• Компоновка элементов схемы
• Монтаж и демонтаж элементов
• Дополнения и приспособления

2. Монтаж и демонтаж элементов

2.1. Монтаж на печатных платах. Перед монтажом печатные проводники и контактные площадки необходимо подготовить к пайке — очистить от оксидной пленки и загрязнений. Если монтаж ведется сразу после изготовления печатной платы и оно заканчивается лужением (п. 1.18), то проводники достаточно протереть бязевым тампоном, смоченным в спирте. Если же с момента изготовления платы прошло много времени и металлическое покрытие потемнело (окислилось), то вначале необходимо зачистить его до блеска мелкозернистой шкуркой, а затем — тщательно промыть спиртом. После обезжиривания на все контактные площадки печатной платы кисточкой наносят тонкий слой канифольного флюса (см. табл. 2.3 из сборника "Паяльники и припои").

Радиоэлементы и микросхемы тоже необходимо подготовить к монтажу и пайке. Для этого их выводы формуют (придают им нужную форму), обрезают до необходимой длины, если требуется, зачищают (п. 2.13) и лудят. Формовку выводов делают для того, чтобы, во-первых, привести в соответствие расстояния между ними и контактными площадками, во-вторых, чтобы предотвратить отслаивание печатных проводников и площадок при неосторожном нажатии на корпус элемента.

Формовку можно выполнить с помощью пинцета, миниатюрных плоскогубцев, круглогубцев.

Поскольку прочность сцепления фольги с платой невелика и при нагревании уменьшается, то при пайке соединений на печатной плате необходимо соблюдать осторожность — не допускать перегрева, так как это может привести к отслаиванию проводников и площадок от платы.

Для пайки следует применять припой с низкой температурой плавления: ПОСК 50, ПОС 61 и др. (см. табл. 2.1 и 2.2 из сборника "Паяльники и припои"). Мощность электрического паяльника при пайке этими припоями не должна превышать 35—40 Вт.

В некоторых случаях в отверстия печатных плат для настроечных элементов устанавливают пистоны. Опаивание пистонов является обязательным условием надежной работы устройства.

2.2. Компаундный способ монтажа заключается в следующем (рис. 2.1). На дно формы, соответствующей размерам будущей платы, помещают слой пластичной массы (формовочная глина или пластилин); сверху накладывают эскиз монтажной схемы, выполненный на кальке в масштабе 1:1, с указанием мест расположения элементов и их выводов. Эскиз покрывают прозрачным защитным слоем, например полиэтиленовой пленкой. Далее расставляют элементы в соответствии с эскизом. При этом выводами прокалывают защитный слой, кальку и пластичную массу. После этого форму заливают компаундом.

Рис. 2.1. Компаундный монтаж:
1 — дно формы; 2 — пластичная масса; 3 — калька с эскизом монтажной схемы; 4 — защитный слой; 5 — эпоксидный компаунд.

Выводы радиоэлементов перед установкой их в пластичную массу рихтуют, изгибают по эскизу монтажа, а при необходимости и укорачивают. Принцип компоновки элементов схемы тот же, что и при обычном монтаже.

В экспериментальных образцах монтажных плат элементы схемы располагают с таким расчетом, чтобы после заливки корпуса они оказались над слоем компаунда. В отработанных же схемах корпуса элементов могут быть частично или полностью погружены в компаунд. Детали из ферритов без специальной защиты заливать компаундом не рекомендуется.

Для монтажа таким способом можно использовать эпоксидные, полиэфиракрилатные и подобные им компаунды. Компаунд должен быть прозрачным и легкотекучим, а после затвердевания — эластичным. Этим требованиям отвечает эпоксидный компаунд такого состава (в массовых долях): смола эпоксидная — 100, дибутилфталат — от 20 до 25, полиэтиленполиамин — от 12 до 15.

Толщина слоя компаунда может быть 1,5—3,5 мм, Полимеризуется компаунд сначала при комнатной температуре в течение 6—12 ч, а после извлечения из формы—при температуре 60—80 °С еще 4—6 ч. Приведенный состав компаунда обеспечивает надежное крепление как частично залитых им, так и не залитых элементов, а также устойчивость монтажа к ударным нагрузкам. Электрическое сопротивление изоляции между выводами деталей получается не менее 1000 МОм.

