczalnik" i topnik, a reszta stawała się co raz gęstsza. Chip-quicka kupowałem w Farnellu.

  • #24 08 Sty 2019 18:29
    krisRaba
    Poziom 26  

    tmf napisał:
    najpierw wychodził "rozpuszczalnik" i topnik, a reszta stawała się co raz gęstsza.

    Dokładnie tak zachowywały się wszystkie dotąd kupione przeze mnie strzykawkowe pasty AG z TME. Aby nie wyrzucać tego od razu do kosza, to babrałem się z wybraniem zawartości z drugiej strony, rozmieszaniem na wolnym miejscu na szablonie pasty i potem znów do strzykawki.. ale ludzie, przecież nie o to chodzi, żeby się z tym babrać :P Stąd otwarcie NIE polecam :)