Bil Herd の DIY 表面実装アセンブリ プロセスを学ぶ

ほんの一握りのツールと忍耐力があれば、独自の表面実装テクノロジベースの PCB アセンブリを行うことができます。 私の SMT プロセスの中心は、プロセス内の清浄度を少しでも維持しようとしながら、さまざまなステップを停止して検査することです。

表面実装または表面実装技術 (SMT) は、プリント基板 (PCB) を組み立てる最新の方法であり、最新の技術製品を開封するときによく見られるものです。 これは、コンポーネントのリード線を PCB の穴に挿入する古いスルーホール (TH) テクノロジーよりもはるかに小さく、穴にコンポーネントを詰め込む必要があったため、「詰め込み」と呼ばれる作業でした。

いくつかの特殊なツールを使用すると、これがはるかに簡単になりますが、機知に富んだハッカーは、はんだペーストのステンシルジグ、真空ピンセット、およびはんだペーストのリフロープロファイルを追跡できるコントローラーを備えた改造されたオーブントースターを組み合わせることができます。 ケチってはいけないのは、はんだペースト自体の品質、使用年数、および保管です。

休憩後には、私がワークショップで使用するプロセスの概要と、SMT 組み立てプロセスの各ステップの詳細をビデオでご覧になれます。

表面実装パッケージの名前は少しわかりにくい場合があります。 ビデオでは、ピンピッチが 0.5 ミリメートルのパットについて説明していますが、抵抗に関しては、0.06×0.03 インチの 0603 や 0402 などの番号を使用します。 適切なサイズのパッケージを使用していることを確認するために参照できる例を用意しておくことが常に重要です。

コンポーネントのサイズが表示された信頼できる Adafruit 定規を見ると、通常は 0603 サイズのコンポーネントを定期的に使用していると言えますが、RF コンポーネントの場合は 0402 を使用しました。サイズが小さいほど、サイズが上がるにつれて問題となるインダクタンスなどの影響が少なくなります。頻度。 小さい 0201 コンポーネントは非常に小さいので、吸い込むのが怖いので作業しません。

ご覧のほとんどすべての SOIC 部品は、ビデオで示した方法を使用して作成できます。通常、リード間隔は 0.5 mm まで下げますが、ビデオでは、リード間隔が最小の 0.4 mm のチップをいくつかはんだ付けしています。私の自宅研究室で。

今日では、コンポーネントのリード線用の穴を必要とせずにコンポーネントを PCB に「配置」し、事後的に溶融した状態のはんだを塗布する代わりに、フラックスとはんだからなるはんだペーストを使用します。 ペーストはさまざまな方法で包装できますが、はんだペーストの種類や購入場所によって保存期限があるため、私は注射器でペーストを購入し、限られた期間だけ小さな冷蔵庫に保管しています。

はんだペーストは、ベースとなるフラックスによって示されます。私は「洗浄なし」を使用していますが、これは文字通りの意味であり、最終結果は PCB を洗浄せずに動作可能です。 ボードを他の人に渡す場合は、通常、とにかくボードをクリーニングします。これについてはビデオで説明します。

はんだは、フラックスとともに浮遊したはんだの小さなビーズの混合物であり、メーカーによっては数日ではないにしても数週間の明確な保存期限があるため、DIY はんだ付けで最も厄介な部分になる可能性があります。 簡単に言えば、はんだをいつ購入したか覚えていない場合は、捨ててください。 私は、製造用ミックスよりも保存期間が長い Zeph ペーストという、保存期間を長くするために配合されたはんだを購入し、小さな専用冷蔵庫 (6 パッククーラーを思い浮かべてください) に入れて、針を下に向けた注射器に入れて立てて保管しています。

はんだにも多くの種類があり、有鉛と無鉛から始まり、含まれるフラックスの種類に応じて変化します。 私は洗浄の必要がない、または強力なフラックスクリーナーの代わりにアルコールで洗浄できる「洗浄なし」バージョンを使用しています。

PCB にはんだペーストを塗布するにはいくつかの方法があります。 注射器と古き良き方法の絞りを使用して手動で塗布し、PCB のコネクタ パッドにはんだを堆積させることができます。 空気圧で動くディスペンサーも持っていますが、あまり使っていません。

私の主な方法は、ビデオで見られるように、ペースト マスク ステンシルを使用し、ペーストを PCB 上にスキージすることです。 ペーストをペーストマスクスクリーンに押し込むときに、あまり強く押し付けないようにペーストを絞り出すにはコツがあります。 ペースト マスク ステンシルは、PCB を購入するのと同じ販売元から数ドルで入手できます。大規模な生産の場合は、OSH Stencil のような会社を検討します。

私は、コンポーネントを基板に配置する前に必ず PCB を検査し、このステップではステレオ X10 顕微鏡を使用します。 私が探しているのは、後ではんだショートを引き起こす可能性のあるものです。つまり、今ショートしている場合は、後でショートする可能性が高くなります。

コツは、ペーストを汚したり部品のリードを曲げたりすることなく、実際にはんだペーストにぴったりと密着するように部品を基板上に配置することです。 ピンセットは、抵抗器やコンデンサーなどの小さなコンポーネントには使用できますが、集積回路 (IC) ではパッケージを平らに置くように注意する必要があることがよくあります。 吸引を使ってこれを行うには、完全に手動で行うためのスクイーズバルブ付きの小さな吸盤を含むさまざまな方法があります。または、多くの作業を行う場合は、古いもので作った小さな吸引力の部品ピッカーアッパーを起動することもできます。水族館のポンプ。

私は T-962 (このテーマに関する Hackaday 記事に従って MOD を完備) を含むさまざまなリフロー オーブンを試してきましたが、特に背が高く暗いコンポーネントの場合、オーブン内の放射パターンが若干不均一であるため、いつも不十分だと感じました。

より優れた小規模オーブンを作るために、Black & Decker の対流式オーブンから始めて、性能を向上させる補助加熱要素が付属する Controleo3 オーブン コントローラーを購入しました。 反射テープと高温 RTV を大量に貼り付けた後、オーブンは可能な限り熱損失が起こらないように密閉されます。 オーブンコントローラーがオーブンの特性を学習するのに 1 時間かかりますが、一度学習すると、非常に優れた再現性のある結果が得られました。

重要な考慮事項は、熱対時間のグラフであるはんだプロファイルです。 これは、はんだが溶けるまで基板を熱いオーブンに貼り付けることとはほぼ逆です。これでは、達成したいスムーズなリフローとは対照的に、フラックスを焼き落とすだけで、はんだの小さな塊が残ることがほとんど保証されます。 はんだプロファイルは、実際のリフロー段階に加えて、予熱や急速冷却などのさまざまな段階を処理します。

オーブンに追加の発熱体を取り付けました。 Controleo3 は、オーブンに合わせて、さらにはオーブンに搭載されているもののサイズにも合わせて調整します。 ブランク基板を使用して大きな PCB を作成する場合は、オーブンを再トレーニングします。

私の性格上、私は最後にもう一度、はんだ付けされた最終製品を顕微鏡でたたき、各リードを注意深く観察して、プロセス中にはんだブリッジやボイドがないか確認します。 また、はんだが完全に溶けていて「グレープ状」になっていないこと、またははんだが適切に研がれたはんだ接合部ではなく小さな塊に凝集している可能性がある場所も探します。

私は基板を PCB 専用の超音波洗浄機にかけるのが好きです。 通常は必要ありませんが、ボードにプロフェッショナルな見栄えを与え、検査を容易にします。

DIY SMT アセンブリは確かに可能であり、小規模生産でも実行できることがおわかりいただければ幸いです。 私の場合、十分な検査を行う限り、非常に小さいリードピッチ 0.4 mm までコンポーネントをはんだ付けできます。 きれいに保ち、はんだペーストを新鮮に保ち、すべてのステップで検査すれば、自分のワークショップで素晴らしい結果が得られます。