¿Cómo soldar un componente SMD con una "almohadilla" en la parte inferior?

Estoy fabricando un PCB para un proyecto en el que estoy trabajando. Una de las partes, el controlador de motor A4950 ( hoja de datos ), tiene una "almohadilla" en la parte inferior, que debe soldarse a GND de la PCB para la disipación térmica. Solo estoy pidiendo una pequeña cantidad de PCB, por lo que no tendría sentido comprar algún tipo de servicio de ensamblaje de PCB . Estoy planeando soldar los componentes yo mismo.

Estaba pensando en la soldadura, y no estoy seguro de cómo proceder (usando un soldador), soldando la almohadilla en la parte inferior. ¿Es esto posible hacerlo a mano?

Estaba pensando que tal vez podría aplicar manualmente un poco de pasta de soldadura a la PCB, pero no estoy seguro de si ese es un uso apropiado de la pasta de soldadura o no.

¿Cómo puedo crear un prototipo de un IC con una almohadilla expuesta en la parte inferior?

La mejor manera de hacer esto es precalentar todo con una gran fuente de aire caliente de alto flujo u horno. Aplique la pasta primero, si la tiene, o un poco de soldadura de alambre a la almohadilla. Luego precaliente. La temperatura de precalentamiento es de alrededor de 125 ° C más o menos.

Una vez que todo esté empapado en calor a 125 ° C, aplique aire caliente localizado directamente a la pieza a soldar e inmediatamente a su alrededor. La temperatura debe ser lo suficientemente alta como para derretir la soldadura, pero no sobrecalentar la pieza. Una gran cantidad de equipos de aire caliente baratos tienen una configuración e indicación de temperatura deficientes. Por lo tanto, es posible que deba experimentar. Si la soldadura se derrite extremadamente rápido, hace demasiado calor. Si se derrite en unos 10-45 segundos, probablemente sea bueno. Si toma un minuto completo, entonces probablemente debería estar más caliente. A menudo, notará que el tipo de parte se autoalinea y se ajusta en su lugar cuando la soldadura se derrite. Esta es una buena indicación de que hace suficiente calor.

Las piezas pequeñas probablemente refluirán mucho más rápido que las grandes, y es posible que tampoco necesiten una temperatura tan alta. Sus primeros esfuerzos pueden no funcionar bien. Así que realiza un seguimiento del tiempo, la temperatura y los resultados. Una vez que encuentre una receta ganadora, manténgala.

Si no tienes ninguna forma de precalentar toda la tabla, entonces puedes hacerlo como dice el Arsenal. Si está reparando una placa que pasó por un horno de reflujo, controle el tiempo y la temperatura cuando retire la pieza. Esto le dará una buena idea del tiempo y la temperatura necesarios para instalar el nuevo.

Para piezas grandes, a veces no las coloco antes de calentarlas. Sostengo la parte con pinzas cerca del borde de la corriente de aire caliente. Utilizo aire caliente en la almohadilla hasta que puedo ver que la soldadura está completamente derretida, luego coloco la parte caliente en la almohadilla de soldadura fundida con unas pinzas. No coloque una parte fría sobre la soldadura caliente. La parte también debe estar caliente, de lo contrario obtendrá una junta de soldadura fría. Si lo hace de esta manera, puede dejar de calentar casi inmediatamente después de colocar la pieza. Oh, también, usa fundente.

Una manera barata y fácil de hacer esto es perforar un pequeño orificio (50 a 100 milésimas de pulgada) en el centro de la almohadilla en la PCB. Suelde la almohadilla en sí, pero no tanto que se acumule. Suelde o al menos funde la almohadilla en el IC y suelde solo los pines de esquina a la PCB.

Coloque una soldadura de hierro de aproximadamente 60 vatios con una pequeña punta de cincel en la parte posterior de la PCB y en el orificio que taladró. Esto calentará la almohadilla IC y la almohadilla PCB lo suficiente como para fusionarse. Use un dedo enguantado para presionar el IC plano mientras se fusiona con la almohadilla. DETÉNGASE en el instante en que esto ocurra. Ahora puede soldar manualmente o usar infrarrojos o una pistola de calor para soldar los pines restantes.

