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Tutorial de Soldagem a Mo de Dispositivos QFP

Escopo

Este tutorial direcionado a ajudar os desenhistas a criar seus sistemas de prottipo iniciais usando dispositivos TQFP e LQFP, onde equipamentos de montagem SMT no esto prontamente disponveis. Este tutorial assume que o leitor tem pelo menos habilidade em soldar dispositivos discretos e PDIP. O exemplo apresentado ser a remoo, limpeza e substituio de um TQFP com 48 terminais e 0.5 mm de largura cada terminal.

Segurana

O trabalho dever ser feito em uma rea bem ventilada. Exposio prolongada s fumaas da solda e solventes pode ser perigoso. No deve haver nenhuma presena de fascas ou chamas enquanto os solventes estiverem em uso.

Materiais

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

Materiais Necessrios

1. Fio (30 AWG).*

2. Alicate descascador de fio.*

3. Estao de solda de temperatura varivel, proteo ESD. Deve suportar a temperatura de 425C. Este exemplo usa a Weller modelo EC1201A. A ponta do ferro de solda deve ser fina, com largura de no mais do que 1 mm.

4. Estanho - 10/18, resina orgnica; 0,2" (0,5mm) de dimetro.

5. Fluxo de solda do tipo lquido.

6. Malha de cobre para dessolda - tamanho C0,075" (1,9mm).

7. Lupa - 4X no mnimo. Um visor com lupa dos mais baratos usado neste exemplo.

8. Manta anti-esttica e pulseira anti-esttica, ambas aterradas.

9. Pinas com ponta.

10. Alcool Isopropilico.

11. Pincel ou pequena escova de cerdas duras para limpeza (feita de nylon ou outro material no metlico). Cerdas com altura de aproximadamente 0,25" (6 mm).

* Materiais necessrios apenas para a remoo do componente.

Materiais Opcionais

1. Suporte para a placa de circuito impresso

2. Pina dental com ngulo de 90

3. Ar seco comprimido ou nitrognio para secar placas

4. Microscpio estereoscpio 30-40X

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Procedimento

Os seguintes procedimentos cobrem a substituio de um dispositivo TQFP de 48 pinos com 0.5 mm de dimetro. A forma dos terminais o padro gullwing associado com o padro QFP JEDEC. Esta seo de procedimento dividida em trs partes:

1. Remoo do dispositivo

2. Limpeza da placa

3. Soldagem de um novo dispositivo

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

1. Remoo do dispositivo

Preparao:

z A placa com o circuito integrado a ser removido dever ser montada em um suporte.

z A estao de solda ligada, devendo ser regulada a temperatura de 422C e deve ser feito a limpeza da ponta.

z Devem ser tomadas precaues para evitar a eletricidade esttica.

Comece molhando todos os terminais com fluxo para melhorar a limpeza inicial, que 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 no chamuscar a placa de circuito impresso com exposio prolongada ao calor gerado pela estao de solda.

Depois, descasque aproximadamente 8 cm do isolamento de um pedao 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 prximo ao dispositivo a ser removido. O ponto de ncora deveria estar em um local semelhante ao mostrado abaixo.

Aplique uma quantia pequena de fluxo lquido pelos terminais.

Segure a ponta do fio que est solta com pinas prximo ao dispositivo como mostrado na figura abaixo.

Voc precisar aplicar simultaneamente a ponta do ferro de solda e puxar o fio dos terminais do QFP, puxando a um leve ngulo da superfcie de tbua. Aplique a ponta do ferro de solda, comeando pelo terminal mais prximo s suas pinas. 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. Voc no deve puxar muito forte. Puxe a medida que o estanho derrete. No deixe a ponta do ferro de solta sobre qualquer terminal por muito tempo. O primeiro terminal demorar mais para aquecer, e depois que o fio estiver quente, o estanho nos outros terminais derreter depressa. Calor excessivo danificar o Circuito Integrado e o bloco de PCB. A remoo de 12 pinos de um TQFP de 48 pinos deve levar aproximadamente 5 segundos. Sinais de calor excessivo so:

z Plstico derretido no Circuito Integrado

z trilhas da PCI erquidas

z marcas de queimadura marrom na PCI

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

Note nos quadros seguintes, que o dispositivo de Circuito Integrado velho no est sendo economizado. H ligeiramente mais calor aplicado aqui do que o necessrio para acelerar o processo. O resultado alguns plsticos derretidos e terminais perdidos. Isto visveis nos quadros que seguem e nos anteriores. Se voc estiver tentando salvar o CI que est sendo removido, ento voc deve ter muito cuidado e aplicar o menos calor possvel durante o processo de remoo, de tal forma que os terminais do QFP permaneam intactos no corpo plstico do QFP. Isto requerer alguma experimentao com aplicaes 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 mnima. Em uma PCI nova, no deveria haver nenhum vestgio de estanho nas pads. Escovar as pads com lcool Isopropilico e secar a placa deve ser o bastante para comear o procedimento de soldagem.

Placas de Circuito Impresso Retrabalhadas

A seo seguinte a sucesso da remoo do dispositivo QFP visto anteriormente, trata-se da limpeza da regio onde estava o CI removido. Depois de remover o dispositivo, os pads onde os terminais estavam soldados precisaro de limpeza. A idia limpar os pads de forma que eles fiquem planos e livre de solda e fluxo. Passe a malha de dessolda pelos pads at que fiquem planos. Um pad limpo deve ter a aparncia prata sombrio.

Se qualquer pad ficar solto do PCB, use uma pina dental ou uma pina prpria 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 pinas ou outro mtodo seguro. Tenha certeza de que a parte no esteja torta j que os terminais podem ser danificados facilmente.

Alinhe a parte em cima dos pads usando uma pina pequena ou ferramenta semelhante para empurrar a parte. Posicione o alinhamento to precisamente quanto voc puder. Tambm, tenha certeza de que a parte esteja orientada corretamente (conferir a orientao do pino 1).

Ajuste a temperatura de estao de solda para 385C. Ponha uma quantia pequena de solda na ponta do ferro de solda. Enquanto isto precione o QFP com uma pina, 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 pina, solde os dois terminais do QFP nos quais voc aplicou fluxo. No se preocupe com solda em excesso ou curtos entre terminais adjacentes neste momento. A idia ancorar o QFP , que foi alinhado anteriormente, com solda de forma que ele no se mova.

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

Agora voc est pronto para soldar todos os terminais. Acrescente solda ponta do ferro de solda. Aplique fluxo sobre todos os terminais para mant-los molhados.

Toque a ponta do ferro de solda ao fim de cada terminal do QFP at que a solda derreta sobre o terminal. Repita para todos os terminais. Adicione pequenas quantias de solda quando necessrio ponta do ferro de solda. Novamente, no se preocupe se voc v que alguma solda que atravessa de um terminal para outro j que voc limpar isso no prximo passo.

Ao soldar, mantenha a ponta do ferro de solda paralela com os pinos que sero 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 mo a placa usando uma lupa de 4X de ampliao (ou mais) para verificar curtos ou juno de solda marginal. A solda das juntas devem ter uma transio de fundio lisa entre cada pino do dispositivo e a placa de circuito impresso. Refaa qualquer pino quando for necessrio.

Terminada a inspeo est na hora de limpar o fluxo da placa. Mergulhe a escova de cerda dura em lcool e esfregue na direo dos terminais. Use moderadamente, mas no com presso excessiva. Use a vontade lcool e escova entre os terminais do QFP at que o fluxo desaparea.

Seque a placa com ar seco comprimido ou nitrognio. Se no est disponvel, deixe a placa secar durante 30 minutos ou mais deixando o lcool evapora debaixo do QFP. Os terminais do QFP devem parecer luminosas e no deve haver nenhum resduo de fluxo.

Re-inspecione a placa. Refaa qualquer terminal se precisar.

Fontes de Pesquisa

AN014 - Hand Soldering Tutorial for Fine Pitch QFP Devices. 2001 Cygnal Integrated Products, Inc.

Marcelo Teixeira

Novembro/2006

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