Mundo da Eletrônica

Tutorial de Soldagem a Mão de Dispositivos QFP

Escopo

Este tutorial é direcionado a ajudar os desenhistas a criar seus sistemas de protótipo iniciais usando dispositivos TQFP e LQFP, onde equipamentos de montagem SMT não estão prontamente disponíveis. Este tutorial assume que o leitor tem pelo menos habilidade em soldar dispositivos discretos e PDIP. O exemplo apresentado será a remoção, limpeza e substituição de um TQFP com 48 terminais e 0.5 mm de largura cada terminal.

Segurança

O trabalho deverá ser feito em uma área bem ventilada. Exposição prolongada às fumaças da solda e solventes pode ser perigoso. Não deve haver nenhuma presença de faíscas ou chamas enquanto os solventes estiverem em uso.

Materiais

Os materiais certos são fundamentais para um trabalho um bom trabalho de solda. O material constante da lista abaixo são recomendados pela Cygnal Integrated Products, Inc. Outros materiais podem funcionar, assim o usuário pode se sentir livre para substituir e experimentar. O uso de solda orgânica é altamente recomendado.

Materiais Necessários

Fio (30 AWG).*
Alicate descascador de fio.*
Estação de solda de temperatura variável, proteção ESD. Deve suportar a temperatura de 425°C. Este exemplo usa a Weller modelo EC1201A. A ponta do ferro de solda deve ser fina, com largura de não mais do que 1 mm.
Estanho - 10/18, resina orgânica; 0,2" (0,5mm) de diâmetro.
Fluxo de solda do tipo líquido.
Malha de cobre para dessolda - tamanho C0,075" (1,9mm).
Lupa - 4X no mínimo. Um visor com lupa dos mais baratos é usado neste exemplo.
Manta anti-estática e pulseira anti-estática, ambas aterradas.
Pinças com ponta.
Alcool Isopropilico.
Pincel ou pequena escova de cerdas duras para limpeza (feita de nylon ou outro material não metálico). Cerdas com altura de aproximadamente 0,25" (6 mm).

* Materiais necessários apenas para a remoção do componente.

Materiais Opcionais

Suporte para a placa de circuito impresso
Pinça dental com ângulo de 90°
Ar seco comprimido ou nitrogênio para secar placas
Microscópio estereoscópio 30-40X

Procedimento

Os seguintes procedimentos cobrem a substituição de um dispositivo TQFP de 48 pinos com 0.5 mm de diâmetro. A forma dos terminais é o padrão gullwing associado com o padrão QFP JEDEC. Esta seção de procedimento é dividida em três partes:

Remoção do dispositivo
Limpeza da placa
Soldagem de um novo dispositivo

Se você estiver soldando dispositivos en uma placa de circuito impresso nova, salte a parte um e recorra a seção de limpeza da placa na parte 2.

1. Remoção do dispositivo

Preparação:

A placa com o circuito integrado a ser removido deverá ser montada em um suporte.
A estação de solda é ligada, devendo ser regulada a temperatura de 422°C e deve ser feito a limpeza da ponta.
Devem ser tomadas precauções para evitar a eletricidade estática.

Comece molhando todos os terminais com fluxo para melhorar a limpeza inicial, que é feita com a malha de dessolda. Aplique a malha de dessolda nos terminais do dispositivo QFP e remova o excesso de estanho. Tenha cuidado para não chamuscar a placa de circuito impresso com exposição prolongada ao calor gerado pela estação de solda.

Depois, descasque aproximadamente 8 cm do isolamento de um pedaço de fio de 30 awg. Corte 31 cm de comprimento do fio.

Posicione o fio descascado debaixo dos terminais em um lado do CI como mostrado abaixo.

Solde (ancore) uma ponta do fio de 8 cm a um componente próximo ao dispositivo a ser removido. O ponto de âncora deveria estar em um local semelhante ao mostrado abaixo.

Aplique uma quantia pequena de fluxo líquido pelos terminais.

Segure a ponta do fio que está solta com pinças próximo ao dispositivo como mostrado na figura abaixo.

Você precisará aplicar simultaneamente a ponta do ferro de solda e puxar o fio dos terminais do QFP, puxando a um leve ângulo da superfície de tábua. Aplique a ponta do ferro de solda, começando pelo terminal mais próximo às suas pinças. Assim que estanho o derreta, puxe suavemente o fio do QFP enquanto continua a mover a ponta do ferro de solda de pino a pino para a direita. Você não deve puxar muito forte. Puxe a medida que o estanho derrete. Não deixe a ponta do ferro de solta sobre qualquer terminal por muito tempo. O primeiro terminal demorará mais para aquecer, e depois que o fio estiver quente, o estanho nos outros terminais derreterá depressa. Calor excessivo danificará o Circuito Integrado e o bloco de PCB. A remoção de 12 pinos de um TQFP de 48 pinos deve levar aproximadamente 5 segundos. Sinais de calor excessivo são:

Plástico derretido no Circuito Integrado
trilhas da PCI erquidas
marcas de queimadura marrom na PCI

Com um lado do QFP completado, repita o mesmo procedimento nos outros três lados do QFP. Corte a parte suja do fio ou use um pedaço novo para cada lado. Aplique fluxo novamente para cada lado.