Электрические соединения выполняют монтажным проводом с помощью пайки.

При необходимости замены элементов достаточно нагреть паяльником выводы, чтобы расплавить припой и размягчить вблизи выводов эпоксидный компаунд по всей толщине слоя, затем удалить пинцетом или металлическим крючком элемент, вставить на его место новый и залить компаундом.

Полностью отработанную и настроенную схему, если она предназначена для работы в условиях повышенной влажности, целесообразно выполнить в виде модуля, т. е. полностью залить компаундом как со стороны корпусов элементов, так и со стороны монтажа.

2.3. Монтаж методом вдавливания в термопластичный материал (винипласт, органическое стекло и др.). Выводы всех элементов перед установкой на плату формуют, как показано на рис. 2.2. При монтаже их прижимают к плате остро заточенным паяльником. При этом материал платы плавится и вывод погружается в плату на глубину, несколько большую его диаметра. За тем паяльник отводят, а элемент удерживают в неизменном положении до тех пор, пока пластмасса не затвердеет, Выводы элементов, которые должны соединяться между собой, нужно крепить возможно ближе один к другому и паять.

Рис 2.2. Монтаж методом вдавливания:
1 — плата из термоппастичного материала; 2 — корпус экрана или общая шина.

При пайке крепление элементов не нарушается, так как во время разогрева выводов механические нагрузки на них практически отсутствуют и выводы достаточно хорошо удерживаются обволакивающей их пластмассой. При таком монтаже удобно пользоваться двумя паяльниками: одним запрессовывать детали, другим паять соединения.

Смонтированную и проверенную в работе плату покрывают защитным слоем эпоксидного клея.

2.4. Монтаж самодельных модулей. Конструирование и сборка малогабаритных устройств, особенно рассчитанных на изготовление в нескольких экземплярах (аппаратура для народного хозяйства, для телеуправления моделями и др.), значительно упрощается при использовании модулей, представляющих собой законченные функциональные узлы.

Узел предварительно макетируют, добиваясь того, чтобы он был работоспособен без какой-либо дополнительной регулировки при монтаже его из исправных стандартных элементов с заданным допуском параметров. Затем проверяют устойчивость работы узла при таком размещении элементов, каким оно будет в модуле. Каждый элемент обертывают двумя-тремя слоями лакоткани или надевают на корпус отрезок полихлорвиниловой трубки и помещают в обожму (рис. 2.3). Элементы, имеющие на корпусе кольцевой выступ (например, стабилитроны), выравнивают по диаметру намоткой лакоткани. Транзисторы в круглом корпусе укладывают попарно выводами в противоположные стороны. Прижимная планка обоймы со штифтами перемещается под действием стальной пружины в направляющих пазах и фиксирует положение элементов при монтаже модуля.

Рис. 2.3. Обойма для монтажа модулей:
1 — корпусу; 2 — пружина; 3 — прижимная планка; 4—элементы модуля; 5 — направляющий штифт прижимной планки.

Корпус обоймы изготовляют из листовой стали толщиной 0,5 мм. Размеры, указанные на рисунке, ориентировочные. Размер А обусловлен объемом модуля.

Монтируют элементы пайкой, изолируют лакотканью весь блок и помещают его в корпус-экран, который изготовляют из листовой латуни или меди толщиной 0,2—0,3 мм. Модуль заливают эпоксидным компаундом или закрывают изоляционной пластиной с отверстиями, через которые пропускают выводы. Модуль, выполненный таким способом и содержащий, например, два транзистора КТ316, пять резисторов МЛТ-0,125 и три конденсатора КМ-5а, имеет габариты 12х14х15 мм.

2.5. Монтаж накруткой при макетировании позволяет лучше сохранить элементы, так как исключает многократные пайки их выводов.

Суть монтажа методом накрутки состоит в том, что все соединения в устройстве делают медным неизолированным (лучше — луженым) проводом, туго наматывая его на выводы деталей. Обеспечить надежный электрический контакт в соединении и облегчить выполнение этой операции позволяет несложное приспособление (рис. 2.4),

Рис 2.4. Приспособление для монтажа накруткой:
1 и 2 — трубки от игл медицинского шприца; 3 — патрон от циркуля; 4 — латунная трубка; 5 — полихлорвиниловая трубка; 6 — латунная полоска; 7 — винт М3 или М4; 8 — катушка с монтажным проводом.

Основой приспособления служит патрон держателя грифеля от чертежного циркуля (пригоден держатель со сквозным осевым отверстием). На хвостовик держателя напрессована латунная трубка длиной около 80 мм. К верхнему (на рисунке) концу трубки припаяны две латунные полоски размером 25х5х0,5 мм с крепежными отверстиями. Эти полоски образуют держатель катушки с запасом монтажного провода; осью катушки служит винт. В патрон держателя грифеля зажимают две стальные трубки, отрезанные от игл медицинского шприца. Трубка 1 имеет наружный диаметр 0,8 и длину 35 мм, а трубка 2 — соответственно 1,2 и 25 мм. Трубка 2 служит направляющей для монтажного провода и одновременно резцом, снимающим с него оксидную пленку. Выступающий торец этой трубки нужно заточить перпендикулярно ее оси на шлифовальном круге; кромки должны быть острыми, но без заусенцев. Кромки противоположного конца трубки сглаживают и надевают на него направляющую трубку длиной около 100 мм из полихлорвинила.

Трубка 1 является как бы осью; ее надевают на вывод детали и вокруг нее вращают приспособление, прижав конец монтажного провода пальцем к плате. При этом монтажный провод вытягивается из трубки 2 и плотно наматывается на вывод. Из патрона трубка 1 должна выступать на 4 мм, а трубка 2 — на 3,7 мм,

После намотки провода на один вывод приспособление переносят на другой вывод и так, не обрывая провода, соединяют нужное число выводов. Необходимое натяжение провода устанавливают гайкой винта.

После приобретения навыков работы с приспособлением можно получить достаточно надежный электрический контакт.

2.6. Монтажные планки, на которых лепестки закрепляются без развальцовки или клепки, просты по конструкции и несложны в изготовлении. Заготовки монтажного лепестка вырезают из медной или латунной фольги или из белой жести (рис. 2.5, а). С двух сторон делают прорези. "Усики" лепестков отгибают (рис. 2.5, б). Затем заготовку вставляют в отверстие и обжимают планку, как показано на рис. 2.5, в.

Рис. 2.5. Монтажный лепесток и установка его на монтажную планку

2.7. Зажим для временных соединений проводников и радиоэлементов удобен при отработке несложных схем, так как позволяет быстро соединить между собой выводы различных элементов или концы монтажных проводов (рис. 2.6). В отверстие монтажной платы вставляют проволочную скобу, на которую надевают пружину. В выступившую на лицевой стороне платы петлю продевают зачищенные монтажные провода или выводы элементов. Силой пружины они будут прижиматься один к другому, обеспечивая надежный электрический контакт.

Рис. 2.6. Зажим для временных соединений:
1 — скоба; 2 — пружина.

2.8. Монтаж микросхем при макетировании с помощью удлинения их выводов без пайки позволяет уберечь микросхему от перегрева, а при необходимости - быстро заменить.

Выводы микросхемы удлиняют многожильным монтажным проводом. Для этого готовят необходимое число отрезков провода нужной длины. Один конец у них зачищают и лудят для пайки на плату, другой конец аккуратно надевают на выводы микросхемы, так чтобы выводы входили внутрь пучка проводников. Если вывод входит слишком туго, можно пинцетом слегка размять конец провода. Контакт получается надежным и механически достаточно прочным. Теперь микросхему залуженными концами проводников паяют на плату.

2.9. Установка микросхем на печатные платы, лужение выводов и пайка должны производиться с учетом конструктивных особенностей корпусов. Основные из них: наличие гермовводов и герметизирующих швов, относительно тонкое дно корпуса (0,1—0,2 мм), на котором закреплены подложка, элементы схемы, кристалл. Все меры предосторожности при этом должны сводиться к тому, чтобы защитить корпус микросхемы от недопустимых деформаций.

