Zestawy płytek do nauki lutowania elementów SMD

Do niedawna w elektronice hobbystycznej królował przewlekany sposób montażu elementów elektronicznych. Ta technologia jasno określa stronę lutowania i stronę elementów na płytkach drukowanych. Zalety to łatwość montażu (wszystko duże), możliwość wytrawienia płytki z odręcznie namalowanymi ścieżkami, możliwość używania bardzo prostych narzędzi. Do wad należy zaliczyć sporo większe wymiary płytki drukowanej i konieczność wiercenia wiele (najczęściej grubo ponad 100) otworów. Dzisiaj, w erze wszechobecnych komputerów, darmowych programów EDA i tanich stacji lutowniczych warto rozważyć montaż elementów SMD.

Montaż THT kontra SMT – krótkie wprowadzenie

Swoją przygodę z elektroniką zaczynałem w latach ’90. Mój pierwszy zlutowany układ to kit (zestaw do samodzielnego montażu) NE006. Miałem to szczęście, że wybierając bardzo prosty zestaw, udało mi się go uruchomić zaraz po zlutowaniu. Miało to na pewno bardzo duży wpływ na moje dalsze zainteresowanie elektroniką. Do złożenia użyłem narzędzi z szuflady Taty – lutownicy transformatorowej 60W, zdobytych gdzieś kryształków kalafonii w pudełku po zapałkach i matowej cyny, o której wiedziałem tyle, że na pewno nie zawiera rdzenia z topnikiem oraz potajemnie zabranych z łazienki cążek do skórek.

Tak prostym zestawem narzędzi można bez problemu lutować elementy do montażu przewlekanego THT (ang. Through-Hole Technology). Moje pierwsze płytki drukowane projektowałem ołówkiem na kartce papieru w kratkę. Po narysowaniu ścieżek i naniesieniu otworów, naklejałem taki wzornik na laminat i zaczynałem od punktaka i młotka, następnie wierciłem otwory (silniczek z magnetofonu i wiertło zamontowane za pomocą elementu z kostki elektrotechnicznej). Kolejny etap to rysowanie ścieżek grafionem i rozcieńczoną farbą olejną, później farbą do bombek i próby (mizerne) ze specjalnymi pisakami. Na koniec trawienie w niezbyt przyjaznym dla otoczenia chlorku żelaza.

Dzisiaj wygląda to zupełnie inaczej. Lutownice transformatorowe to margines rynku, zostały skutecznie wyparte przez tanie i lekkie kolby oraz stacje lutownicze, do tego łatwy dostęp do topników i świetnej jakości cyny. Płytkę bez problemu można zaprojektować w KiCadzie i wielu innych, prostych w obsłudze programach. Bez problemu ściągniemy też gotowe pliki z sieci. Metoda przenoszenia ścieżek z papieru kredowego na laminat pozwala na bardzo dobre odwzorowanie i dużą dokładność PCB wytrawianych samodzielnie w domu. Z tamtych czasów pozostało tylko to uciążliwe wiercenie otworów. Już co prawda nie parzącym w palce silniczkiem z bijącym wiertłem, ale nadal trzeba poświęcić na to sporo czasu. I tu właśnie pojawia się przewaga elementów SMD (and. Surface Mounted Devices) montowanych w technologii powierzchniowej, czyli SMT (ang. Surface Mount Technology).

W układach hobbystycznych często stosuje się mieszany sposób montażu na jednostronnej płytce drukowanej. Część elementów np. układy scalone i drobnica typu rezystory i kondensatory o niewielkich pojemnościach montuje się powierzchniowo, a elementy o większych mocach i przyłącza, gniazda itp. lutuje się w technologii przewlekanej. To pozwala na ograniczenie liczby otworów z np. 200 do 20. Odpada też problem wpasowania podstawki DIL-40 do odręcznie nawierconych otworów, które mimo duże staranności nie zawsze są w jednakowej odległości i linii :).

Wbrew pozorom nie potrzeba tu wyrafinowanych narzędzi. Ja korzystam z topnika w płynie RF800, ale sprawdzi się również popularny RMA 223 w żelu jak i średnioaktywna pasta do lutowania z blaszanej puszki. Do lutowania oczywiście kolba, najlepiej 24V, a więc zasilana ze stacji lutowniczej. Od lat korzystam z kolby Solomon i zbudowanej stacji DIY, ale sprawdzą się również tanie chińskie zestawy typu 936, które można kupić za około 100zł.

