Монтаж

Монтаж

И вот тут, конечно, начинается самое интересное — платы есть, компоненты есть, дальше-то что?

Главный тезис: современные платы паяльником вручную не собирают.

Даже на опытном производстве. Даже десять штук. Это попросту муторно, долго, неэффективно и некачественно. Ручная пайка нарушает главный принцип эффективности работы — монотонность. Ручная пайка — это постоянная, ежесекундная смена инструментов в руках. Если провозиться подольше не является вашей целью, так делать нельзя.

На современных платах абсолютное большинство компонентов — SMD, и более того, когда вы попробуете минимально пристойные методики сборки, вы будете плакать каждый раз, когда будете вынуждены ставить THD-компонент.

SMD-компоненты паяются пастой — смесью из флюса и микронного размера шариков припоя (мы используем Multicore CR36, но это не обязательно).

Паста наносится строго на контактные площадки компонентов одним из двух способов:

• пневматическим — компрессором на 4-6 атмосфер (подойдёт любой с ресивером, чтобы обеспечить стабильность давления) и диспенсером типа такого. Диспенсер стоит у китайцев баксов сто и обеспечивает простую вещь — при нажатии педали подаёт в шприц с пастой воздух под заданным давлением в течение заданного времени, выжимая заданное количество пасты. Немного муторно, но среднего размера плату вы заплюёте минут за пятнадцать-двадцать, причём при определённой сноровке можно работать даже с компонентами 0402. Паста для диспенсеров продаётся уже в шприцах, мы используем EFD SolderPlus (точнее, почти не используем, ибо диспенсер минимум 364 дня в году просто покрывается пылью).
• по трафарету — листу стали или пластика с вырезанными в нём отверстиями контактных площадок, толщиной 100-125 мкм. Трафарет кладётся сверху на плату, на него вываливается шлепок паяльной пасты и размазывается шпателем или просто пластиковой карточкой. В идеале для этого процесса нужен ручной трафаретный принтер, обеспечивающий вертикальное поднимание и опускание трафарета, но в небольших масштабах можно просто закреплять плату и трафарет малярным скотчем на столе. Обработка одной платы занимает, очевидно, всего пару минут.

Всякие варианты с намазыванием зубочисткой, ручным давлением из шприца и т.п. забудьте сразу — вы повеситесь на первой же своей плате.

Данная часть была бы не столь весёлой — трафарет штука довольно дорогая — если бы не одно чудесное изобретение человечества: режущий плоттер Silhouette Curio, предназначенный для вырезания аппликаций для скрапбуков, но также прекрасно справляющийся с «прозрачками» для проекторов. Последние имеют толщину 100 мкм — думаете, это просто так, совпадение?

Плоттер принимает на вход файлы DXF (причём в бесплатной версии софта; платная добавляет поддержку очень нужного для скрапбуков SVG) и без проблем справляется с компонентами размером вниз до SOIC и 0603. Пассивка 0402 выходит похуже, но ещё приемлемо, а во всяких QFN приходится убирать отдельные ножки и делать сплошную прорезь.

Это, конечно, не трафарет для производства десяти тысяч устройств. Но возможность таки сделать трафарет, вполне себе подходящий для большинства несложных конструкций, на оборудовании за 14 тысяч рублей, без мокрой химии и вообще каких-либо значимых отходов, а также за пятнадцать-двадцать минут времени — бесценна.

После вырезания и намазывания идёт расстановка деталей.

Конечно, было бы хорошо иметь автоматический расстановщик, но, во-первых, штука это не совсем дешёвая, во-вторых, скажу вам по секрету, на партии в полсотни плат программирование расстановщика у вас займёт сильно больше времени, чем собственно расстановка.

Поэтому базовый вариант — расстановка вручную. Самый простой и дешёвый вариант — вакуумный пинцет типа такого, то есть, по сути, ручка с аквариумным компрессором. Ручка имеет сменную иглу на конце и дырку на боку, закрываете дырку пальцем — игла притягивает детали, отпускаете палец — воздух идёт через дырку, деталь отваливается.