Note nos quadros seguintes, que o dispositivo de Circuito Integrado velho não está sendo economizado. Há ligeiramente mais calor aplicado aqui do que o necessário para acelerar o processo. O resultado é alguns plásticos derretidos e terminais perdidos. Isto é visíveis nos quadros que seguem e nos anteriores. Se você estiver tentando salvar o CI que está sendo removido, então você deve ter muito cuidado e aplicar o menos calor possível durante o processo de remoção, de tal forma que os terminais do QFP permaneçam intactos no corpo plástico do QFP. Isto requererá alguma experimentação com aplicações de calor com a ponta do ferro de solda e cronometragem.

2. Limpeza da placa

Placas de Circuito Impresso Novas

Para montar um dispositivo em uma PCI nova, a limpeza deveria ser mínima. Em uma PCI nova, não deveria haver nenhum vestígio de estanho nas pads. Escovar as pads com álcool Isopropilico e secar a placa deve ser o bastante para começar o procedimento de soldagem.

Placas de Circuito Impresso Retrabalhadas

A seção seguinte é a sucessão da remoção do dispositivo QFP visto anteriormente, trata-se da limpeza da região onde estava o CI removido. Depois de remover o dispositivo, os pads onde os terminais estavam soldados precisarão de limpeza. A idéia é limpar os pads de forma que eles fiquem planos e livre de solda e fluxo. Passe a malha de dessolda pelos pads até que fiquem planos. Um pad limpo deve ter a aparência prata sombrio.

Se qualquer pad ficar solto do PCB, use uma pinça dental ou uma pinça própria para retrabalho para re-alinhar o pad (figuras a seguir).

3. Soldando um novo QFP

Os pads na placa de circuito impresso devem estar limpos e livres de qualquer solda.

Cuidadosamente coloque o novo dispositivo QFP na placa de circuito impresso use pinças ou outro método seguro. Tenha certeza de que a parte não esteja torta já que os terminais podem ser danificados facilmente.

Alinhe a parte em cima dos pads usando uma pinça pequena ou ferramenta semelhante para empurrar a parte. Posicione o alinhamento tão precisamente quanto você puder. Também, tenha certeza de que a parte esteja orientada corretamente (conferir a orientação do pino 1).

Ajuste a temperatura de estação de solda para 385°C. Ponha uma quantia pequena de solda na ponta do ferro de solda. Enquanto isto precione o QFP com uma pinça, chave de fenta ou outra ferramenta pontuda, acrescente uma quantia pequena de fluxo aos terminais do dispositivo em dois cantos opostos. Enquanto, ainda precionando o dispositivo com a pinça, solde os dois terminais do QFP nos quais você aplicou fluxo. Não se preocupe com solda em excesso ou curtos entre terminais adjacentes neste momento. A idéia é ancorar o QFP , que foi alinhado anteriormente, com solda de forma que ele não se mova.

Re-confira o alinhamento do QFP depois de soldar os cantos. Se necessário, faça ajustes ou remova e recomece para conseguier um bom alinhamento entre o QFP e a placa de circuito impresso.

Agora você está pronto para soldar todos os terminais. Acrescente solda à ponta do ferro de solda. Aplique fluxo sobre todos os terminais para mantê-los molhados.

Toque a ponta do ferro de solda ao fim de cada terminal do QFP até que a solda derreta sobre o terminal. Repita para todos os terminais. Adicione pequenas quantias de solda quando necessário à ponta do ferro de solda. Novamente, não se preocupe se você vê que alguma solda que atravessa de um terminal para outro já que você limpará isso no próximo passo.

Ao soldar, mantenha a ponta do ferro de solda paralela com os pinos que serão soldados para prevenir excessivo curtos durante a solda.

Depois de soldar todos os terminais, molhe-os com fluxo para aumentar a limpeza da malha de dessolda. Aplique a malha de dessolda onde precisar eliminar qualquer curto/ponte.

Inspecione a mão a placa usando uma lupa de 4X de ampliação (ou mais) para verificar curtos ou junção de solda marginal. A solda das juntas devem ter uma transição de fundição lisa entre cada pino do dispositivo e a placa de circuito impresso. Refaça qualquer pino quando for necessário.

Terminada a inspeção está na hora de limpar o fluxo da placa. Mergulhe a escova de cerda dura em álcool e esfregue na direção dos terminais. Use moderadamente, mas não com pressão excessiva. Use a vontade álcool e escova entre os terminais do QFP até que o fluxo desapareça.

Seque a placa com ar seco comprimido ou nitrogênio. Se não está disponível, deixe a placa secar durante 30 minutos ou mais deixando o álcool evapora debaixo do QFP. Os terminais do QFP devem parecer luminosas e não deve haver nenhum resíduo de fluxo.