ep_10_072-078_lutowanie_cz7.pdf

NOTATNIK PRAKTYKA

Montaż elementów SMD,

część 7 Zbliżamy się do końca cyklu poświęconego „ujarzmianiu”

elementów SMD. Do omówienia pozostały nam lutowanie

rozpływowe strumieniem gorącego powietrza oraz niezbyt lubiany,

ale niezbędny w praktyce demontaż.

Dokończenie z EP9/2005

Opalarka

Z amatorskiego arsenału narzędzi

do demontażu została nam jeszcze

broń masowego rażenia – HotAir

„dla ubogich” tzn. kontrowersyjny

pomysł użycia elektrycznej opalar-

ki. Wykorzystanie dmuchawy o co

najwyżej dwustopniowej regulacji

mocy i wysokiej ale niestabilizowa-

nej temperaturze wylotowej rzeczy-

wiście może budzić obiekcje, co

zresztą znajduje odbicie w skraj-

nych opiniach wyrażanych na fo-

rach internetowych. Chcąc wnieść

do tej dyskusji coś konkretnego

zrobiłem eksperyment polegający

na rozmontowaniu opalarką serii

dużych obudów QFP, ale uzupeł-

niony pomiarem temperatury wnę-

trza układu scalonego ( fot. 72 ). Pod

każdym z demontowanych układów

został wywiercony otwór prze-

chodzący przez płytkę drukowaną

i częściowo przez obudowę układu.

W otworze wypełnionym silikonową

pastą termoprzewodzącą z dodat-

kiem Al 2 O 3 znalazła się termopa-

ra typu „K” dotykająca odsłoniętą

spoiną bezpośrednio do krzemowej

struktury ( fot. 73 ). Nieistotne frag-

menty płytki zostały osłonięte folią

aluminiową. Temperatura mierzona

bezpośrednio na wylocie opalarki

(B&D KX1682), przy pełnej mocy

1600 W sięga 470 o C, czyli znacznie

wyżej niż temperatura uzyskiwana

z jakiejkolwiek stacji HotAir. Jednak

na skutek rozpraszania i mieszania

z zimnym powietrzem z otoczenia,

temperatura w centrum strumienia,

w odległości 8 cm od dyszy, nie

przekracza 300 o C.

Nagrzewanie odbywało się dwu-

stopniowo. Najpierw przez ok. 40 s

przy zmniejszonej mocy (tempera-

tura wylotowa ok 130 o C) w celu

wstępnego podgrzania płytki i ukła-

du, a następnie z pełną mocą aż do

stopienia połączeń. Tak jak można

było się spodziewać, dzięki pojem-

ności cieplnej obudowy temperatura

chipu narasta z pewnym opóźnie-

niem. W praktyce okazało się, że

można bez problemu rozlutować

układ zanim tempera-

tura struktury przekro-

czy 160 o C. Jednocze-

śnie na powierzchni

płytki ani układów

scalonych nie wystą-

piły widoczne pęknię-

cia, przebarwienia sol-

dermaski i opisu, czy

inne uszkodzenia mo-

gące świadczyć o lo-

kalnym przegrzaniu.

Oczywiście na podsta-

wie tak uproszczone-

go i niepowtarzalnego

eksperymentu trudno

wyciągnąć wiążące

wnioski na temat ry-

zyka uszkodzenia płyt-

ki czy podzespołów.

Sądzę jednak, że po

rozmontowaniu w ten

sposób kilku złomowa-

nych PC-towych płyt

głównych można dojść

do wprawy (dyktującej

m.in. odległość dyszy

Fot. 73. Sposób pomiaru tempera-

tury struktury w czasie nagrzewania.

Termopara o małej bezwładno-

ści, wprowadzona od dołu przez

otwór w płytce i obudowie układu

dotykała bezpośrednio krzemowego

chipu. Białe wypełnienie to siliko-

nowa pasta termoprzewodząca z

dodatkiem Al 2 O 3

od płytki, czasy nagrzewania, spo-

sób operowania strumieniem) po-

zwalającej na względnie bezpieczne

używanie opalarki w amatorskim

warsztacie. Najwięcej kłopotu spra-

wia zbyt szeroki zasięg strumienia.

Wprawdzie folia aluminiowa osła-

nia fragmenty płytki, jednak trzeba

się liczyć z koniecznymi poprawka-

mi w montażu drobnych elementów

znajdujących się w najbliższym są-

siedztwie zasadniczego układu.

Fot. 72. Doświadczalny demontaż układu scalone-

go przy uzyciu opalarki. Osłona z folii aluminiowej

minimalizuje spustoszenia na płytce. Widoczny u

dołu miernik ma za zadanie pomiar temperatury

wnętrza nagrzewanego układu

Przekładki

Alternatywą dla nagrzewania

całej w całej masie będzie demon-

taż „na raty”, tzn. podgrzewanie

kolejnych wyprowadzeń i oddzie-

lanie ich od podłoża za pomocą

nielutowalnej przekładki. Szkopuł

w tym, że układ zazwyczaj twardo

leży korpusem na płytce a krótkie

wyprowadzenia układów scalonych

niechętnie poddają się odginaniu.