В отличие от обычных пинцетов, эта штука позволяет брать компоненты любой формы и с любой поверхности, в том числе прямо из лент, а в отличие от механических вакуумных пинцетов с кнопкой и резиновой грушей внутри, не даёт рывка при отпускании детали. Стоит такой пинцет копейки — меньше 1500 рублей у китайцев, а при желании можно сделать и самому натурально из аквариумного воздушного компрессора. Иголки со временем забиваются паяльной пастой, но без проблем покупаются отдельно, как наборами разного диаметра, так и пакетами одного диаметра по 10-20-50-100 штук.

Обычным пинцетом останется расставить только самые крупные компоненты, вроде процессоров в LQFP-корпусах.

Важный момент: на дворе XXI век, расстановку по бумажной распечатке из CAD’а никто уже не делает.

Для ручной расстановки есть небольшая и крайне полезная программа VisualPlace, которая всасывает в себя герберы, перечень компонентов и их координаты на плате — и показывает вам, где какой компонент должен стоять, а также в какой ориентации:

Более того, VisualPlace умеет группировать компоненты по полю value, так что, взяв в руки катушку транзисторов SI2333 и ткнув в группу с ними, вы увидите сразу все места, где они должны стоять.

Авторами утилита писалась явно в первую очередь для себя (и, кстати, они же делают прекрасную маленькую терминалку Termite), поэтому, с одной стороны, она не перегружена ненужным хламом и красивыми иконками, с другой — есть много шероховатостей в понимании единиц измерения (дюймы или миллиметры), точки отсчёта координат в герберах (рекомендую всегда ставить начало на нижний левый угол платы) и т.п. На это иногда накладываются ещё и особенности CAD’ов — например, DipTrace на системе с русской локалью сохраняет числа с десятичным разделителем «,», а VisualPlace ждёт «.» независимо от локали.

Впрочем, подгонка выхлопа CAD под VisualPlace занимает от силы несколько минут, а пользу утилиты переоценить невозможно. Утилита официально бесплатна для коммерческого использования.

Где-то примерно в этот момент вы почувствуете всю прелесть такого подхода к монтажу. Сравните — паяльник:

• в правую руку паяльник, в левую — припой
• поставить каплю припоя на одну площадку резистора
• отложить припой, отложить паяльник
• вытряхнуть резистор из ленты, перевернуть маркировкой вверх
• в левую руку пинцет, взять резистор пинцетом, поставить на плату
• не отпуская резистор, взять в правую руку паяльник, прихватить ту площадку, на которую был нанесён припой
• отложить пинцет, взять припой
• прихватить вторую площадку
• повторить для остальных 146 компонентов

Паста:

• намазать всю плату пастой
• взять вакуумный пинцет, расставить все компоненты прямо из лент и поддонов
• сунуть плату в печку

О, да. После того, как вы расставили компоненты (ставить надо с небольшим усилием, чтобы они впечатались в пасту), приходит пора печки.

Задача печки — нагреть пасту с заданной скоростью до 140-160 градусов (температура активации и испарения флюса), потом до 220-230 (плавление припоя), подержать недолго и охладить.

Строго говоря, на совсем штучных изделиях можно прогревать пасту феном, но это годится только буквально на 5-10 экземпляров, а также подвергает компоненты серьёзному стрессу из-за больших градиентов температур. Печка же греет равномеро и плавно.

Опять же, что очень радует — хотя китайцы делают вполне себе недорогие печки, совсем самодельную можно сделать из совершенно грошовой электродуховки (я не рекомендую данную конкретную модель, это просто ссылка) или аэрогриля, добавив к ним сделанный хоть на Arduino контроллер температуры, выдерживающий нужный профиль по градусам и по минутам. Стоимость такого решения в наколенном варианте будет меньше 5 тысяч рублей за всё в сумме.

Собственно, всё. После запекания остаётся на компонентах с мелким шагом проверить ножки на предмет возможных залипаний (вопреки утверждениям в многочисленных руководствах — нет, паяльная паста далеко не всегда сама идеально собирается точно на ножке, если её чуть больше, чем надо, или размазана она сильнее, чем надо — поверхностного натяжения не хватит, чтобы разорвать перемычку между соседними ножками), всё найденное убрать обычным паяльником, на чипах с длинными ногами и мелким шагом, вроде LQFP или TSSOP с шагом 0,5 мм, — с оплёткой для выпайки.

Понравилось? Поделитесь:

↑Как установить такие кнопки?↑

: