Come si salda un SMD?

[nikiT]

Salve signori,
vorrei iniziare a montare delle schede che includono componenti a montaggio superficiale. Si tratta di piccoli prototipi, alcuni replicati in piccole serie, che includono qualche decina di componenti ciascuno, per cui il flusso di lavoro è molto contenuto.

Dal momento che non ho alcuna esperienza in merito, mi chiedevo se poteste suggerirmi quale strumentazione acquistare.

Al momento, le soluzioni che conosco sono:

• saldatore tradizionale permette di saldare solo pochi package;
• saldatore ad aria calda;
• forno per saldatura.

Quali sono pro e contro di questi sistemi? Quali soluzioni mi consigliate?

Grazie!

Ciao,
Niki

[boiler]

Rettifica: il saldatore tradizionale non va bene su nessun circuito SMD (a meno che non sia privo di MLCC: praticamente mai). Saldarli a mano vuol dire distruggerli. E non ha nulla a che vedere con la bravura o l'esperienza dell'operatore.

Per il tuo scopo prenderei una stazione ad aria calda e una piastra di preriscaldamento.

Rispetto al forno hanno il vantaggio di permetterti anche di fare riparazioni e modifiche. Giungono però anche loro abbastanza presto ai loro limiti. Il massimo che ci ho saldato è stato un 48-VFQFN con thermal pad. Era al limite, se non già oltre

Boiler

[venexian]

Rettifica: il saldatore tradizionale non va bene su nessun circuito SMD

Mi sembra un po' azzardata come affermazione.
Io uso il saldatore tradizionale per tutti i componenti SMD, anche i QFN.
Non ne ho mai rovinato uno.

[boiler]

Parlo dei condensatori in 0805, 0603 eccetera.
Il QFN è molto più robusto.

Tutti i produttori (TDK, Murata, Samsung...) hanno application notes che lo sconsigliano. Le avevo già linkate e posso rifarlo, ma al momento scrivo dal telefono.

Poi c'è gente che lo fa e dice che gli è sempre andata bene. D'altra parte, in effetti, se il 100 nF che disaccoppia il micro è in realtà un 22 nF con in serie 3 ohm, spesso non ce se ne accorge.

Boiler

[venexian]

Vedi, prima scrivi che non va bene per nessun componente, poi che alcuni produttori di alcuni componenti lo sconsigliano. Sono due cose diverse.

Infatti, altri produttori, indicano come utilizzare il saldatore tradizionale per quelle stesse saldature.

Ho fatto personalmente delle prove sul degrado dei componenti elettronici dovuto al calore, ottenendo risultati che hanno sempre confermato come i timori di danneggiamento dei passivi 'solidi' (1) e dei semiconduttori siano molto più una leggenda metropolitana che una realtà.

Tra queste prove, molte hanno riguardato proprio i condensatori ceramici sia C0G, sia X7R, sia Y5V. Dopo l'immersione in pozzetto a 270 °C per un minuto, nessuno, su decine di campioni, ha mostrato segni di deterioramento.

Nello stesso pozzetto sono passati anche semiconduttori, tra cui ricordo un microcontrollore PIC in contenitore 18SOIC che non ha neppure perso un bit del programma precedentemente memorizzato.

Magari si tratta di fortuna, come dici tu, ma statisticamente mi pare strano.

(1) I condensatori con elettrolita liquido, sono ovviamente un discorso differente, ma in questo caso, l'aria calda non è meno pericolosa del riscaldamento diretto dei piedini.

[boiler]

Vedi, prima scrivi che non va bene per nessun componente, poi che alcuni produttori di alcuni componenti lo sconsigliano. Sono due cose diverse.

Anche circuito e circuito integrato sono due cose diverse. Rileggi quanto ho scritto:

il saldatore tradizionale non va bene su nessun circuito SMD (a meno che non sia privo di MLCC: praticamente mai).

In altre parole

il saldatore tradizionale non va bene per saldare insiemi di componenti SMD su PCB quando tra questi componenti ci sono degli MLCC (occasione piú unica che rara)

Non ho mai scritto che il saldatore normale non si possa usare per sostituire un transistor in SOT-23, cosa che peraltro ho fatto stamattina.

Infatti, altri produttori, indicano come utilizzare il saldatore tradizionale per quelle stesse saldature.

Specificando chiaramente che non è il metodo da preferire e che se possibile va usata l'aria calda.
È un discorso simile a quello degli absolute maximum ratings: in calce ad ogni datasheet Linear scrive
Note 1: Stresses beyond those listed under Absolute Maximum Ratings may cause permanent damage to the device. Exposure to any Absolute Maximum Rating condition for extended periods may affect device reliability and lifetime.
Insomma, il micro che accetta in ingresso 5.5 V lavora probabilmente bene anche a 5.7 V. Addirittura per "extended periods". E forse anche a tempo indeterminato: they may cause permanent damage. But maybe we are lucky and they don't...

Ciononostante, credo sia prassi non solo mia stare sotto agli absolute maximum ratings.

Tra queste prove, molte hanno riguardato proprio i condensatori ceramici sia C0G, sia X7R, sia Y5V. Dopo l'immersione in pozzetto a 270 °C per un minuto, nessuno, su decine di campioni, ha mostrato segni di deterioramento.

Non mi stupisce. Gli MLCC vengono sinterizzati in produzione attorno ai 1300-1400° C.
Non è il calore che li fa soffrire, sono gli shock termici e quelli meccanici.

Se è il condensatore tutto a passare da 20 a 270° C in una frazione di secondo, non succede nulla.
Il problema sorge quando viene riscaldato prima un lato e poi l'altro.

E il problema è subdolo. Spesso si tratta di cricche che si vedono solo facendo una sezione del componente ed analizzandola al microscopio. Vedi per esempio qui:

Queste cricche sono però punti di rottura che con il tempo si allargano in seguito a cicli termici, stress meccanico, vibrazioni e stress elettrico.

Quindi dopo il montaggio non ci si accorge di nulla, ma dopo 6 mesi in servizio il circuito comincia a dare problemi.

Come detto, ognuno può fare come vuole, però c'è un metodo giusto e un metodo che può andar bene. Io preferisco il primo. Ci metto dieci minuti in piú a saldare un circuito di complessità media, ma mi evito una fonte di possibili rogne.

Boiler

[nikiT]

Non mi avete fatto pentire di aver posto la domanda. Quante cose interessanti!

Ricordo di aver letto tempo fa una pubblicazione relativa ai danneggiamenti dei MLCC, ed effettivamente le casistiche di guasto più ricorrenti sono proprio associate agli stress termici e agli stress meccanici associati alla flessione della scheda.

Immagino, quindi, che per il mio scopo sia indicato acquistare un saldatore ad aria calda ed una piastra di pre-riscaldamento.

Sono entrambi necessari, o posso accontenrarmi del solo saldatore ad aria calda?

So che le mie domande mostrano tutta la mia ignoranza in materia, ma davvero non ho alcuna esperienza a riguardo.

Ciao,
Niki

[boiler]

Sono entrambi necessari, o posso accontenrarmi del solo saldatore ad aria calda?

La piastra non è necessaria, ma semplifica molto il lavoro e in certe situazioni ti salva le chiappe.
Dipende molto da cosa vuoi saldare.

In generale se hai groundplanes o powerplanes e i collegamenti non sono "thermally starved" (cioè collegati così: https://commons.wikimedia.org/wiki/File ... l_pads.png), con l'aria calda da sola fai una fatica immane!
Se poi hai un QFN (o simile) con thermal pad diventa quasi impossibile. Il thermal pad è fatto proprio per disperdere calore e se fa il suo lavoro, ti rende difficile la saldatura.

Con la piastra puoi portare tutto il PCB (quindi anche il groundplane) a 90°C (o un po' di meno... o un po' di piú... dipende dal tipo di PCB e da cosa c'è sopra). In questo modo l'aria calda deve superare uno scalino di temperatura minore.

Oltre a permetterti saldatura altrimenti difficili, come ho già detto, diminuisce anche il tempo che ti serve per fare una saldatura, con conseguente riduzione della sollecitazione termica sul componente e aumento della produttività.

Se vuoi puoi provare senza e vedere come va. Fai sempre in tempo a comprarla piú tardi.

Boiler

[nikiT]

È chiaro, grazie!

Ora mi resta solo da decidere quale acquistare. Sono certo che, essendo il primo acquisto in questo settore, finirò probabilmente col fare un pessimo acquisto. Se avessi qualche prodotto da suggerirmi (tenendo conto che la priorità è più verso il budget che la qualità), te ne sarei davvero grato!

Ciao,
Niki

[boiler]

Io ho sempre usato la Weller WAD 101 (da una decina di anni ormai) e la trovo un eccellente prodotto. Però costa caruccia e serve l'aria compressa centralizzata (o un compressore sotto il tavolo, o una bombola a lato )

Negli ultimi anni sono arrivati sul mercato parecchi prodotti cinesi. La piú conosciuta è probabilmente la Atten 8586 (che si trova anche sotto altri nomi). Ti converrebbe però sentire chi l'ha già usata. Io la conosco solo per averla vista in internet...

Boiler