Метод установки должен, с одной стороны, обеспечить такую механическую прочность, которая гарантировала бы устойчивость к предполагаемым в эксплуатации механическим нагрузкам, но, с другой стороны, жесткое крепление корпуса недопустимо, так как деформация печатной платы (если стрела ее прогиба достигнет даже нескольких десятых миллиметра) может привести либо к растрескиванию герметизирующих швов корпуса, либо к деформации дна и отрыву от него подложки или кристалла, к обрыву внутренних соединений.

Чаще всего механическая устойчивость обеспечивается лишь распайкой выводов на контактные площадки. Необходимость дополнительного крепления микросхемы на плате в любительской практике возникает редко и обусловлена чрезвычайной жесткостью условий эксплуатации будущего прибора, а иногда — массой и габаритами корпусов микросхем.

Конструкция прибора должна обеспечивать эффективный отвод теплоты за счет конвекции воздуха или с помощью теплоотводящих металлических шин. Конвекция обеспечивается установкой корпусов с максимально допустимыми зазорами между плоскостью платы и дном корпуса микросхемы. Размещение корпусов на печатной плате должно обеспечить возможность свободного доступа к любой микросхеме для ее демонтажа.

Особые требования предъявляются к режимам пайки выводов микросхем (табл. 2.1).

Таблица 2.1
Рекомендуемый режим пайки микросхем

Качество паяных соединений должно отвечать требованиям, подробно изложенным в сборнике «Паяльники и припои» (см. раздел «Мастерим своими руками»).

Работа с микросхемами (и транзисторами) МОП-структуры требует, кроме всего, соблюдения специальных мер защиты их от повреждений статическим электричеством: на руку надевают заземляющую манжету-браслет (п. 2.11), жало паяльника также заземляют через резистор сопротивлением около 1 МОм. Работают низковольтным паяльником и питают его от сети через трансформатор (а не через резистор или конденсатор!). При хранении и транспортировке выводы таких микросхем (и транзисторов) закорачивают между собой, как правило, с помощью алюминиевой фольги.

2.10. Контактные площадки нетрадиционной формы существенно упрощают демонтаж и замену микросхемы. Отверстия диаметром около 1,5 мм под выводы микросхем сверлят не на контактных площадках, а рядом с концами печатных проводников, как показано на рис. 2.7. При пайке выводы микросхемы поочередно подводят пинцетом к краям печатных проводников и в местах их соприкосновения производят пайку легким прикосновением жала паяльника.

Рис. 2.7. Контактные площадки нетрадиционной формы для монтажа микросхем

При демонтаже прогревают паяльником место пайки и отводят каждый вывод от края печатного проводника до образования зазора. Излишки припоя оставляют на площадке проводника.

2.11. Браслет для снятия статического заряда применяют при работе с микросхемами и транзисторами структуры МОП, чтобы исключить повреждение приборов статическим электричеством. Браслет изготовляют из ремешка для часов, на внутренней стороне которого укрепляют металлическую пластину, контактирующую с рукой. Пластину электрически соединяют гибким проводником с шиной заземления через резистор сопротивлением около 1 МОм. Для пластины лучше использовать малоуглеродистую (гибкую) нержавеющую сталь.

Если у вас часы с металлическим браслетом, достаточно с помощью зажима «крокодил» соединить его через такой резистор с шиной заземления.

Применение браслета будет эффективно лишь при соблюдении и других мер предосторожности (см. п. 2.9).

2.12. Изолирование корпусов радиоэлементов при монтаже можно выполнить отрезком полихлорвиниловой трубки.

Для лучшей фиксации диаметр трубки следует выбирать несколько меньшим диаметра корпуса элемента. Отрезок трубки длиной, в 1,2—1,5 раза большей длины корпуса, выдерживают в ацетоне около часа (или 30—40 мин в дихлорэтане). По истечении этого времени материал трубки разбухает, приобретая исключительно высокую эластичность, трубка удлиняется и увеличивается в диаметре. С помощью пинцета трубку осторожно надевают на корпус элемента и выдерживают на открытом воздухе не менее 2 ч. За это время трубка дает усадку, плотно облегает корпус. Излишки трубки обрезают.

2.13. Зачистка выводов. При хранении выводы радиоэлементов через некоторое время обычно покрываются оксидной пленкой, затрудняющей монтажную пайку. Удобно (и быстро) зачищать выводы с помощью ученической чернильной резинки. В резинке делают несколько отверстий или прорезей, через которые 3—4 раза с усилием протягивают проволочные выводы элементов, сжимая резинку пальцами. Плоские выводы протягивают между двумя плотно сжатыми резинками или через прорезь, сделанную в резину, или пользуются резинкой, как обычно при стирании, поместив вывод элемента на плоскую поверхность.

2.14. Монтажный пистон из резистора МЛТ. У неисправного резистора аккуратно пассатижами отделяют колпачок от керамического основания и лудят изнутри. Вывод колпачка впаивают в отверстие платы, а затем в получившийся пистон вставляют выводы деталей.

Этот способ наиболее эффективен при ремонте устройств, их доработке и усовершенствовании.

2.15. Монтажный пистон из пишущего узла шариковой ручки практически не требует доработки перед установкой на плату. Полость его очищают от остатков пишущей пасты, прокалив на огне и промыв спиртом или ацетоном. Затем лудят место будущей пайки. Пистон устанавливают на печатную плату и паяют место соединения с печатным проводником. Излишнюю часть стержня (вместе с шариком) отрезают. При необходимости стакан пистона можно рассверлить до диаметра 1,5 мм.

2.16. Спирали вместо пистонов применяют при большом количестве подпаиваемых проводников, когда нет под рукой готовых монтажных пистонов нужного диаметра и длины или материала для их изготовления. Из луженой монтажной проволоки наматывают виток к витку спираль на подходящую по диаметру металлическую шпильку, кусачками отделяют отрезок нужной длины, вставляют его в отверстие монтажной платы и паяют место соединения с печатным проводником.

2.17. Колодки для установки транзисторов серии МП можно изготовить из пластмассовых колпачков от тюбиков, например, из-под зубной пасты. Такое крепление транзисторов обеспечивает достаточную жесткость при работе устройства в условиях тряски и вибрации. Для выводов транзисторов в колпачке сверлят три отверстия.

2.18. Окантовка отверстий, через которые пропускаются монтажные провода или жгуты, может быть выполнена с помощью отрезка полихлорвиниловой трубки.

Для окантовки отверстий в панелях толщиной 1—2 мм можно использовать трубку диаметром 3—5 мм. Длину отрезка определяют по формуле l = *(d — 0,6), где d — диаметр отверстия; 0,6 — удвоенная толщина стенки трубки. Трубку с обоих концов обрезают под углом 45° (рис. 2.8, а). Безопасной бритвой или острым ножом трубку осторожно разрезают по самой длинной образующей, раздвигая края и окантовывают отверстие (рис. 2.8, б). При окантовке отверстий в панелях толщиной 3—7 мм используют трубки диаметром 7—15 мм.

Рис. 2.8. Окантовка отверстий в монтажных панелях

2.19. Изоляционная втулка для металлического шасси или корпуса прибора, через которую пропускают проводники, может быть изготовлена из горловины пластикового тюбика и его пробки (из-под шампуня, обувного или косметического крема). У горловины обрезают излишки материала, а от колпачка отрезают колечко с резьбой и используют полученную таким образом гайку для крепления втулки.

2.20. Временный резистор при наладке устройств можно «нарисовать» прямо на печатной плате остро заточенным карандашом ТМ, М или 2М. Для этого контактные площадки под временные резисторы делают несколько отличающимися от традиционных форм (рис. 2.9). В процессе наладки промежуток между контактными выводами заполняют графитом, нанося штрихи карандашом и контролируя режим схемы. Излишки графита снимают ученической резинкой.

Рис. 2.9. Контактные площадки для «временных резисторов», наносимых грифелем карандаша

По окончании подбора сопротивления временного резистора разрывают одну или обе контактные площадки, как показано на рисунке штриховой линией, измеряют, значение сопротивления и впаивают соответствующий резистор.

2.21. Демонтаж многоконтактных элементов (контурные катушки, трансформаторы, электромагнитные реле, транзисторы и др.) не только трудоемок, но и не исключает вероятности отрыва фольги от платы, так как в любительской практике обычно попеременно нагревают места пайки и, наклоняя деталь, постепенно вытягивают выводы элементов из отверстий платы. Ниже приведены четыре способа, свободные от этих недостатков.

1-й способ. Изготовляют специальную насадку на стержень электропаяльника, аналогичную, например, приведенным на рис. 5-е, 8 и 9 из сборника "Паяльники и припои".

2-й способ. Выпаивают каждый вывод отдельно, используя при этом приспособление в виде трубки из металла, который плохо лудится, например из алюминия. Толщина стенки трубки должна быть не более 0,2 мм, т. е. не более зазора между выводом и отверстием в плате. Внутренний диаметр должен соответствовать диаметру выпаиваемого вывода.

Приспособление можно изготовить из листового материала или из тонкостенной трубки большего диаметра, вставив в нее проволоку или хвостовик сверла диаметром, равным диаметру вывода. Конец трубки на длину 5—10 мм обжать пассатижами. Излишки материала следует срезать ножницами и кромку опилить надфилем. Закрепить изготовленную трубку нужно на стержне из теплостойкого материала с низкой теплопроводностью.

Чтобы выпаять вывод, на него надо надеть трубку и прогреть паяльником место пайки и трубку. Как только припой начнет плавиться, трубку, вращая, вводят в зазор между выводом и отверстием, а паяльник отнимают. После затвердевания припоя трубку осторожно вынимают. Такую операцию проделывают со всеми выводами.

Тогда элемент легко снять с платы, не повреждая фольгу.

Для этой же цели можно использовать иглу от медицинского шприца. Острие иглы подходящего диаметра стачивают перпендикулярно оси. Заусеницы нужно удалить, а отверстие с торца слегка раззенковать.

3-й способ. Удалить излишки припоя при демонтаже деталей с платы можно кусочком пористого полистирола—пенопласта, применяемого для упаковки электронной бытовой, измерительной и другой аппаратуры. Для этого место пайки разогревают паяльником и быстро на короткое время прижимают к месту пайки кусочек пенопласта — почти весь припой остается на нем.

4-й способ. Производят отсос расплавленного припоя во время демонтажа многоконтактных элементов с помощью обычного пылесоса, присоединив к его гибкому шлангу тонкостенную металлическую трубку диаметром 5—8 и длиной 100—150 мм. Место пайки вывода прогревают, паяльником. Как только припой начнет плавиться, к нему подносят трубку и место пайки оказывается очищенным от припоя. Во время движения по трубке капли припоя успевают остыть и не портят шланг пылесоса и мешок пылеуловителя.

2.22. Демонтаж микросхем (например, серии К133) удобно производить, введя под корпус микросхемы кусок лезвия от безопасной бритвы, так чтобы режущая кромка упиралась в места паек двух-трех крайних выводов. Нагревая паяльником одновременно эти пайки, лезвие смещают с усилием в направлении следующих выводов. При этом лезвие отделит выводы от платы. Отпаяв таким образом один ряд выводов, приступают к другому ряду.

Микросхемы со штырьковыми выводами можно демонтировать способами, приведенными в п. 2.21.

2.23. Захват для демонтажа микросхем позволяет быстро снять микросхему, что уменьшает вероятность ее перегрева. При этом нагрев производят специальным групповым паяльником или насадкой прогревая сразу все выводы (см. рис. 5 и рис. 8 из сборника "Паяльники и припои").

Захват изготовляют из зажима «крокодил». На губках зажима спиливают зубья, сверлят по два отверстие приклепывают стальные пластины шириной 7 мм и толщиной 1 мм, затем «сгибают их концы под углом 90° навстречу один другому. Концы захвата вводят под корпус микросхемы с торцов, прогревают пайки и быстро вынимают микросхему из отверстий платы (или снимают с контактных площадок).

Если микросхемы установлены на плате плотно одна к другой, так что торцовый захват установить не удается, можно изготовить боковой захват с пластинами несколько иной формы. Ширина рабочей части пластин должна быть равна длине корпуса микросхемы. На концах пластин делаются прорези с шириной и шагом, как у выводов микросхемы.