Про существование smd challenge я узнал только в этом году из стрима @sadkotheguest. Так уж получилось, что ранее я о таком не слышал, а поинтересоваться сам как-то не догадался. Скучно на удалёнке долгими зимними вечерами, надо себя как-то развлечь, заодно доказать себе, что я действительно обладаю хорошими навыками пайки и не только. Значит, решено: надо или купить-попробовать, или сделать своё (кого я обманываю? зачем покупать, когда сделать своё в сто раз интереснее и дороже. Так что расчехляем инструменты, завариваем чай с бергамотом и погнали!
Начало
О чем, собственно, речь? Да вот же:
Давайте разберемся, что это такое и как сделать своё! Очевидно, сначала стоит посмотреть оригинальный проект. Занятно, по-другому и не скажешь. А есть ещё такое же? Пристальный поиск по картинкам по запросу "smd challenge" показал, что не я один скучаю и хочу как-то себя развлечь. Пройдемся по результатам.
Во-первых, существует изначальный значок, упомянутый выше, во-вторых, есть того же авторства Misery Edition, куда был добавлен резистор типоразмера 01005 (здесь и далее я буду указывать дюймовые типоразмеры, с привычкой сложно что-то поделать, увы):
В-третьих, нашелся такой набор юного пайщика:
В-четвертых, еще одна вариация убейся, но спаяй:
И, наконец, в-пятых, еще одна:
Что будем делать?
Вот как раз последние две штуки меня сильно заинтересовали. Я был весьма удивлен, узнав, что, оказывается, техасские инструменты выпускают нестареющую классику в виде 555 таймера в форм-факторе DSBGA:
Какая прелесть и милота! Ну и что, что в BGA, зато это почти ламповый, в смысле, КМОПный 555-й. Обязательно к использованию! Что дальше? Arthur Benemann в своём uSMD просто использует 555 для моргания единственным светодиодом:
Как по мне, один светодиод не так интересно выглядит. Смотрим дальше. Fred Temperton сделал немного по-другому:
Тут уже используется совершенно классический декадный счётчик 74HC4017. Только вот он в корпусе DHVQFN16:
Возможно, я плохо искал, но готовых счётчиков с шагом меньше, чем 0,5мм, я не смог найти. Хорошо, на чём ещё можно сделать световые эффекты и, главное, какие?
В оригинальном значке светодиодами управляет микроконтроллер. Да, безусловно, можно будет сделать любые световые эффекты. Но вот просто спаять и подать питание не получится, нужно будет еще немного попрограммировать и покамлать вокруг платки с программатором. В свете тотального кризиса полупроводниковой промышленности, не очень интересно, на самом деле. Значит, что мы будем делать? Просто чтобы светились все диоды - опять не интересно. Что-то должно бегать, прыгать, меняться. Такие штуки обычно делаются на всяких счётчиках (как в примере чуть выше). Если счётчики, то нужен будет некий задающий генератор (уже есть, очевидно, это будет 555 в BGA, мимо такого сложно пройти) и какая-то обвязка. Чтобы эффекты были заметны глазу, как правило, частота генератора должна быть не очень большой, а значит, и ёмкости, используемые в схеме, должны быть скорее всего больше единиц нанофарад (или же нам придется перейти в единицы мегаом, что, на мой взгляд, в данном случае не очень хорошо). Таким образом, сделать что-то на пикофарадных конденсаторах, скорее всего, не получится.
Что в сухом остатке? Таймер, пассивка, какой-то счётчик, светодиоды. Чтобы спаял, включил и оно светится. А что, если, кроме счётчиков, посмотреть ещё и на регистры?
595 - наше всё в данном случае. Из наиболее мелких я выбрал SN74HC595B:
Почему я не собрал свой счётчик или, к примеру, сдвиговый регистр, ведь в обычных триггерах можно найти вот такие вкусные корпуса:
Ответ прост: потому что не догадался. В следующий раз обязательно, там же, где будут белые светодиоды и преобразователь на 4МГц. Всё же нужен некий баланс между "задолбаться на работе, проектируя железо" и "задолбаться в хобби, проектируя железо".
Пассивка
Паять 0201, на самом деле, не так сложно, как может показаться. Не сильно сложнее, чем 0402, которые, в свою очередь, не сложнее 0603, которые не сложнее… ну вы поняли. На самом деле, первый вопрос, который заинтересовал меня после ознакомления с этим явлением: а какого минимального размера вообще выпускают пассивку? Ведь просто повторить 0201 не так интересно, намного интереснее сделать что-то ультра- супер- маленькое. Быстрее-выше-сильнее, как говорится! Понятно, что среди кремния есть просто кристаллы, которые разваривают (даже непосредственно на печатную плату), в домашних условиях это повторять немного проблематично Хотя, наверняка есть какие-нибудь умельцы, которые и такое практикуют, уж если даже "дома" некоторые умудряются, собственно, травить.
Воспользуемся для поиска пассивки (для начала возьмём резисторы) двумя каталогами - Digikey и Mouser. Почему? Потому что все основные мировые производители там присутствуют, поиск весьма удобен и быстр. Вот результаты поиска в Digikey, а вот в Mouser. Надеюсь, объяснять, как именно я искал, не нужно. Что ж, либо Yageo, либо Rohm, но ни тех, ни других нет в наличии. Поиск через Octopart (Yageo, Rohm) тоже ни к чему не приводит.
Мне вот любопытно, кто-нибудь видел их живьем? Жаль, значит, с минимальным известным по каталогам резистором не судьба. Что у нас там дальше в ряду типоразмеров? Ах, аж целых 0,4х0,2 мм, т.е., 01005. Компаний, выпускающих резисторы в таком типоразмере, уже никак не две, так что есть из чего выбрать. Мне приглянулась серия RC0100 от Yageo, как наиболее доступная, на мой взгляд:
RC0100 всего лишь в полтора раза меньше, чем RC0201 (а не в два, как RC0075). Ну да ладно, пусть будет так. Что там дальше? Конденсатор.