Zatem przekładka musi być wytrzy-

mała mechanicznie, sztywna, moż-

liwie cienka tzn. mieć grubość nie

większą niż 0,1…0,2 mm, a do tego

niezwilżalna dla stopu lutowniczego

i odporna na wysoką temperaturę.

W praktyce, spośród materiałów po-

tencjalnie dostępnych w najbliższym

Elektronika Praktyczna 10/2005

NOTATNIK PRAKTYKA

Twój świadomy cenowo dostawca obwodów drukowanych

��

- komasacja dla prototypów i małych serii

- od 1 do 1000 sztuk

- od 4 dni roboczych wzwyż

- do 6 warstw

Online Kalkulacja ceny

Online Składanie zamówień

Online Przebieg zamówienia

Online 24/24h i 7/7d

��

- szeroka skala możliwości technologicznych

- do 20 warstw

- od 1 sztuki wzwyż

- od 2 dni roboczych wzwyż

www.eurocircuits.pl

��

- komasacja dla serii

- 250, 500 lub 1000 sztuk

- średnie serie w cenie MEGA serii

Elektronika Praktyczna 10/2005

�

NOTATNIK PRAKTYKA

��

Żyletki, mimo że dawno prze-

stały być artykułem pierwszej po-

trzeby, to jednak wciąż są produ-

kowane i możliwe do nabycia, choć

być może w niezwykłych miejscach

(np. mój zapas pochodzi ze sklepu

spożywczego). Cienka, niezwilżalna

folia ze stali nierdzewnej o grubo-

ści ok. 0,13 mm, ze szlifowanym

ostrzem na krawędzi, świetnie od-

dziela wyprowadzenia od podłoża,

zanadto ich przy tym nie deformu-

jąc i nie narażając na uszkodzenie

pól lutowniczych.

Wyliczając obudowy układów

scalonych określiłem PLCC jako kło-

potliwe w demontażu. Rzeczywiście

– krótkie i sztywne wyprowadzenia

zahaczone od spodu o plastikowy

korpus nie pozostawiają miejsca na

ich ew. odgięcie – nawet jeśli zde-

cydujemy się na destrukcję układu.

Pozostaje zatem nagrzewanie masyw-

nej obudowy w całości lub użycie

przekładek. W praktyce zarówno ży-

letki jak i mika okazują się na tyle

cienkie, że bez większych trudności

dają się wsunąć pomiędzy płytkę

a rząd podgrzanych wyprowadzeń.

Przykładowy układ PLCC demon-

towany z użyciem żyletki ( fot. 75 )

był nagrzewany kolejno z czterech

stron za pomocą strumienia gorą-

cego powietrza i stopniowo oddzie-

lany od podłoża. Do demontażu za

pomocą miki ( fot. 76 ) użyłem sze-

rokiego grota („płetwy” z fot. 68)

podgrzewając nim kolejno całe rzę-

dy wyprowadzeń i pod-

ważając je mikową

przekładką. Widoczne

na zdjęciu pozostało-

ści lutowia to wynik

solidnego pocynowania

grota zapewniającego

mu dobry kontakt ter-

miczny z każdym z wy-

prowadzeń.

Kształt nóżek decy-

duje o sposobie podwa-

żania. O ile końcówki

typu „J” (PLCC) i „C”

zawinięte pod obudo-

wę nie stwarzają więk-

szego kłopotu, to wy-

prowadzenia gull-wing

obecne w obudowach

SOP i QFP wymagają

ruchu ostrza w kierun-

ku od środka na ze-

wnątrz. Trzeba zatem

wyperparować z żyletki

i oprawić wąskie ostrze

� ��

��

Fot. 74. Niezwilżalne dla cyny

akcesoria służące do oddzielania

wyprowadzeń układu scalonego od

płytki: a) Wąskie ostrze z uchwy-

tem, wycięte z żyletki o grubości

0.13 mm, b) Płatek miki

��

■ ��

■ � � ��

■ ��

otoczeniu warunki te spełniają

dwa: mika i żyletki. Mika ( fot. 74b )

to przede wszystkim świetny ter-

moodporny i niskostratny materiał

izolacyjny, używany w grzejnikach,

technice laboratoryjnej i technice

mikrofalowej (m.in. w kuchenkach

mikrofalowych) W pierwszej kolej-

ności można jej zatem szukać w za-

kładach produkujących urządzenia

grzewcze (zaznaczając że potrzebu-

jemy naturalną mikę a nie mikanit

będący produktem jej przerobu).

��

■ ��

��

Fot. 75. Demontaż układu PLCC za pomocą żytlet-

ki. Po nagrzaniu jednej strony układu strumieniem

gorącego powietrza wyprowadzenia poddają się

na tyle, że można wsunąć pod nie cienkie ostrze

Elektronika Praktyczna 10/2005

� � ��

NOTATNIK PRAKTYKA

Elektronika Praktyczna 10/2005

NOTATNIK PRAKTYKA

ście szerokim grotem nie mówiąc

już o wsunięciu czegokolwiek do

podważenia nóżek a na samą myśl

o wartości urządzenia i ew. kosz-

tach naprawy uszkodzonej płytki

dostaniemy gęsiej skórki. Szukając

wyjścia z takiej sytuacji warto się-

gnąć do pomysłów niestandardo-

wych, a do takich można zaliczyć

wykorzystanie niskotopliwego sto-

pu o handlowej nazwie ChipQuik

( www.chipquik.com , dostępny np.

w Semiconie, www.semicon.com.pl ).

Stop ten łączy w sobie dwie ce-

chy – zdolność do rozpuszczania

powszechnie stosowanego w elek-

tronice stopu cynowo-ołowiowego

(LC60) oraz wyjątkowo niską tem-

peraturę topnienia wynoszącą ok.

58 o C. (tzn. blisko 10 o poniżej tem-

peratury topnienia najbardziej zna-

nych stopów niskotopliwych, czyli

stopów Wooda). Chociaż producent

QuikChipa nie podaje jego składu ,

to konfrontując dane zawarte w kar-

cie charakterystyki (MSDS) z inny-

mi źródłami można wnioskować, że

najprawdopodobniej jest to kompo-

zycja bizmutu, ołowiu, cyny i in-

du o składzie zbliżonym do Bi49,4

Pb18 Sn11,6 In21 ( fot. 77 ).

Demontaż rozpoczyna się od na-

niesienia żelowego topnika na wy-

prowadzenia ( fot. 78a ) a następnie

zalania ich grubą warstwą nisko-

topliwego stopu (fot. 78b). Wpraw-

dzie ChipQuik topi się już w 58 o C

jednak korzystne będzie chwilowe,

jednorazowe podgrzanie każdego

z wyprowadzeń do temperatury top-

nienia stopu SnPb (tzn. powyżej

180 o C). Osiągnięcie takiej tempe-

ratury umożliwi aktywację topnika

a tym samym poprawi zwilżanie

podłoża przez stop niskotopliwy

a także, powodując przetopienie po-

łączeń przyspieszy ich oddziaływa-

nie z ChipQuikiem. Następnie płyn-

nymi ruchami grota, prowadzonego

dookoła wszystkich wyprowadzeń,

podgrzewamy stop utrzymując go

w stanie ciekłym (fot. 78c). W tym

czasie ciekły stop niskotopliwy pe-

netruje i rozpuszcza połączenia lu-

towane SnPb. Wprawdzie w miarę

zmiany składu stopu na skutek za-

nieczyszczania rozpuszczanym lu-

towiem jego temperatura topnienia

będzie rosła, jednak wciąż będzie

znacznie niższa od temperatury

jaka byłaby konieczna do rozluto-

wania stopu cynowo-ołowiowego.

Po całkowitym rozpuszczeniu po-

Fot. 76. Demontaż układu PLCC

przy użyciu miki. Tym razem do

nagrzewania rzędów wyprowadzeń

użyto szerokiego płaskiego grota

(„płetwa”) z dużą ilością cyny,

stąd jej pozostałości widoczne na

zdjęciu

( fot. 74a ) nadające się do wsunię-

cia ukośnie w ciasną szczelinę po-

między korpusem układu a stopami

wyprowadzeń. Przy demontażu za

pomocą żyletki nie warto przesa-

dzać z użyciem topnika, gdyż jego

stygnące pozostałości oklejają ostrze

i utrudniają manipulację. W tym

szczególnym wypadku najlepiej

sprawdza się staranne czyszczenie

grota i jedynie oszczędne dozowa-

nie RF800 na płytkę.

ChipQuik

Zgodnie z prawami Murphy’ego

traﬁmy kiedyś na przypadek szcze-

gólny, niemożliwy do rozwiązania

tradycyjnymi metodami. Delikatne

otoczenie układu wykluczy możli-

wość skierowania na niego strumie-

nia gorącego powietrza, sąsiedztwo

wysokich elementów utrudni podej-

Fot. 77. Niskotopliwy stop do de-

montażu ChipQuik w postaci drutu.

Wygląda podobnie do LC60 jest

jednak twardszy i bardziej kruchy

Fot. 78. Demontaż układu za

pomocą niskotopliwego stopu

ChipQuik. a) Nakładanie żelowego

topnika. ChipQuik bywa sprzedawa-

ny również w gotowych zestawach

naprawczych zawierających topnik.

b) Nanoszenie grubej warstwy stopu

na wyprowadzenia. c) Po nałożeniu

stopu należy go podgrzewać lutow-

nicą, utrzymując w stanie płynnym

i czekając na rozpuszczenie spoin.

d) Oddzielony układ gotowy do

podniesienia z płytki

Elektronika Praktyczna 10/2005

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: