Como soldar um componente SMD com um "bloco" na parte inferior?

Estou recebendo um PCB fabricado para um projeto em que estou trabalhando. Uma das peças, o driver do motor A4950 ( folha de dados ), possui um "bloco" na parte inferior, que deve ser soldado ao GND do PCB para dissipação térmica. Estou solicitando apenas uma pequena quantidade de PCBs, portanto, não faria sentido comprar algum tipo de serviço de montagem de PCBs . Estou pensando em soldar os componentes eu mesmo.

Eu estava pensando na solda e não tenho certeza de como iria (usando um ferro de soldar) soldando a almofada na parte inferior. Isso é possível de fazer manualmente?

Eu estava pensando que talvez eu pudesse aplicar manualmente alguma pasta de solda no PCB, mas não tenho certeza se esse é um uso apropriado da pasta de solda ou não.

Como protótipo de um CI com uma almofada exposta na parte inferior?

A melhor maneira absoluta de fazer isso é pré-aquecer tudo com uma grande fonte de ar quente ou forno de alto fluxo. Aplique a pasta primeiro, se houver, ou um pouco de solda de fio na almofada. Em seguida, pré-aqueça. A temperatura de pré-aquecimento é de cerca de 125 ° C.

Quando tudo estiver embebido em calor a 125 ° C, aplique ar quente localizado diretamente na peça a ser soldada e imediatamente ao seu redor. A temperatura deve estar quente o suficiente para derreter a solda, mas não superaquecer a peça. Muitos equipamentos baratos de ar quente têm pouca configuração e indicação de temperatura. Então, você pode precisar experimentar. Se a solda derreter extremamente rápido, está muito quente. Se derreter em cerca de 10 a 45 segundos, provavelmente é bom. Se demorar um minuto inteiro, provavelmente deve estar mais quente. Frequentemente, você notará que o tipo de peça se alinha automaticamente e se encaixa quando a solda está derretida. Esta é uma boa indicação de que está quente o suficiente.

As peças pequenas provavelmente irão refletir muito mais rápido que as peças grandes e também podem não precisar de uma temperatura tão alta. Seus primeiros esforços podem não funcionar bem. Portanto, acompanhe o tempo, a temperatura e os resultados. Depois de encontrar uma receita vencedora, atenha-se a ela.

Se você não tem como pré-aquecer o tabuleiro inteiro, pode fazê-lo da maneira que o Arsenal diz. Se você estiver reparando uma placa que passou por um forno de refluxo, acompanhe o tempo e a temperatura ao remover a peça. Isso lhe dará uma boa idéia do tempo e da temperatura necessários para instalar o novo.

Para peças grandes, às vezes não as coloco antes do aquecimento. Eu seguro a parte com uma pinça perto da borda do fluxo de ar quente. Uso ar quente na almofada até ver que a solda está completamente derretida e, em seguida, coloco a parte quente na almofada de solda derretida com uma pinça. Não coloque uma peça fria na solda quente. A peça também deve estar quente, caso contrário, você receberá uma junta de solda a frio. Se você fizer dessa maneira, poderá parar o aquecimento quase imediatamente após colocar a peça. Ah, também use fluxo.

Uma maneira barata e fácil de fazer isso é perfurar um pequeno orifício (50 a 100 mils) no centro do bloco no PCB. Solde a almofada em si, mas não a ponto de encharcar. Solde ou, pelo menos, faça o fluxo do bloco no IC e solde apenas os pinos de canto da placa de circuito impresso.

Coloque um ferro de solda de 60 watts ou mais com um pequeno ponta de formão na parte traseira da PCB e no orifício que você perfurou. Isso aquecerá o bloco IC e o bloco PCB o suficiente para se fundir. Use um dedo enluvado para pressionar o IC horizontalmente, pois ele se funde ao bloco. PARE no instante em que isso ocorrer. Agora você pode soldar manualmente ou usar infravermelho ou uma pistola de calor para soldar os pinos restantes.