Esto funciona bien una vez que lo haya hecho varias veces. Con este truco, se pierde algo de transferencia de calor a la PCB, pero hay menos posibilidades de daños al cocinar la IC o la PCB si otros procedimientos duran demasiado.

EDITAR: la única vez que este truco no funcionará es con tableros de varias capas y sabes que hay rastros que podrías cortar. Sin embargo, los CI que tienen una almohadilla inferior para conexión a tierra y / o disipador de calor normalmente no tienen rastros ocultos debajo de ellos. Como máximo, habría una plataforma de conexión a tierra con un anillo de condensadores SMD alrededor de su perímetro. A menos que sea muy pequeño, todavía es seguro perforar un pequeño agujero en el centro.

Gracias a @MichaelKaras por su sugerencia de que si está haciendo su propio diseño del tablero, se puede incrustar un agujero de 50 mil en el tablero que está chapado en la casa del tablero. Esto crea más superficie para transferir calor y evitar perforar rebabas en el cobre si se hace más adelante. La placa también permite que se extraiga más calor del soldador, por lo que este paso es rápido. También le permite enrutar algunos rastros alrededor del agujero si simplifica el enrutamiento.

Aquí hay una manera de hacerlo sin una pistola de aire caliente.

Debido a que la parte solo tiene pasadores en dos lados, puede hacer que la almohadilla central sea más larga, como se hace aquí para U3. De esa manera puedes calentarlo con el chip en su lugar:

Luego pre-estañe tanto la almohadilla en el dispositivo como en la pcb, y caliente hasta que se derrita. Después de eso, puede soldar el resto de los pines normalmente.

Si tiene pasta de soldadura y una pistola de aire caliente ajustable (flujo de aire y calor), puede usarlas.

Lo que suelo hacer es poner pasta de soldadura en las almohadillas (uso una jeringa con una aguja muy fina para aplicarla, realmente no necesita mucho), coloque el componente lo mejor posible. No tiene que ser 100% perfecto, especialmente si la placa tiene resistencia de soldadura, ya que la pasta de soldadura por reflujo permitirá que la pieza se alinee un poco, pero no demasiado.

Luego uso un flujo de aire bajo (la parte podría volar) con alrededor de 350 a 400 ° C e intento calentar uniformemente alrededor de la parte. En algún momento, la pasta de soldadura comenzará a refluir en los pines. Para obtener la almohadilla inferior, necesita un poco más de calor, así que sigo unos segundos más alrededor del chip.

Si hay piezas pequeñas (por ejemplo, condensadores de desacoplamiento) muy cerca del chip, prepárese para que salgan volando o tombstone sobre usted.

Entonces, una vez que haya terminado, inspeccione de cerca el tablero en busca de cortocircuitos que puedan ocurrir durante este procedimiento; al menos no es raro para mí.

Este método genera estrés térmico en la PCB, por lo que después de alrededor de 4 o 5 intentos, la PCB mostrará signos de degradación y, por lo general, uso uno nuevo.

Pistola de aire caliente y mucho flujo. Otro método que he usado para soldar estas partes con un soldador es poner algunas vías en la almohadilla térmica y soldarlo a través de eso. No es el mejor método, pero es lo suficientemente bueno para la creación de prototipos.

Si la potencia disipada en la parte es baja (como 1/3 o 1/4) de la capacidad de disipación nominal, es posible que no pueda soldar la almohadilla en absoluto (a menos que también se use para conexión a tierra o una conexión eléctrica, lo que para muchas partes la almohadilla térmica está conectada a un pin y la almohadilla).

Otra opción si no se necesita la conexión eléctrica con la almohadilla térmica en la parte inferior es colocar un disipador de calor en la parte superior para la creación de prototipos (a veces incluso un bloque de aluminio servirá, cualquier cosa para aumentar la superficie del aire).

