Na stupnici (čítači kmitočtu) s MCU AVR64DD32 jsem si poprvé doma vyzkoušel metodu pájení SMD součástek zvanou metoda "přetavením", anglicky "reflow". Již před nějakou dobou jsem si to vyzkoušel na osazování SMD verze NF CW filtru s operačními zesilovači. Ale to bylo ve firmě P2J Technology s profesinálním vybavením, včetně malého osazovacího automatu a průběžné pájecí pece. Teď jsem si to vyzkoušel doma v čistě amatérských podmínkách.

Rám na nanášení pasty pomocí šablony

Když jsem si jednou objednával výrobu plošných spojů u čínské firmy JLCPCB, vyskočila na mne nabídka rámu na nanášení pájecí pasty s pomocí šablony (planžeta, stencil). Je to něco podobného, jako třeba rám na sítotisk. Měli tam 4 modely různé velikosti. Ten největší a nejdražší vypadal docela profesionálně, ale zbylé tři moc důvěry nevzbuzovaly ani na fotografii. Ostatně i jejich velmi nízká cena byla podezřelá. Zmínil jsem se o tom ve firmě P2J Technology, kam občas docházím na výpomoc a tam je napadlo jeden z těch laciných rámů objednat. Prostě ze zvědavosti, jak to bude použitené.
Pak jsem na to zapomněl.

Fotka rámu z E-shopu mírně upravená	Nastavení vyžaduje trochu trpělivosti	Jedním klíčem přitlačit druhým utáhnot

Asi po půl roce mě napadlo, zeptat se, jestli ten rám objednali. Řekli mi, že je stále nevybalený už pár měsíců někde ve skladu. Jestli chci, ať si ho tam vezmu a vyzkouším. Tak jsem si ho odvezl domů na otestování.

No, ten rám není žádný zázrak, ale je to použitelné. Silnější ocelový plech jako základna, zbytek jsou tenkostěnné lisované hliníkové profily, spojené plastovými rohy vytištěnými na 3D tiskárně. Jsou na to potřeba dva Inbusy (hovorově IMbusy, správně "šestihranný zástrčný klíč") a jeden křížový šroubovák. Ty dodané s rámem jsou k ničemu.
Nemá to žádný mikro posuv na zarovnání pomocí nějakých šroubů s jemným závitem. Prostě povolit Inbusem šrouby, které drží šablonu, trochu cuknout a utáhnout. Při utažení se to zase uhne, takže znova. Při troše trpělivosti se nakonec podaří zarovnat dírky v šabloně s SMD pájecími ploškami.

Myslím, že hlavní problém je, že se výrobce snažil, aby to vypadalo jako "dospělý" rám na šablonu. Pro tuto velikost by asi byla vhodnější nějaká jednodušší konstrukce, třeba jako na TOMTO VIDEU.

Pájecí "plotýnka" z Aliexpressu

Když jsem na Aliexpressu objednával nějaké displeje, narazil jsem na nabídku pájecí "plotýnky". Nevím, jak jinak, výstižněji to nazvat. Prostě hliníková deska, na které je zespoda přišroubobované topné těleso, a celé je to v ocelové krabici. Nějaké teplotní čidlo a elektronika udržuje nastavenou teplotu. Cena byla podezřele nízká (psali že je to "v akci"), ale měli velmi mnoho kladných recenzí (stovky), často včetně fotografií. Nabízeli několik velikostí té desky s různým příkonem. Objednal jsem verzi 20x20cm s příkonem 700W. Psali, že doprava je z České Republiky (u těch menších z Polska). A opravdu - v pátek jsem to objednal a zaplatil a v úterý mi to pošta doručila.

Plotýnka z Aliexpressu	Plotýnka zezadu	Detail štítku

Pájecí pasta

Poslední potřebná věc je pájecí pasta. Jedná se o suspenzi velmi malých částeček pájky a polotekutého tavidla. Tím vznikne poměrně hustá šedá pasta. Ta se nanese pomocí výše zmíněné šablony a špachtle na pájecí plošky na plošném spoji. SMD součástky se na ni položí a mírně zatlačí buď ručně nebo strojně. Postupným zahřátím celé DPS až na teplotu tavení pájky se nejprve odpaří rozpouštědlo v tavidle, částečky pájky se roztaví, slijí a vzlínají na kovový vývod SMD součástky. Potom se DPS nechá vychladnout a tím je vše připájeno.

Vyrábí se spousta druhů pájecích past. Olovnaté, bezolovnaté, s různým poměrem jednotlivých kovů a tím pádem různou teplotou tavení. Tavidlo bývá často "bezoplachové", čili není nutné desku po pájení čistit, ale i s různými agresivnějšími přísadami, takže je čištění potřeba.

Kvalitní pájecí pasty jsou docela drahé. Na druhou stranu jejich spotřeba je docela malá. Plošky SMD součástek jsou maximálně v jednotkách milimetrů, často méně než 1mm². A běžná tloušťka šablony bývá okolo 0,15mm. Já jsem z firmy P2J získal nějakou pájecí pastu, používanou na předvádění pájení zákazníkům, které ale již prošlo datum zpracování. Pro moje účely funguje perfektně.

Takže jdeme na to:

Navrhl jsem si plošný spoj na ten čítač-stupnici z předchozího článku a objednal si ho včetně té šablony (stencil) u firmy JLCPCB. Na tu šablonu nejsou potřeba žádná speciální data (soubor). Výrobce DPS to vyrobí s použitím Gerber souborů k tomu DPS.

DPS a nerezová šablona	DPS upnutý v rámu	Šablona zarovnána s DPS	Celkový pohled

Zarovnání šablony s ploškami na desce bylo trochu pracné, jak jsem napsal výše, ale nakonec se to povedlo. Pájecí pastu jsem nanesl pomocí nezerové špachtle dodané s rámem. Ta špachtle se jim docela povedla. (Později jsem zkusil použít starou plastovou platební kartu, jak jsem to viděl v některých videích, ale nerezová špachtle byla lepší. Karta je příliš měkká a ohýbá se, protože pájecí pasta je docela hustá.)

Nanesená pájecí pasta	Pasta - detail	Ještě jeden detail

Pak jsem pinzetou naskládal součástky na desku. To mi trvalo docela dlouho. Nejsem již nejmladší a strefit se třesoucí se rukou přesně na plošky a přitom nerozpatlat pájku nebylo úplně snadné. Asi si do budoucna pořídím nebo vyrobím nějaký přípravek na ruční osazování. Něco s podepřením ruky a přísavkou na pokládání součástek.

Položeny součástky	Součástky v pastě detail	TQFP v pájecí pastě

První pokus

Potom přišel čas na přetavení. Nevěděl jsem jaká je teplota tavení té pájky, tak jsem nastavil raději více, tedy 280°C. Destičku jsem na plotýnku položil, když displej ukazoval asi 100°C. Když displej ukazoval někde mezi 220-250°C (nevím přesně, překvapilo mě, jak to bylo rychlé), začalo se z destičky kouřit (odpařovalo se rozpouštědlo) a během několika sekund se pájka roztavila a spoje vypadaly připájené. Destičku jsem rychle pinzetou sundal z plotýnky a nechal vychladnout.

Výsledek prvního pokusu

Potom jsem to prohlédl pod lupou. Součástky vypadaly sice připájené dobře, ale u integrovaného obvodu (TQFP) byly 3 můstky z pájky mezi vývody. Nebyly u plošného spoje, ale až nahoře, blízko plastového pouzdra. Navíc, při pozornějším prohlížení jsem si všiml malých kuliček pájky u některých součástek, hlavně keramických kondenzátorů. Samozřejmě, nebyl problém to ručně opravit.

Zapájeno první pokus	Můstky mezi piny	Kuličky pájky

Konzultace s odborníky

Při konzultaci ve firmě P2J Technology mi pan Růžička poradil, že i při takovémto domácím pájení je potřeba alespoň se pokusit dodržet nějaký "teplotní profil". O teplotních profilech pro různé pájecí slitiny bylo napsáno spousta článků, pojednání a diplomových prací. Stačí zadat do internetového vyhledávače "reflow temperature profile" a můžeme si počíst. Takže, teplota tavení bezolovnatých pájek nebývá vyšší než cca 225-250°C. U olovnatých pájek je to níže, 185-190°C. Takže nastavit tam v maximu přibližně o 10°C více.

Dále je potřeba teplotu zvyšovat pozvolna a na teplotě 2/3 až 3/4 maxima se chvilku zdržet, aby mělo rozpouštědlo v tavidle čas se pomalu odpařit. Jinak se začne vařit a tím se pájka rozhází (kuličky) a vytvoří můstky nahoře u pouzdra.

Druhý pokus

Ukázka teplotního profilu z webu https://express-24.io	Sn62_Pb36_Ag2 termopasty.com	Sn96.5_Ag3_Cu0.5 termopasty.com

Moje řešení předehřev	Moje řešení finální ohřev	Moje řešení chladnutí

Další den, při druhém pokusu jsem tedy nejprve nastavil teplotu 170°C. Plošný spoj jsem dal na plotýnku už za studena a ještě jsem ho na okrajích podložil (mincemi 1Kč), aby se neohříval moc rychle. Na teplotě 170°C jsem nějakou dobu počkal, aby se všechno prohřálo a také se odpařilo rozpouštědlo, pak jsem nastavil 240°C a nechal plotýnku dojít na tuto teplotu. Pak jsem DPS položil přímo na plotýnku bez mezery (bez mincí). Asi za 15 sekund bylo připájeno, tak jsem desku sundal z plotýnky a nechal vychladnout.

Výsledek druhého pokusu

Výsledek je perfektní, lepší, než jsem očekával. Viz fotografie. Pájené spoje nepotřebují žádné ruční opravy. Pouze na dvou místech se ještě objevily velmi malé kuličky pájky. Pravděpodobně by bylo lepší nejprve sundat DPS z podložky a teprve potom nastavit finální teplotu, aby to ohřátí nebylo tak rychlé. Takže snad někdy příště.

Připájeno druhý pokus	Detail TQFP	Detail 5V stabilizátor

Odkaz na video na Youtube

Pro lepší detaily doporučuji sledovat video přímo na Youtube v rozlišení 1920x1080 pixelů.

Úvaha do budoucna

Bohužel, ta plotýnka má sice elektronické nastavení teploty (nevím, jak přesné, nemám to jak změřit), ale neumožňuje nastavit nějaký ten teplotní profil. Tedy ohřát na určitou teplotu, tam počkat nastavený čas, potom zvýšit a tak dále. Pokud budu mít čas a náladu, možná zkusím nějakou takovou elektroniku vyrobit. Čidlo teploty tam již je, takže to už je vyřešeno.

Jarda, ok1hdu