Isso funciona bem depois que você o faz algumas vezes. Você perde alguma transferência de calor para a PCB usando esse truque, mas tem menos chances de danificar o cozimento do IC ou da PCB se outros procedimentos durarem muito tempo.

EDIT: O único momento em que esse truque não funcionará é com placas de várias camadas e você sabe que existem traços que podem ser resolvidos. No entanto, os ICs que possuem uma almofada inferior para aterramento e / ou dissipador de calor normalmente não têm vestígios ocultos sob eles. No máximo, haveria uma placa de aterramento com um anel de capacitores SMD em torno de seu perímetro. A menos que seja muito pequeno, ainda é seguro fazer um pequeno furo no centro.

Agradecemos a @MichaelKaras por sua sugestão de que, se você estiver fazendo seu próprio layout de quadro, um buraco de 50 mil pode ser incorporado no quadro que é revestido na casa do quadro. Isso cria mais superfície para transferir calor e evitar a perfuração de rebarbas no cobre, se isso for feito posteriormente. A passagem da placa também permite que mais calor seja coletado do ferro de solda, portanto essa etapa acontece rapidamente. Também permite rotear alguns traços ao redor do furo, se simplificar o roteamento.

Aqui está uma maneira de fazê-lo sem uma pistola de ar quente.

Como a peça possui apenas pinos nos dois lados, você pode aumentar o pad central, como feito aqui para o U3. Dessa forma, você pode aquecê-lo com o chip no lugar:

Em seguida, pré-estique a almofada no dispositivo e na placa de circuito impresso e aqueça até que derreta. Depois disso, você pode soldar o restante dos pinos normalmente.

Se você tiver uma pasta de solda e uma pistola de ar quente ajustável (fluxo de ar e calor) disponível, poderá usá-las.

O que eu costumo fazer é colocar pasta de solda nas almofadas (eu uso uma seringa com uma agulha muito fina para aplicá-la, ela realmente não precisa de muito), coloque o componente da melhor maneira possível. Não precisa ser 100% perfeito, especialmente se a placa tiver resistência à solda, pois a pasta de solda refletor permitirá que a peça se alinhe um pouco, mas não muito.

Então eu uso baixo fluxo de ar (a peça pode ser levada pelo vento) com cerca de 350 a 400 ° C e tento aquecer uniformemente ao redor da peça. Em algum momento, a pasta de solda começará a refluir nos pinos. Para obter o bloco de baixo, ele precisa de um pouco mais de calor, então continuo por mais alguns segundos em torno do chip.

Se houver peças pequenas (desacoplando capacitores, por exemplo) próximas do chip, esteja pronto para que elas voem para longe ou lápides sobre você.

Portanto, depois que terminar, inspecione a diretoria de perto quanto a curtos que possam ocorrer durante esse procedimento - pelo menos não é incomum para mim.

Esse método coloca estresse térmico na PCB, então, após cerca de 4 ou 5 tentativas, a PCB mostrará sinais de degradação e eu costumo usar uma nova.

Pistola de ar quente e muito fluxo. Outro método que usei para soldar essas peças com um ferro de soldar é colocar algumas vias na almofada térmica e soldá-la através disso. Não é o melhor método, mas é bom o suficiente para a criação de protótipos.

Se a energia dissipada na peça for baixa (como 1/3 ou 1/4) da capacidade de dissipação nominal, talvez você não consiga soldar a almofada (a menos que também seja usada para aterramento ou conexão elétrica, o que, por muitas peças, a almofada térmica está conectada a um pino e à almofada).

Outra opção, se a conexão elétrica não for necessária com a almofada térmica na parte inferior, é colocar um dissipador de calor na parte superior para prototipagem (às vezes até um bloco de alumínio fará qualquer coisa para aumentar a área da superfície do ar).

[aviso: esta técnica é proposta apenas para protótipos únicos.]