[descargo de responsabilidad: esta técnica se propone solo para prototipos únicos.]

Una vez, tuve que soldar un chip SOIC con una almohadilla térmica a una placa de 2 capas. No tuve que usar pasta de soldadura. Así es como lo hice.

1. Diseño de PCB. La capa inferior de mi PCB sirvió como plano de tierra. He agregado vías debajo del IC, que conectaba la almohadilla térmica al plano de tierra de la capa inferior. El objetivo principal de las vías era eliminar el calor disipado por el CI. Las mismas vías pueden conducir el calor necesario para soldar.

2. Suelde los cables de ala de gaviota accesibles en el exterior del CI. Esto lo mantendrá en su lugar.

3. Opcional, pero muy útil. Aplique "calor a granel" a su PCB. Puedes usar un horno. Incluso un secador de pelo doméstico podría funcionar para esto. [Utilizo una pistola de calor industrial, que es un secador de pelo cubierto.] El propósito del calor a granel es reducir la cantidad de "calor tópico" que aplicará con un soldador en el siguiente paso.

4. Precisión de calor. Dale la vuelta al tablero. Pegue el soldador en la abertura de la vía en el lado inferior. Alimente la soldadura y el fundente en las vías generosamente. La soldadura fluirá a través de las vías hacia la almohadilla térmica, donde hará contacto eléctrico y térmico.

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¹ He utilizado la soldadura con plomo a la antigua para el paso 5. Tiene el punto de fusión más bajo que el material moderno.
² Si tiene una opción de puntas, use una punta mediana o grande para el paso 5.
³ Si su tablero tiene capas de plano interno, será más difícil hacer que este método funcione.

Para soldar las almohadillas que están debajo del componente, lamentablemente no puede usar un soldador, necesita una pistola de calor o mejor una estación. .... y mucho Flux. Espero que esto responda a su pregunta.

Pistola de aire caliente, pasta de soldadura y fundente es la respuesta correcta como otros publicaron. Sin embargo, me gustaría agregar precisiones a la temperatura que se utilizará. Precaliente a aproximadamente 120 ° C durante un minuto, luego aumente gradualmente el calor en 10 ° C cada 5 segundos hasta alcanzar 240 ° C o 250 ° C (para piezas más grandes). Luego cuente lentamente hasta 5 y comience a disminuir la temperatura paso a paso. La disminución se puede hacer más rápido. De vuelta a 125C puedes apagar el aire caliente. ¡NO caliente a temperaturas más altas que eso! Su parte y la PCB y las otras partes alrededor se derretirán. En la hoja de datos se debe escribir la temperatura y el tiempo máximos de soldadura por reflujo. No los excedas. Si no tiene una pistola de aire regulado y no puede tener una, puede intentar jugar con un termómetro digital, pero es mucho más difícil y menos confiable. Recomiendo comprar uno si haces más de 10 piezas. La pistola de aire también se puede usar para soldar o reparar plásticos, manguitos de contacto de soldadura y otras cosas.

Una forma muy descuidada pero existente de hacerlo es tener la almohadilla en el tablero un poco más grande, soldar un cable delgado y corto al componente en sí mismo y luego, después de colocar el componente, soldar el resto del cable a la almohadilla. Esto elevará el componente un mm más o menos del tablero, puede empujar un poco de pegamento conductor de calor debajo de él. :) Puedo ver los parpadeos en las caras y entiendo completamente, pero en realidad puede funcionar, se encarga de la conexión eléctrica y el calor, y no requiere una pistola de aire.

Es posible soldar a mano si diseña la placa desnuda con un agujero a través de la placa que sea lo suficientemente grande como para que quepa la punta del soldador, pero también necesitará una almohadilla de tierra. Eche un vistazo a la imagen como referencia. No recomiendo hacerlo, pero si solo está construyendo un puñado de tableros, esto funcionará. Si alguna vez decide obtener un volumen mayor, retire el agujero y contrate un CM. La imagen es de un dfn con una almohadilla de tierra.

Use este enlace para la imagen.