Тут ситуация поинтереснее. Из представленных в наличии, наибольшей ёмкостью обладает AMK021BJ223MK-W, но он всего на 4В и с допуском ±20%. Следующий за ним JMK021BJ103KK-W при этом - на 6,3В и с допуском ±10%. Я решил взять последний (типоразмер 008004, кхе-кхе, 0,25х0,125мм), положившись на интуицию и не проверив цифры. А вот сейчас, когда пишу эту статью, решил ещё раз проверить, так сказать, провести сравнение по данным производителя (Taiyo Yuden в этом плане, кстати, большие молодцы, есть практически всё на практически каждый выпускаемый артикул). И что же мы видим?
Очевидно, что даже при большем разбросе и меньшем рабочем напряжении в плане остаточной емкости было выгоднее брать 0,022мкФ. Он ещё и на 6 центов дешевле 0,01мкФ был… Ничего уже не поделать, конденсаторы едут (лучи добра местной таможне, которая по словам продавца: "Всё что-то ищут в посылках, то, что нельзя в РФ").
Хорошо, с конденсатором и резистором разобрались. Какие-нибудь индуктивности? Очевидно, чем меньше размер, тем меньше будет индуктивность, а с наногенри нам ловить нечего (мы ж не согласующий тракт антенны делаем), пропускаем.
Светодиоды
Как насчет самих светодиодов, которыми будем светить? Тут всё опять же достаточно просто: Digikey и Mouser. По чисто субъективным (т.е. синдром утёнка) причинам я выбрал светодиоды Kingbright. Насколько я понимаю, в данный момент не существует дискретных светодиодов менее, чем 0,65х0,35мм, т.е., это типоразмер 0201. Всё, что меньше, - это уже непосредственно кристаллы. Поправьте меня, пожалуйста, если я не прав. Цвет, очевидно, будет красный, поскольку индикаторные светодиоды именно такого цвета обладают минимальным падением напряжения и, как следствие, проработают дольше всего без повышающего источника питания, например, от дисковой батарейки типа 2032. Иначе это всё начинает напоминать работу, а всё-таки хотелось бы, чтобы это было хобби. Поэтому повышающий преобразователь на 4МГц в WLCSP корпусе с шагом шаров 0,35мм для питания белых светодиодов я использую как-нибудь в следующий раз. Светодиоды, собственно, я выбрал вот такие: APG0603SURC, KPHHS-1005SURCK, KPH-1608SURCK, KPT-2012SURCK, KPT-3216SURCK, KPGA-1602SEC-KA. Причём, с Королевскойяркостью оказалась интересная ситуация, когда наполнение американского сайта лучше, чем общего, при этом диоды в начале артикулов имеют буковку A, вместо буковки K. Приведенные артикулы, как и прочую начинку, я покупал через ДКО Электронщик (и вам, товарищи, лучи добра за корявый интерфейс, невозможность посмотреть, что приехало, а что нет, и, как вишенка на торте, более, чем на месяц, затянувшаяся поставка заказанного транзистора).
Прочее
Хорошо, с основными составляющими определились. Как насчет диодов и транзисторов? Собственно, диодов мельче, чем в 0201 (0,6х0,3мм), я не сумел найти. У нас уже будет светодиод в таком корпусе и резистор, поэтому пропускаем. Транзистор, нестареющая классика MMBT3904LP:
Почему транзистор не в BGA? А потому, что у нас тут не SMD Challenge BGA edition. Когда-нибудь кто-нибудь сделает и такое, я уверен. Кстати, можно было бы взять MMBT3904FA вот в таком корпусе:
Немного схемотехники
Что ж, настало время нарисовать схему. Для начала, вооружимся LTSpice’ом:
Интересен вопрос, почему таймер не включен по классической схеме:
Вот схема из документации на LMC555:
Хороший ответ, на мой взгляд, приводится здесь. Также я крайне рекомендую замечательные статьи Ken Shirriff с подробнейшим объяснением внутренней структуры таймера: обычный 555, КМОП версия 555. Понаблюдать за процессами и построить свою схемку прямо в браузере можно здесь.
Проектирование
Поехали дальше. Собственно, рисуем, соблюдая IPC, компоненты, которых нет в закромах, модельки, делаем схему:
Потом, спустя каких-то ~15 часов (где же вы, комментаторы, которые напишут, что сбацают такое за час, и вставят картинку со слоупоком?) одной только трассировки с несколькими промежуточными вариантами (от которых пришлось отказаться из-за стоимости дециметра текстолита с одной стороны и идиотизма задумки с другой), получаем проект платы:
Собственно, такое дикое время трассировки для такой платы в первую очередь обусловлено поиском подходящей формы и содержания. Я долго пытался придумать, в какую бы икебану завернуть все эти светодиоды, чтобы тупой бегущий огонёк красного цвета смотрелся не просто тупым огоньком, а какой-то задумкой. И в итоге придумал:
Поскольку я состою в секте Ersa-водов, то было очевидно, какой паяльник изображать в слое шелкографии. Немного манипуляций с графическим редактором, немного возни с импортом, и в итоге контур паяльника с проводом в слое шёлка готов! Трёхмерка, если кому вдруг интересно, выглядит как-то так:
В качестве источника питания я не захотел брать маленькую не сильно распространенную дисковую батарейку, поэтому вся плата питается от обычной CR2032. Из-за этого размеры платы разрослись до 30х30мм.
Поскольку края закруглены, компоненты неудачно (напоминаю, я художник) расположены слишком близко к краям, скрайбирование нам не очень подходит. Для правильной фрезеровки я сам расположил перемычки (контур фрезеровки виден на картинках платы) за периметром платы. Поэтому после выгрызания платы из панели её нужно будет немного доработать напильником (куда ж без него?), но так задумано специально.
Въедливый читатель, возможно, по картинкам поймёт, что модели светодиодов не соответствуют своим параметрам: слишком высокие. Так получилось из-за того, что, когда я стал заказывать светодиоды и еще раз уточнять, что в какой срок можно будет купить, оказалось, что у меня заложены достаточно крупные светодиоды существенно разной высоты. Если самая мелочь в виде APG0603SURC имеет высоту всего 0,2мм, то самый высокий KP-3216SURCK - аж целых 1,1мм. Да, я слукавил немного, когда несколькими абзацами выше писал про подобранные светодиоды: там я уже написал итоговые артикулы тонких версий, чтобы не путать читателя. Поэтому, на самом деле, модель с реальной платой самую малость отличаются. Но настолько доводить эту поделку уже никаких сил нет, поэтому оставил модели как есть. Посадочное место под светодиод от его высоты не поменяется.
Производство
Дальше всё относительно банально. Герберы, заказ… стоп, а где заказывать-то буду? Поскольку я нахожусь недалеко от дефолтсити, проще всего заказать изготовление у Резонита. Минус 5797,32 рублей, включая доставку, из личного бюджета за панель из десяти плат.
Очевидно, что Резонит содрал с меня такой ценник за первичную подготовку производства и пятый класс, поскольку я хотел сохранить в этом варианте масочные мостики (а они там 0,1мм в некоторых местах из-за размеров компонентов) и сделать дорого-богато с иммерсионным золочением. По курсу на момент заказа это было примерно 78 долларов. Нефиговое хобби получилось, но ждать доставки из PCBWay, где я тоже заказал эти же платы за смешные 15 долларов (6/6mil, минимальные отверстия 0,3мм), было выше моих сил. Запущенные третьего декабря платы оттуда так где-то и едут.
Если и когда приедут, обязательно сравню, что получилось у нас и у них.
А вот и платки из Зеленограда подъехали:
Очень любопытно сравнить, что спроектировал и что получилось:
Тут всё, кстати, вполне ожидаемо. Легко заметить как смещение маски относительно площадок, так и смещение слоя шелкографии. Это не дефект в прямом смысле, это всё обусловлено точностью совмещения слоёв при производстве.
Пайка
Непосредственно пайка после получения плат впервые заняла часа полтора (начал где-то в полпервого ночи, закончил в два), в основном из-за того, что настолько мелкие компоненты чрезвычайно трудно вынуть из ленты без их катапультирования в воздух. Транзистор временно пришлось заменить на КТ315Г, потому что очень хотелось посмотреть на работающий значок. Два самых мелких светодиода, таймер и сдвиговый регистр пока что напаял феном. Тут товарищ пишет, что напаял всё только паяльником. Что ж, этот рубеж мне ещё предстоит преодолеть, как и пайку самых маленьких конденсаторов, если они всё же до меня когда-нибудь доедут.
В целом, пайка оставила положительные впечатления. Не слишком муторно, если использовать правильный припой диаметром 0,25мм с флюсом внутри (как они его такой делают?), который я и так почти постоянно использую для ручной пайки разъемов с шагом 0,4мм, и самое тонкое конусное жало, которое есть для i-Tool nano.
Посмотрим на кристалл LMC555 под максимальным увеличением, которым я располагаю:
Мда, жаль, более четкое фото не получилось сделать. Моего МБС-2 явно недостаточно. Хотя даже на этом фото можно разглядеть характерные блоки таймера.
Взглянем так же под микроскопом на полностью засвеченные светодиоды:
На будущее: надо будет подумать о замене углового светодиода на что-то с той же длиной волны, что и остальные, а то он очевидным образом отдаёт в оранжевый цвет, что слегка дисгармонирует, на мой взгляд. В итоге, эффект выглядит вполне, как я и хотел:
Очень занятным оказался факт, что во всех применённых светодиодах размер излучающего кристалла одинаковый, посудите сами:
Фото сделаны последовательно без изменения каких-либо настроек. Скорее всего это просто выгоднее экономически: производить одни и те же кристаллы, а потом корпусировать их в разные упаковки. Отсюда, видимо, и ограничение на минимальный размер светодиода: вероятно, под дискретные светодиоды меньших размеров просто нет кристаллов (по крайней мере у Kingbright), а запускать их производство отдельно слишком дорого. Да и особой надобности в одноцветных светодиодах меньших, чем 0201, вероятно, особо нет смысла.
Немного экономики проекта
Поскольку покупать ЭРИ в единичном количестве не очень выгодно, пришлось еще разориться на закупку всего, чего не было в наличии. А это почти всё по списку, поскольку в основном я использую пассив 0402 и 0603:
Артикул |
Кол-во |
Цена с НДС |
Сумма |
APG0603SURC-TT (KGB) |
250 |
12.13 |
3032.5 |
KPGA-1602SEC-KA (KGB) |
246 |
5.61 |
1380.06 |
KPH-1608SURCK (KGB) |
250 |
3.38 |
845 |
KPHHS-1005SURCK (KGB) |
250 |
6.69 |
1672.5 |
KPT-2012SURCK (KGB) |
250 |
3.3 |
825 |
KPT-3216SURCK (KGB) |
250 |
5.2 |
1300 |
JMK021BJ103KK-W |
100 |
22.89 |
2289 |
CC0201KRX5R8BB104 (YAG) |
700 |
1.44 |
1008 |
RC0100FR-07330RL (YAG) |
100 |
11.2 |
1120 |
RC0201FR-0710KL (YAG) |
1000 |
0.07 |
70 |
RC0201FR-071ML (YAG) |
1000 |
0.27 |
270 |
RC0201FR-07330RL (YAG) |
1000 |
0.41 |
410 |
RC1206FR-07330RL (YAG) |
1000 |
0.29 |
290 |
LMC555CTP/NOPB (TI) |
25 |
117.63 |
2940.75 |
MMBT3904LP-7 (DIODES) |
25 |
32.48 |
812 |
SN74HC595BRWNR (TI) |
25 |
15.5 |
387.5 |
3034TR (KEYS) |
25 |
40.08 |
1002 |
PCM12SMTR (C&K) |
25 |
67.89 |
1697.25 |
Итого, рублей |
|
|
21351.56 |
Табличка выглядит ужасно, как сделать одинаковое выравнивание сразу всех ячеек, я так и не нашел.
М-да, чего только не сделаешь, лишь бы потешить себя. В расчёте нет нескольких резисторов, потому что они уже у меня были. Почему я взял такие количества? А потому, что меньше не имеет смысла. Что-то неизбежно улетит при попытке достать это из ленты, что-то пойдёт на другие проекты. И не забывайте, что чем меньшее количество берёшь, тем, как правило, больше будет цена за одно изделие.
В качестве заключения
За рамками данной заметки остались вопросы продолжительности работы от батарейки и диаграммы токов потребления (хотя там особо не на что смотреть). Как только приедут транзисторы и конденсаторы, я, надеюсь, спаяю еще один экземпляр, уже полностью штатный.
По срокам проект занял примерно месяц работы по вечерам (от получаса до нескольких часов каждый раз): тут и поиск идеи, и перебор решений, и вообще я делал всё это после основной работы, которая по своей сути не сильно-то от проекта и отличается.
Я не уверен, стоит ли передавать кому-то из читателей такой набор для самостоятельной сборки, поскольку никакой монетизации я не планировал и не планирую, это всё делалось just for fun. В принципе, у меня есть еще 5 пустых плат (4, так уж и быть, сам спаяю, потренируюсь, так сказать, на кошках). Разумеется, безвозмездно (за исключением пересылки, ведь я и так немного потратился на производство этой игрушки). Если вы действительно захотите мой вариант smd challenge, то я прошу вас написать мне немного о себе в личку, чтобы я был уверен, что платы не пойдут на полку, а будут действительно спаяны!
Спасибо, что дочитали! Надеюсь, мой труд вдохновит кого-то на создание чего-нибудь подобного! Лично я полагаю, что провел много времени с пользой и большим интересом к создаваемому, и ни о чём не жалею!
Комментарии (92)
DerSpiwak
27.12.2021 07:15+4Не совсем понял суть челенджа, нужно запаять компоненты не используя микроскоп?
N-Cube
27.12.2021 08:05Ну припой-то хоть бессвинцовый используете, а флюс простая канифоль в спирте? Иначе совсем не спортивно. Кстати, для детей заказывал вот такой набор за копейки: https://www.aliexpress.com/item/1005001320158873.html
Karlson_rwa Автор
27.12.2021 15:44В принципе, можно и с канифолью повторить. Припой свинцовый, разумеется.
Это не конструктор для обучения детей. Это для взрослых, очевидно.N-Cube
27.12.2021 16:00-10Всегда поражает, когда люди не умеют паять разрешенными веществами (свинцовый припой давно уже запрещен во многих странах), так еще этим хвалятся. Анти-RoHS-серы, антиваксеры...
Dark_Purple
27.12.2021 11:46+5Надо было штатное место для КТ315 предусмотреть в православном оранжевом корпусе, вот это был бы челенж по поиску оного. И смотрелось бы.. как бы это сказать.. экстравагантно что ли ????
engine9
27.12.2021 15:44Деды его стачивали "нулёвкой" со стороны противоположной маркировке и приклеивали на радиатор.
sepuka
27.12.2021 12:21+3Вообще, в статьях для широкой аудитории совершенно нелишне напоминать, что технология изначально разрабатывалась под накатку паяльной пасты с нужной толщиной слоя через трафарет и пайку по термопрофилю, когда вся плата сначала нагревается с определённой скоростью до определённой температуры, выдерживается нужное время для стабилизации внутренних напряжений, потом с определённой скоростью догоняется до температуры плавления припоя, потом контролируемо олаждается. Под эти условия рассчитаны и материалы печатной платы и материалы компонентов.
Запаять мелкое в одном экземпляре паяльником можно, оно обычно даже работает, но никто и никогда гарантировать работоспособность, особенно долговременную, даже не собирался -- материал корпуса хоть и держит нагрев до 260° до 10 секунд, но никто не рассчитывал, что греть станут неравномерно с одной стороны. Левша блоху аглицкую подковать-то подковал, но в итоге она танцевать больше не могла. Мне самому довелось ремонтировать свои же платы, где я паял SMD паяльником всего 5-10 лет назад. Это область отладки первых прототипов, которые уже через месяц никто не будет включать.
В раньшешнее время, когда стенсил мог стоить $800, а квартира в Москве $5000 при месячной зарплате $30, в вызове запаять паяльником вполне было бы что-то героическое (другой вопрос, что тогда 0805 был миниатюрным корпусом, а на внешнем слое предпочтительная ширина дорожки была 20 милс, а 0.008" витиевато называлось классом пониженной технологичности). Сейчас же стенсил стоит $10, а печь порядка оплаты за один-два дня работы примерно любого специалиста, т.е. даже для хобби нет повода не завести.
N-Cube
27.12.2021 12:53+1Запаять мелкое в одном экземпляре паяльником можно, оно обычно даже работает...
Ну я выше спросил, чем паяют - можно ведь взять паяльную пасту с висмутом (на 138 градусов) и паяльником припаять :) Имхо, с детьми интересно подобное попробовать - и бессвинцовым припоем с паяльником, и феном с паяльной пастой, но стоимость поделки у автора какая-то нереальная для такого. Платки с али за пару баксов же есть, в том числе для smd компонентов - светодиоды с таймером, к примеру, чтобы увидеть сразу, заработало ли. smd покрупнее бывает нужно на макетку припаять, вот на них и стоит потренироваться.
Karlson_rwa Автор
27.12.2021 16:06Как я уже написал вам чуть выше, это не для обучения детей. Для детей я бы меньше чем 0805 не опускался бы.
С висмутом ничего не надо брать и ничего не надо им паять, потому что это в корне неверно.
Стоимость поделки в пересчете на одну штуку не сильно большая, кстати. Но брать все комплектующие на пять-десять плат банально не выгодно по деньгам.N-Cube
27.12.2021 16:32Интересно, чем вас не устраивает оловянно-висмуто-серебряная паяльная паста? Надеюсь, вы со сплавами вуда и розе ничего не попутали...
Karlson_rwa Автор
27.12.2021 18:04www.circuitinsight.com/pdf/reliability_study_low_silver_alloy_solder_pastes_ipc.pdf
Не всё так однозначно с низкотемпературным припоем.N-Cube
27.12.2021 18:52По ссылке совсем другой состав.
Karlson_rwa Автор
27.12.2021 18:546 Material F SnBiAg 138
N-Cube
27.12.2021 20:09Спасибо, я этот вариант не заметил. Пролистал, для 3000 термальных циклов для smd (рис. 12) выглядит лучше всего именно обсуждаемый припой, что и в выводах подтверждается. С QFP корпусами все припои одинаково хороши - вероятно, обсуждаемый и тут окажется лучше при увеличении числа циклов за счет большей пластичности. Что касается проблем при смешивании с другими припоями - так это для всех припоев справедливо, особенно, с разными температурами плавления. На мой взгляд, для обсуждаемой в статье задачи - этот припой идеальный выбор, разве нет?
Karlson_rwa Автор
27.12.2021 21:53выглядит лучше всего именно обсуждаемый припой
На мой взгляд не выглядит:Unexpectedly, low temperature SnBiAg solder joint performed
Попробуйте сейчас найти хоть какой-нибудь компонент, выводы которого покрыты SnBiAg. Я таких не встречал. Так-то сплав может быть и хороший, но пока на него массово не перейдут производители микросхем, выгоды особой от него не будет, поскольку смешивание с обычными бессвинцовыми припоями у него, очевидно, хуже из-за слишком разной температуры плавления.
well after thermal cycle test when it was the single alloy in the solder joint. When SAC 305 BGA reflowed with SnBiAg
solder pastes, more defects and failures were seen.для обсуждаемой в статье задачи — этот припой идеальный выбор, разве нет
Поскольку сделанная поделка не что иное, как просто «поделка для развлечения», то её, на самом деле, вообще без разницы, чем паять. Хоть сплавом Розе. А адекватные условия труда при пайке (вытяжка, освещение, тщательное мытьё рук после контакта с припоем) никто не отменял, но это, очевидным образом, выходит за рамки статьи.N-Cube
27.12.2021 22:25В цитате же речь про проблемы смешивания с припоем на BGA, что нас здесь вообще не интересует (или вы паяете BGA паяльником? Имхо это настолько же реально, как припаять их кирпичом - от удара нагреются, ага). А от дискретных smd и до QFP все прекрасно - то есть для пайки любой детали из статьи припой годится отлично.
Karlson_rwa Автор
27.12.2021 22:30Некоторые BGA можно припаять паяльником. В статье есть ссылка на такой коммент (там же, кстати, есть запись стрима, где мужик припаивает используемый 555-й паяльником).
Хотите пользоваться висмутовым припоем — пользуйтесь на здоровье! Только он не везде подходит, надеюсь с этим вы согласитесь?
N-Cube
28.12.2021 06:52Да я вообще-то предлагал паять типовым бессвинцовым припоем с канифолью (можно толщиной 0.6, чтобы уж настоящий хардкор), раз на международный челлендж отсылка есть. А серебряно-висмутовый припой возник из вопроса, нет ли тут читерства (аналогично вы могли бы паять с нижним подогревом на ИК столе - вроде и паяльником, но есть нюанс). Опять же, паять с микроскопом это уже не любительский подход, обычно дома все же паяют с лупой (3-5х).
Некоторые BGA, наверное, можно, только вот зачем. Помнится, фен я купил чтобы в первую очередь термоусадки быстро и аккуратно греть - несомненно, можно паяльником, как я много лет разово и делал, вот только детям их надо порой столько, что проще фен завести и делать это за пару секунд:)
Karlson_rwa Автор
28.12.2021 15:30Опять же, паять с микроскопом это уже не любительский подход, обычно дома все же паяют с лупой (3-5х).
Года четыре назад несколько месяцев пришлось так попаять, поскольку микроскоп был недоступен. Врагу не пожелаю, поскольку под крупной лупой паять неудобно (лично мне, может кому-то и удобно), а с часовой трёхкраткой нос оказывается уж слишком близко к точке пайки.
А чтобы не было читерства, наверное, стоит сделать стрим или хотя бы запись всего процесса пайки. Но, судя по количеству просмотров статьи, на хабре такие вещи уже мало кому интересны. Микробы, паразиты и тайны истории напополам с мировыми заговорами на техническом ресурсе судя по рейтингу и количеству просмотров в намного большем почёте. Nuff said.
courser
28.12.2021 22:57+2Паять бессвинцовыми прототипы или собственные проекты это, имхо, чистой воды мазохизм. Отвратная смачиваемость, непропаи, мутная пайка..
N-Cube
29.12.2021 08:01Почти вся промышленная пайка сейчас бессвинцовыми припоями делается и выглядит отлично. Смачиваемость - недостаток или отсутствие флюса, непропаи и мутная пайка - недостаток нагрева. Отрегулируйте температуру паяльника и почистите жало.
courser
29.12.2021 12:48+1Если бы вы действительно что-то знали про промышленную пайку, то знали бы, что бессвинцовые - вынужденная экологическая мера.
А в остальном:
- Повышенная температура плавления на грани повреждающих термопрофилей
- Низкая смачиваемость
- Повышенная хрупкость
- Значительно быстрей мех. разрушение на термоциклировании
- Мутноватая пайка даже на идеальном термопрофиле (неравномерная кристаллизация эвтевтики)
А паять скорее я вас поучу, просто поверьте на слово.
N-Cube
29.12.2021 14:03-1Современный бензин тоже "экологическая мера", вы только поэтому будете на угле ездить? Вы ходите с настенным телефоном на свинцовом припое или с сотовым телефоном на бессвинцовом? Выше обсуждались бессвинцовые припои, откройте статью по ссылке и посмотрите, прежде чем страшилки 2003 года пересказывать (когда начался переход на бессвинцовые припой). Спасибо, не надо меня учить чугун варить в яме в земле - в китае давно уже этим не занимаются, хотя начинали с такого.
courser
29.12.2021 14:17+2Современность телефона никак не связана с припоем.
Вся милитари- и медикал- техника паяется классическими свинцовосодержащими, по причине требований к надёжности.
Перечисленное мною - голые медицинские факты, а не страшилки, и они с 2003 никуда не делись.
N-Cube
27.12.2021 17:12Глянул, что у нас есть. Самые мелкие компоненты 0402, с трехкратной лупой с подсветкой норм - чисто попрактиковаться. А так да, 0805 можно и на макетку паять (хоть с канифолью), для бытового использования самое то.
Dark_Purple
27.12.2021 21:39печь порядка оплаты за один-два дня работы примерно любого специалистаДа, только это будет унылый китайскмй кусок испражнений, а не печка. Дайте пример адекватной компактной конвекционной печи оплавления?
Karlson_rwa Автор
27.12.2021 21:58Тостер? Я серьезно. Для макетов самое то. Даже контроллер особо не нужен, достаточно хорошей термопары с мультиметром и понимания, когда какая температура должна быть.
Вообще есть печи Puhui, насколько я понимаю, народ их допиливает и паяет серийно. На электрониксе где-то была тема про их допил. Хотя лично мне больше нравятся отечественные термостолы Термопро. Я на таком иногда и двухсторонний монтаж делаю, если очень надо.N-Cube
28.12.2021 10:31Подскажите, как на подобном термостоле двусторонний монтаж можно сделать, чтобы не отпаять все ранее припаянное?
Karlson_rwa Автор
28.12.2021 13:23+3Так же, как и в обычной конвекционной печке. Т.е., во-первых, следовать общим рекомендациях при проектировании плат с двусторонним монтажом: тяжелые компоненты стараться размещать с одной стороны платы, во-вторых, паять в два захода: сначала легкую сторону, потом тяжелую. Не знаю как сейчас, раньше термопро продавал к своим столам крышки-накрывашки из стали, что делало из стола фактически тостер. Сначала набиваете одну сторону, паяете её на столе как обычно. Потом набиваете вторую сторону, плату ставите на фторопластовые стойки, накрываете стол с платой и снова паяете. Да, это двойной цикл пайки, но что поделать. Ранее припаянное не отвалится из-за поверхностного натяжения припоя. Но есть нюансы и их надо понимать. Например, при такой пайке нельзя допускать вибрацию стола или резкие удары, потому что тогда что-то может отпасть. Если есть отпаечная голова к столу, можно и с её помощью паять платы, которые по размерам подходят.
i_andreev
28.12.2021 21:01Нубский вопрос: а нельзя, случайно, использовать для разных сторон пасты с разной температурой пайки?
Karlson_rwa Автор
28.12.2021 22:41+1Лично не сталкивался, но такой вариант в одном из обсуждений был.
courser
27.12.2021 13:21+3Ну, запаять вручную единичные элементы можно почти любого типоразмера
Но если плата более-менее сложная, то 0402 это практически предел из-за плотности установки
Вот полностью ручная пайка, только 4 МС воздухом )
Одна из осн. проблем кст - оч плохой прогрев падов от 0201 и дальше из-за тонкого жала
Ну и приведённые усилия на тонком ручном инструменте уже близки к повреждающим - там сотни кг на кв. см - появляются сколы и тп.
engine9
27.12.2021 15:47Видел на ютубе методики пайки SMD паяльников в луже флюса, полагаю там лучше дела с равномерностью прогрева выводов. А так, это всё, конечно же кустарщина.
almaz1c
27.12.2021 18:26+2
Затратив 2-3 месячных зарплаты монтажника на оптический микроскоп 10x, вакуумный дозатор паяльной пасты, компрессор и нижний подогрев печатной платы наконец-то научился стабильно паять и 0201, и QFN с шагом 0.4 мм, и BGA с шагом 0.8 мм. Забыл паяльник и фен как страшный сон. Паяю строго нижним подогревателем и строго по термопрофилю. Пайка прототипов печатных плат тут же перешла из области искусства в область ремесла. Пайка стала приносить одно удовольствие и стабильный результат.
courser
27.12.2021 19:50По ножкам QFN тоже дозатор? Бросьте, плз, ссылкой на ваш.
На дозатор и термостол тоже придётся потратиться )almaz1c
27.12.2021 20:04+3По ножкам QFN тоже дозатор, да. Дозатор, сопла для дозатора, термостол с регулятором термопрофиля, компрессор pt-24. Плюс еще желательно, но не обязательно, использовать паяльную пасту 5-го класса точности.
Тоже долго сомневался в том, брать или нет. Но оно реально стоит своих денег.
N-Cube
27.12.2021 20:35Подскажите, компрессор зачем? С подобным оборудованием я не сталкивался, но остальное хоть понятно, для чего, а вот компрессор...
almaz1c
27.12.2021 20:38+1Компрессор необходим для работы вакуумного дозатора. С помощью нагнетаемого давления происходит дозирование паяльной пасты. С помощью создаваемого вакуума происходит захват компонентом при их расстановке. Особенно удобно вакуумным пинцетом BGA-микросхемы устанавливать.
N-Cube
27.12.2021 21:02Ясно, спасибо. Я-то по аналогии с паяльными станциями подумал, что дозатор уже с компрессором встроенным.
Karlson_rwa Автор
27.12.2021 22:270402 это практически предел из-за плотности установки
Плотности установки чего? Вот 0402 0201 0100 кортиярд к кортиярду (посадочные сделаны по IPC7351C (хотя в B то же самое)), плотность N:
Расстояния между парами корпусов при этом получаются 0,38, 0,36, 0,34 мм. По-моему вполне приемлемо даже для ручной установки. Да, нужен будет острый пинцет. Но это не рокет саенс. Если же не лепить все корпуса впритык друг к другу, а делать между ними зазор (безусловно, если дизайн это позволяет), то всё вполне паяется и расставляется руками.
А силу к паяемому соединению вообще не надо прикладывать. Тогда и скалываться ничего не будет. Если вы при пайке «давите» на площадку, в попытке её залудить, значит что-то не то с флюсом или температурой жала.courser
28.12.2021 13:30-1Покажите, плз, что вы реально спаяли на 0201 или 0100, ну или на 0402 как у меня, хотя бы.
А то очень много тут теоретиков на уровне "бросить в КАДе 3 футпринта и показать картинку" )
Острым пинцетом вы берёте с усилием никак не меньше 30-50 грамм, тк рука слабо различает упругость пинцета и усилие захвата. На пятне контакта с элементом это десятки, а то и сотни кг/см2.
Я видимо удивлю, но смд компоненты вообще не предназначены для работы с мех пинцетом. Они создаются под вакуумный, с миллиграммовыми усилиями.
И ещё раз повторю - учить чему-то можно только практически самому это попробовав, а я не вижу признаков того, что вы действительно паяли в реальных количествах 0201 и меньше, о которых рассуждаете ))Karlson_rwa Автор
28.12.2021 15:15Покажите, плз, что вы реально спаяли на 0201 или 0100, ну или на 0402 как у меня, хотя бы.
Отдельные небольшие куски плат не будут показательны, а целиком показать платы я не могу из-за NDA. Можете мне не верить и считать, что я диванный теоретик, паять не умею и мельче 0805 никогда ничего не монтировал, ваше право. Я никого не учу, кстати. Всего лишь рассказываю о своём и только своём реальном опыте, но вы можете не верить и тыкать в меня палочкой «сначала добейся». Вообще с вашей стороны это ad hominem в чистом виде.courser
28.12.2021 22:47Ну как вам сказать NDA это конечно очень крутой предлог. И все платы вы делаете только под ним..