Uma vez, tive que soldar um chip SOIC com uma almofada térmica em uma placa de 2 camadas. Não precisei usar pasta de solda. Aqui está como eu fiz isso.

1. Layout de PCB. A camada inferior do meu PCB serviu como um plano de terra. Adicionei vias sob o IC, que conectava a almofada térmica ao plano de fundo da camada inferior. O principal objetivo das vias era afastar o calor dissipado pelo IC. As mesmas vias podem conduzir o calor necessário para a solda.

2. Solde as pontas das asas de gaivota acessíveis na parte externa do CI. Isso irá mantê-lo no lugar.

3. Opcional, mas muito útil. Aplique "calor a granel" no seu PCB. Você pode usar um forno. Mesmo um secador de cabelo doméstico pode funcionar para isso. [Eu uso uma pistola de calor industrial, que é um secador de cabelos coberto de vegetação.] O objetivo do calor em massa é reduzir a quantidade de "calor tópico" que você aplicará com um ferro de soldar na próxima etapa.

4. Calor de precisão. Vire o quadro. Cole o ferro de soldar na abertura na parte inferior. Alimente a solda e o fluxo nas vias generosamente. A solda fluirá através das vias para a almofada térmica, onde fará contato elétrico e térmico.

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¹ Usei a solda com chumbo à moda antiga para a etapa 5. Ela tem o ponto de fusão mais baixo do que o material moderno.
² Se você tiver uma escolha de dicas, use uma dica média ou grande para a etapa 5.
³ Se sua placa tiver camadas de plano interno, será mais difícil fazer esse método funcionar.

Para almofadas de solda que estão sob o componente, infelizmente você não pode usar um ferro de soldar, é necessário uma pistola de calor ou melhor, uma estação. .... e muito fluxo. espero que isso responda sua pergunta.

Pistola de ar quente, pasta de solda e fluxo são a resposta certa, como outros publicados. No entanto, gostaria de adicionar precisões à temperatura a ser usada. Pré-aqueça a cerca de 120 ° C por um minuto e aumente gradualmente o calor em etapas de 10 ° C a cada 5 s até atingir 240 ° C ou 250 ° C (para peças maiores). Depois conte lentamente até 5 e comece a diminuir a temperatura passo a passo. diminuir pode ser feito mais rapidamente. De volta a 125 ° C, você pode desligar o ar quente. NÃO aqueça a temperaturas mais altas do que isso! Sua parte e o PCB e as outras partes ao redor derreterão. Na folha de dados, a temperatura e o tempo máximos de solda por refluxo devem ser escritos. Não os exceda. Se você não possui uma pistola de ar regulada e não pode, pode tentar brincar com um termômetro digital, mas é muito mais difícil e menos confiável. Eu recomendo fortemente comprar um se você fizer mais de 10 peças. A pistola de ar também pode ser usada para soldar ou reparar peças plásticas, luvas de contato de solda e outras coisas.

Uma maneira muito desleixada, porém existente, de fazer isso é ter o calço na placa um pouco maior, soldar um fio fino e curto ao componente em si e, depois de colocá-lo, solde o restante do fio no calço. Isso elevará o componente a cerca de um mm da placa, você pode colocar uma cola condutora de calor por baixo dela. :) Eu posso ver as vaciladas nos rostos e entendo completamente, mas ele pode realmente funcionar, cuida da conexão elétrica e do calor, e não requer uma pistola de ar.

É possível soldar manualmente se você projetar a placa nua com um orifício na placa que seja grande o suficiente para que a ponta do ferro de soldar se encaixe, mas você também precisará de uma almofada de aterramento. Dê uma olhada na imagem para referência. Eu não recomendo fazer isso, mas se você estiver construindo apenas algumas placas, isso funcionará. Se você decidir obter um volume maior, remova o orifício e contrate um CM. A imagem é de um dfn com uma almofada de aterramento.

Use este link para a imagem.