Moja kolba posiada grot SR622 (0,8mm) i można nim bez problemu lutować części w obudowach 0603 (1,6mm x 0,8mm) jak i układy scalone w obudowach SOP, gdzie wyprowadzenia są oddalone o 50milsów (1,27mm) można więc lutować pojedyncze nóżki. Dokupiłem też grot SR623 (0,4mm) do obudów 0402 (1mm x 0,5mm) i SR625 o szerokości 3,2mm i kształcie płaskiego wkrętaka do lutowania metodą “minifala”, czyli przeciągania cyny po wyprowadzeniach układów posmarowanych topnikiem.

Warto zaopatrzyć się w dobre, precyzyjne pęsety. Ja posiadam dwie – świetnej jakości prostą firmy Xytronic 00-sa i tanią chińską Gooi TS-15 – która jest znacznie sztywniejsza. Obie oczywiście są niemagnetyczne.

Prosta płytka do nauki lutowania SMD

Początki z montażem powierzchniowym najlepiej zacząć od prostych układów z płytką zawierającą soldermaskę. Znacznie ułatwia to lutowanie i pozwala na nabranie niezbędnej wprawy. Polecam zakup chińskiego zestawu za około 75 centów (SMT SMD Component Welding Practice PCB Board Soldering DIY Kits Wholesale).

W komplecie znajdują się wszystkie niezbędne elementy, tj. rezystory w obudowach 0603, 0804, 1206, diody, tranzystory SOT-23 i LM339 SOP14. Płytka drukowana jest dobrej jakości, z soldermaską i pocynowanymi polami lutowniczymi.

Całość zlutowałem korzystając tylko z cyny 0,5mm z topnikiem w rdzeniu i kolby z grotem SR622.  W scalaku rozstaw nóżek jest na tyle duży, że można je lutować pojedynczo. Pozostałe elementy lutuje się, zaczynając od zostawienia kropli cyny na jednym punkcie lutowniczym, przyłożeniu elementu pęsetą, rozgrzaniu tego pola i tym samym przytwierdzeniu części. Drugie wyprowadzenie lutujemy już bez pęsety. Jeśli cyna robi się matowa, ciągnie się za grotem zostawiając ostre krawędzie, należy użyć nieco pasty do lutowania czy innego topnika.

Efektem końcowym prawidłowo polutowanych rezystorów i diod (LM339 i tranzystory są bez znaczenia) jest zaświecenie się diody LED. Wystarczy przyłożyć napięcie około 12V do punktów oznaczonych + (obok oznaczenia 0804) i – (obok SOP16).

Zestaw do nauki SMT – efekt świetlny

Drugi, bardzo fajny zestaw do nauki lutowania elementów SMD jest nieco bardziej rozbudowany i droższy – około $2. Można go znaleźć na aliexpress pod nazwą DIY SMT SMD Component Soldering Practice Board Running Water Light Kit.

Tu elementów jest dużo więcej, w tym maleńkie w obudowach 0402. Części po lewej i prawej stronie płytki służą tylko do nabrania wprawy w lutowaniu, te ze środka tworzą układ elektroniczny z efektem świetlnym. Płytka jest bardzo dobrej jakości.

Jej druga strona zawiera wzorniki grubości ścieżek i różne obudowy.

Skrajne wyprowadzenia układów scalonych CD4017 SOP16 i NE555 SOP8 przylutowałem grotem SR622, następnie posmarowałem je topnikiem RF800, zmieniłem grot na minifalę SR625 i przeciągnąłem cynę po nóżkach. Jest to metoda znacznie szybsza i dająca lepsze efekty (mniej cyny na polach lutowniczych) niż lutowanie pojedynczych nóżek.

Po przyłożeniu napięcia 5V do padów na dole płytki, środkowy czerwony LED mruga z częstotliwością ok. 1Hz, zapalają się pojedynczo kolejne diody na obwodzie koła, niebieskie ledy zasilane przez tranzystory zapalają się i gasną co 5 impulsów.

Działanie najlepiej obrazuje krótki film:

Ten zestaw, prócz elementów (każdy typ z nadwyżką jednej sztuki) zawiera również dokumentację pomocną w montażu. Sama płytka przyda się przy projektowaniu swoich obwodów, choćby w doborze grubości ścieżek.

Podsumowanie

Lutowanie elementów SMD w obudowach 0603 i większych nie jest trudne i szybko można nabrać wprawy. Nie potrzeba tu specjalistycznego sprzętu, wystarczy kolba z grotem o temperaturze 275…300°C, dobrej jakości cyna np. rodzimej firmy Cynel i pasta do lutowania, np. AG Termopasty. Całkowicie początkującym mogą okazać się pomocne liczne filmy na youtube, wystarczy wpisać w wyszukiwarkę “lutowanie SMD”. Dalekowidzom na pewno przyda się również szkło powiększające :).