Но есть очень простой факт - соотношение термического сопротивления падов 0201(и менее) и термического сопротивления кончика жала паяльника таково, что если соблюдать стандарные температуры то нормальной пайки не происходит, непропаи, тянучки, и даже подлипания жала с отрывом металлизации на керамических элементах. Кое-как паяется на 350грС, если дорожка тонкая и без полигонов, но тоже с тянучками, если не лить полведра флюса.
Пайка ниже 0402 - ограничена простой термодинамикой. Так что и показывать спорщикам особо нечего или выглядит это всё как чума.Karlson_rwa Автор
28.12.2021 23:04И все платы вы делаете только под ним
Видите ли, когда в ТЗ есть строчка «все разработанные решения являются интеллектуальной собственностью заказчика и не могут быть раскрыты третьим лицам», то да, делаю под ним. За много лет работы в отрасли поделка из статьи — чуть ли не первый девайс сделанный для себя, для души. Не считая NFC визитки собственного изготовления. Могу, кстати, плату из диплома показать. Только там трухольные резисторы и DIP8 :Dсоблюдать стандарные температуры
Что вы называете стандартными температурами? Можете привести какой-нибудь ОСТ или ГОСТ? Желательно еще доступный, чтобы не бежать за ним в первый отдел. Мне действительно интересно.Кое-как паяется на 350грС
Я вот эрсой паяю. А вы чем? Я подлипания замечал только на самом-пресамом тонком конусном жале. В основном использую удлиненное конусное, с ним проблем нет.courser
29.12.2021 00:04Зачем вам ГОСТ? В каждом втором даташите есть термопрофиль для пайки. Типичная температура - 260грС
Karlson_rwa Автор
29.12.2021 00:28Это вы на жале паяльника 260 ставите?
courser
29.12.2021 12:39280-290 обычно, но внимательно отношусь в к припою и точно знаю что в катушке. Это, в порядке ухудшения
Sn60Pb36Ag4
Sn63Pb37
Sn60Pb40Karlson_rwa Автор
29.12.2021 13:18+1Вы знаете, я почитал ваши комментарии из профиля, у меня сложилось по ним впечатление, что вам 45+ и вы давно сложившийся специалист со своим вроде бы даже адекватным мнением. Но вот с температурой паяльника я с вами никак не соглашусь.
Я же неспроста вас спросил про ГОСТ или ОСТ. Я не знаю, какие вредители в союзе рекомендовали 270 (условно, +- десяток градусов) ставить на паяльнике и почему монтажники той эпохи до сих пор ставят эти несчастные 270 и пытаются ими что-то спаять, но при такой температуре решительно невозможно что-либо адекватно паять! Не подумайте, что учу вас, но попробуйте нормальный паяльник типа Т12 хотя бы и температуру 330. И вы увидите, что паяется всё намного быстрее и качественнее! И точку пайки вы не десять секунд будете мурыжить, а две-три, что на мой взгляд, существенно лучше в плане долгосрочной надежности.N-Cube
29.12.2021 13:48Вероятно, все дело в сечении и материале жала. Был у меня когда-то советский паяльник - из тех, где жало в нужную форму просто напильником затачивается из прутка фактически, так там такая теплопередача... и никакого контроля температуры, разумеется. На максимальной мощности медное жало без покрытия моментально обгорало, но им можно было здоровенные элементы типа силовых резисторов на сотню ватт паять. А паяльные станции с современными многослойными жалами типа t12 по умолчанию на 330 градусов настроены обычно, да еще +50 градусов на одну минуту дает нажатие на регулятор, если нужно что-то покрупнее припаять, не меняя жала. Вообще после смены толстой проволоки свинцового припоя (1-2 мм) с куском канифоли и паяльника без регулятора температуры на тонкий бессвинцовый припой (0.8 мм максимум) с жилой флюса внутри и паяльную станцию - паять стало заметно легче, а не тяжелее.
courser
29.12.2021 14:11А вы как думаете, в свои 45+ я ни разу не пробовал паять перегретым паяльником? )))
Китайцы на конвеере, например, часто паяют вообще не лужёным стальным(!) жалом, разогретым докрасна практически. А что, очень быстро зато.
Но мы вроде не об удобстве монтажника, а о соблюдении тех. норм и какой-то долговременной надёжности. Паяные на 350гр меги328 в qfn, например, дают потом процентов 5 отказов в партии.
Задранную температуру прекрасно заменяет достаточное количество флюса и правильное жало с тонким покрытием, а в идеале - без.
Это кст отдельная тема - не многие понимают разницу между пайкой "вечными" жалами и классическими медными. Да, их надо править, да, с ними не посадишь на конвеер - но и SMD никто там не паяет.
N-Cube
29.12.2021 08:08Что, независимо от припоя и типа паяльника так и ставите 260 градусов? Наверное, прямо на ручке китайского паяльника с регулятором шагом 25 градусов? То-то бессвинцовый припой у вас не плавится...
courser
29.12.2021 12:42Что, вы ясновидение практикуете? Вот прямо всё угадали.
Даже спорить смысла нет.N-Cube
29.12.2021 13:54Выше вы описали типичные признаки не расплавленного нормально припоя с мутной неровной поверхностью, при увеличении это кристаллики с жидкой пленкой между ними, конечно, так паять одно мучение. Свинцовые припои дают зеркально блестящую поверхность, бессвинцовые матовую блестящую, но в любом случае это должна быть гладкая и однородная поверхность.
GennPen
29.12.2021 08:35+1Кое-как паяется на 350грС
Нужно нормальные паяльники иметь. Не те ущербные на жалах 900-ой серии, а хотя бы Т12 с набором различных жал. 350 грС - температуры хватает за глаза.
N-Cube
29.12.2021 09:40+1По опыту, на жалах t12 хватает температуры 330 градусов почти всегда. С тонкими жалами и толстой проволокой припоя (0.8 мм) приходится ставить 350 градусов, при тонкой проволочке (0.6 мм - разница в поперечном сечении почти в два раза) такой проблемы нет. Разумеется, жало должно быть хорошо облуженным, чтобы теплопередача была равномерной и по всему прилегающему участку жала.
GennPen
29.12.2021 11:33+1Тоже примерно на этой температуре паяю. 320-330 - для SMD более чем хватает. Если нужно какой нть жирный мосфет на безсвинцовке попаять, тогда до 350-360 приходится поднимать. Выше нет смысла ставить, только жало убивается.
courser
29.12.2021 12:53Почитайте, что ли, о чём ветка вообще.
