Solderen onder chips - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

Ik moest onlangs een apparaat ontwerpen dat een chip gebruikte met een koellichaam onder de body van de chip. Deze heatsink moest zowel elektrisch als thermisch op de print worden aangesloten.

Meestal worden deze apparaten (zie afbeelding) op PCB's gesoldeerd met behulp van reflow-technieken, waarbij soldeerpasta op het bord wordt gestencild, robots de chips plaatsen en een speciale oven het apparaat verwarmt totdat de soldeerpasta smelt. Andere apparaten met hetzelfde probleem zijn onder meer driverchips en krachtige LED's. Ik heb oorspronkelijk geprobeerd een zilveren koellichaam te gebruiken, maar hoewel het thermisch redelijk goed was, maakte het geen betrouwbare elektrische verbinding, de cct werkte niet goed door trillingen en de magische rook ontsnapte … wat leidde tot veel vloeken en frustratie. Na wat experimenteren kwam ik op deze methode om onder dit soort apparaten te solderen voor handprototyping zonder een reflow-oven nodig te hebben.

Stap 1: Bereid thermische via's voor

Uw PCB moet een koperen gebied hebben onder het koellichaam van de chip voor elektrische en thermische aansluiting.

Boor eerst kleine gaatjes (zoveel als er passen) onder waar de chip-koellichaam komt. Steek vervolgens door koperdraad door de gaten (tweede foto). Probeer draad te gebruiken die zo dik is als de gaten toelaten. Je hebt een strakke pasvorm nodig. Ik heb zojuist de draden van een diode gebruikt … ze waren precies goed … en gemaakt van koper (verguld met tin). De tweede keer zou ik de draden van de onderkant net genoeg steken om eruit te steken, maar niet te ver (derde foto).

Stap 2: Soldeer de boven- en onderkant van de thermische via

Soldeer nu de boven- en onderkant van de doorgeprikte draden…..probeer zo min mogelijk aan de bovenkant te gebruiken, waar de chip zal worden geïnstalleerd om de volgende stap gemakkelijker te maken.

Knip de bovenste draden zo dicht mogelijk bij de print af zonder het spoorwerk te vernietigen. Laat echter ongeveer 2-3 mm draad uit de onderkant steken … je moet de warmte van de soldeerbout ergens op kunnen aansluiten als het tijd is om de chip te bevestigen.

Stap 3: Bestand de bovenzijde terug

Nu komt het delicate deel.

Vijl zoveel mogelijk zorgvuldig zonder krassen op het omliggende spoorwerk. Neem hier de tijd voor … het is erg moeilijk en kan niet worden gehaast. Als het te dicht bij de vijl komt, gebruik dan een scalpelmes om nog meer weg te schrapen. Het koper en het soldeer moeten redelijk zacht zijn. Op de eerste foto zou je moeten kunnen zien dat de kernen van de koperdraden die werden doorgeprikt, beginnen te verschijnen.

Stap 4: Schuur tenslotte de PCB

Gebruik nat/droog schuurpapier onder een kraan en schuur het resterende soldeer voorzichtig van het onder de chip-koellichaam van de PCB af totdat het blank koper is en zo plat als maar kan.

Wees niet te agressief met grof schuurpapier, anders zou je (zoals ik deed) het omliggende baanwerk kunnen wegslijpen. Neem opnieuw de tijd en eindig met korrel 2000 voor een goede afwerking. Kijk naar de foto, hoewel wazig, zou je naakt koper moeten kunnen zien met twee koperen slakken waar de draden zijn. Let ook op een paar krasjes op sommige verbindingssporen….oeps….hopelijk zal het vertinnen deze kleine krasjes opvangen. Gebruik daarna wat gebruikt soldeervlechtwerk om de pinsporen te vertinnen waar de chip zal worden aangesloten… Het is belangrijk om alles plat te hebben.

Stap 5: Hoera, de soldeerpasta komt het podium binnen

Pak nu de soldeerpasta en dep een beetje in het midden van het koellichaam van de chips. Gebruik niet te veel en laat een opening rond de randen. Als je een beetje aan de buitenkant komt, verwijder dan en probeer het opnieuw.

Wanneer de chip op de PCB wordt geplaatst, zal de pasta eruit spatten, waardoor de chipspinnen kunnen worden kortgesloten … dus gebruik alleen zoveel als nodig is. Plaats vervolgens de chip op de print en soldeer de hoekpinnen vast aan de vertinde rails. Gebruik een multimeter om ervoor te zorgen dat er geen kortsluitingen zijn. Wees voorzichtig met soldeerpasta, het is giftig, dus was je handen als je er een krijgt en verwijder eventuele spatten. Het moet ook in de koelkast worden bewaard als het niet in gebruik is. Vertrouw bij het overstag gaan op de hoekpinnen op het vertinde spoorwerk … voeg geen soldeer meer toe. U hoeft alleen de chip op zijn plaats te houden. Je zou een beetje speling moeten hebben als je de chip een beetje beweegt. Als je er te veel in doet, verwijder dan alles, maak schoon en probeer het opnieuw.

Stap 6: Warmte van onderen

Draai nu het bord om en verwarm de uitstekende stukjes koperdraad van onderaf.

Bekijk de bovenkant van het bord en merk op dat er een klein beetje damp moet zijn als de soldeerpasta smelt en vloeit. Wanneer afgekoeld, duwt u tegen de chip. Het moet rotsvast zijn als de pasta is gesmolten en gestold. Als er speling is…probeer dan opnieuw te verwarmen, of verwijder alles/schoon en probeer het opnieuw. Soldeer tot slot de resterende pinnen en de eerder geplakte pinnen en maak schoon met een schone vlecht en vervolgens fluxverwijderaar en test op kortsluiting. Gefeliciteerd, je hebt met succes een chip met een koellichaam eronder zowel thermisch als elektrisch bevestigd. Sorry voor de wazige foto's, mijn camera doet alleen macro. Deze techniek zou niet alleen nuttig moeten zijn voor chips zoals getoond in de afbeeldingen, maar ook voor high power LED's en alle andere componenten met een vergelijkbare behoefte aan een goede elektrische en thermische verbinding met PCB-lay-outs.