За 350 на паяльнике монтажника могли премии лишить при совке на некоторых ответственных производствах.N-Cube
29.12.2021 14:29Ну вы сравнили. Вот посмотрим для популярного кт315:
Температура пайки (235 ± 5) °С, расстояние от корпуса до места пайки 1 мм, продолжительность пайки (2 ± 0,5) с. Транзисторы должны выдерживать воздействие тепла, возникающего при температуре пайки (260 ± 5) °С в течение 4 секунд.
Источник: https://eltctricon.ru/measuring/kt315-workhorse-of-domestic-electronics/
У популярных современных транзисторов 150 градусов это рабочая температура, а кт315 после такого нагрева целиком просто труп (125 градусов максимально допустимая температура). И термопрофиль пайки в современных даташитах, кстати, - это нагрев всей детали в печи, а вовсе не температура на выводе, просунутом сквозь металлизированную плату :)
i_andreev
28.12.2021 21:030402 спокойно берется и ставится пинцетом, даже без луп и микроскопов. Понятно, что с вакуумом удобнее, но не всегда он есть.
courser
28.12.2021 22:330402 покойно берётся и ставится, особенно если посмотреть заглавную картинку в ветке и прочесть камент.
Но 0201 и меньше при ручной пайке уже получают микроповрежения, а ингода и не микро.
murz85
28.12.2021 07:11Ну что за читерство) Паяйте без маски и плотно расположенные компоненты- вот это будет настоящий SMD challenge!
courser
28.12.2021 13:51Вы насчёт какой маски? Трафарет что ли? Он не использовался.
Или вы действительно про паяльную маску?
Специально заказать 4х слойку 5го класса без маски? Её ещё при HAL лужении в Резоните закоротит )))
Волшебная блин страна советов )
Karlson_rwa Автор
28.12.2021 23:09Напишите, кстати, про свою платку. Это ж какой-то контроллер борта с видеопередатчиком, gnss и, видимо, максимовским osd, насколько можно разглядеть.
courser
29.12.2021 00:02Это полётный контроллер для квадрика all in one. Вторым этажом четырёхканальный ESC на 25A
Под Бетафлайт\Клинфлайт
Расстояния между парами корпусов при этом получаются 0,38, 0,36, 0,34 мм. По-моему вполне приемлемо даже для ручной установки. Да, нужен будет острый пинцет. Но это не рокет саенс. Если же не лепить все корпуса впритык друг к другу, а делать между ними зазор (безусловно, если дизайн это позволяет), то всё вполне паяется и расставляется руками.
Ringenium
27.12.2021 13:55Как удалось разглядеть кристал LMC555 ?
Karlson_rwa Автор
27.12.2021 16:07В оптический микроскоп, я же написал об этом. Поскольку корпус представляет собой, фактически, кусок кремния с шарами для пайки на самом кремнии, со стороны пайки видна внутрянка кристалла.
Alexey2005
27.12.2021 18:46Интересно, а существуют ли сервисы по пайке, подобно тому, как есть сервисы по изготовлению печатных плат?
С появлением возможности просто сделать плату на заказ по чертежу все танцы с бубном, ламинатором, лазерным принтером и хлорным железом наконец-то ушли в прошлое — куда проще и удобнее поручить это грязное и нестабильное дело профессионалам.
Вот было бы здорово, если бы появился способ заказывать изготовление уже сразу распаянных платок. Чтобы не только саму плату сделали, но сразу и компоненты припаяли.Karlson_rwa Автор
27.12.2021 18:55Разумеется! Тот же PCBWay так делает. Или наш Резонит (в кооперации с Компэлом).
courser
27.12.2021 19:56Резонит так дерёт за QFN - аж икаешь, даже количество пинов пофигу - что 64 что 6 - давай 400+ рублей или типа того.
axe_chita
27.12.2021 19:56+1Мой скилл, точнее зрение, такое не возьмёт, но чёрт побери это круто! Хабр торт!
Karlson_rwa Автор
27.12.2021 22:42+1Спасибо, приятно, что кому-то моя поделка понравилась :)
Но я паял с микроскопом, по-другому никак.axe_chita
28.12.2021 11:19+1Пожалуйста, всегда приятно видеть как человек умеет руками работать. А микроскоп всего лишь инструмент, как пинцет, присоска, паяльная станция и так далее, так что тут все по честному. :)
engine9
До чего миниатюризация дошла! Когда рассматриваю SMD компоненты то каждый раз интересно а как их изготавливают на заводах. К примеру светодиоды, ведь каждый залили компаундом в микроминиатюрной форме и получился брусок с плоскими гранями и четкими рёбрами. Или миниатюрные индуктивности. Удивительно.
GennPen
Выронил 01005 резистор с пинцета и потом ищи его на столе: то ли резистор, то ли мусоринка лежит.
Karlson_rwa Автор
Проще сразу брать новый. Слишком уж на пыль они похожи.
Титановые пинцеты в этом плане, кстати, очень хороши. Почти не надо прикладывать усилие для сжатия, из-за этого, по крайней мере у меня, получается лучше обращаться с мелочевкой.
Z2K
Познавательно. Но не очень показательно для трудности и трудоемкости позиционирования рээ, поскольку тут два элемента и то не рядом размещены, а когда их десятки и они один возле другого, и кончики пинцета больше этого расстояния то тут уже другие проблемы.
Karlson_rwa Автор
Если проектировать следуя стандартам IPC, то такая ситуация возможна, видимо, в ситуации использования только наивысшего уровня плотности. Если пользоваться средним, то таких проблем нет.
Anhal
А почему именно титановые? Не понятно
Karlson_rwa Автор
Мягких стальных пинцетов мне не попадалось. Титановые же очень мягкие. По крайней мере те, которые я щупал лично.
Karlson_rwa Автор
Полагаю, что плюс-минус так: www.youtube.com/watch?v=fHplz2LPLbg
С поправкой на размер, конечно.
ilinyhaa
заливают всю пластину целиком, затем на дисковой резке пилят.
courser
Залили длинную полосу, а потом нарезали )
Причём полос несколько на одном основании типа ПП, их разделяют потом резкой