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ISSN: 0328-5073 Año 24 / 201Año 24 / 2011 / 1 / Nº 289Nº 289
SECCIONES FIJAS
Sección del Lector 80
Descarga de CD: Curso de Microcontroladores PICAXE volumen 1 16
ARTICULO DE TAPA
Componentes SMD, BGA y Reballing:
Métodos de Soldadura por Infrarrojos y por Calor Directo 3
AUTO ELÉCTRICO
Un Electroventilador Inteligente 17
MONTAJES
Soldado y Desoldado de Componentes SMD y BGA 21
Generador de Barras con Sincronismo 49
Probador Activo de Fly-Back, Bobinados y
Arrollamientos Sin Sacarlos del Circuito 55
Probador de Servos 63
Probador Activo de Continuidad 64
MANUALES TÉCNICOS
Servicio Técnico a Teléfonos BlackBerry
Mantenimiento, Reparación, Liberación y Actualización 33
MICROCONTROLADORES
Conjunto de Instrucciones para Programar PICs 65
TÉCNICO REPARADOR
Desarme y Reconocimiento de Partes de una
Consola de Videojuegos Play Station 3 70
Reparando una Play Station 3:
Reballing y el Fin de la Luz Amarilla 75
EDITORIAL
QUARK Año 24 - Nº 289 AGOSTO 2011
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UESTRO
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LANETA
Bien, amigos de Saber Electrónica, nos en-contramos nuevamente en las páginas de nues-tra revista predilecta para compartir las nove-dades del mundo de la electrónica.
Desde hace tiempo, tanto los científicos co-mo los gobernantes y hasta los empresarios es-tán prestando atención al “cuidado de nuestro planeta”. Se presta especial atención a la
emisión de gases contaminantes y a la conservación de los recursos no renovables.
Es así que la producción de biocombustibles, el uso de la energía so-lar, energía eólica y energía hidráulica así como la implementación de sistemas de iluminación más eficientes (iluminación con LEDs) son cada vez más tenidos en cuenta y, en todos los casos mencionados la electróni-ca juega un papel preponderante.
Hace tiempo que vengo repitiendo que la electrónica como carrera, lejos de agonizar, está gozando de muy buena salud y que en la próxima década será una de las disciplinas más estudiadas porque las empresas requerirán de recursos humanos con gran experiencia en electrónica.
Y como la electrónica es parte importante de la generación de tec-nología, también se debe cuidar que “no dañe” al medio ambiente; es por eso que desde hace unos años las empresas fabricantes de equipos elec-trónicos no emplean soldadura con plomo, justamente para evitar las emisiones contaminantes de esta mezcla metalúrgica. Es así como los teléfonos celulares, consolas de videojuegos, pantallas planas y demás equipos electrónicos vienen soldados de fábrica con aleaciones de estaño frágiles y que, en general, carecen de flexibilidad lo que suele ocasionar fallas por falsos contactos en circuitos impresos.
La solución a estas fallas consiste en “resoldar” los componentes a sus placas de circuito impreso, empleando la típica aleación estaño-plomo que mejorará el rendimiento a largo plazo del equipo. Al soldar con esta aleación, nosotros prácticamente no estaremos contaminando, ya que el proceso “manual” que empleamos no contamina y el día de mañana que debamos descartar el equipo, la cantidad de plomo que tendrá es tan pe-queña que no perjudicará a nuestro planeta.
En esta edición tratamos justamente este tema, es decir, explicamos cómo resoldar componentes en su placa, técnica conocida como “re-balling”.
Hasta el mes próximo
Ing. Horacio D. Vallejo
SABER ELECTRONICA
Director Ing. Horacio D. Vallejo
Producción
José María Nieves (Grupo Quark SRL) Columnistas:
Federico Prado Luis Horacio Rodríguez
Peter Parker Juan Pablo Matute
En este número:
Ing. Alberto Picerno Ing. Ismael Cervantes de Anda
EDITORIAL QUARK S.R.L.
Propietaria de los derechos en castellano de la publicación men-sual SABER ELECTRONICA
Argentina: (Grupo Quark SRL) San
Ricardo 2072, Capital Federal, Tel (11) 4301-8804
México (SISA): Cda. Moctezuma 2,
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Administración y Negocios Teresa C. Jara (Grupo Quark)
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Sistemas: Paula Mariana Vidal Red y Computadoras: Raúl Romero Video y Animaciones: Fernando Fernández
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autoriza-E
DITORIALQ
UARKLa complejidad y densidad de las placas de circuitos impresos continúan incrementándose sin parar. Simultáneamente, se utilizan cada vez más, circuitos integrados más complejos en estas placas. Los métodos de encapsulado utilizando interco-nexiones con periféricos como Quad Flat Packs (QFP), Small Outline Integrated Cicuits (SOICSs), Thin Small Outline Packages (TSOPs), Shrink Small Outline Packages (SSOPs) y Plastic Leaded Chip Carriers (PLCCs), han llegado a sus lími-tes prácticos en la producción a partir de más de 200 pines. Pasando de un encapsulado de periferia lineal para la interco-nexión a un array bi-dimensional, “es posible realizar más interconexiones en el mismo espacio y con un espaciado mayor comparado con aquellos utilizados en tecnologías de montajes superficiales antiguas”. El Ball Gris Array (BGA) es la implementación más común de este concepto. Sin embargo, todos los encapsulados tienen un problema común: las solda-duras que no están en los bordes del encapsulado están fuera de vista y no pueden ser inspeccionados visualmente para verificar su calidad o confirmar sus defectos. En este artículo veremos qué es un componente BGA, las diferencias con los componentes SMD, dónde se los usa, cómo se los suelda y en qué consiste el denominado proceso de “reballing”.
Por: Ing. Horacio Daniel Vallejo e-mail: [email protected]
INTRODUCCIÓN
La tecnología de montaje superficial, más conocida por sus siglas en inglés SMT
(Surface Mount Technology), es el método de construcción de dispositivos electrónicos más utilizado actualmente. Se usa tanto para com-ponentes activos como pasivos, y se basa en el montaje de los mismos (SMC, en inglés
Surface Mount Component) sobre la superficie
misma del circuito impreso. Tanto los equipos así construidos como los componentes de montaje superficial pueden ser llamados dis-positivos de montaje superficial, o por sus siglas en inglés, SMD (Surface Mount Device).
A grandes rasgos, podemos decir que un componente SMD es un circuito integrado que
se monta directamente sobre el impreso mien-tras que un componentes BGA es un conjunto
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OMPONENTES
SMD,
BGA
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S
OLDADURA POR
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NFRARROJOS Y POR
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IRECTO
Art Portada - BGA SMD 27/7/11 13:30 Página 3
de partes (integrados, resis-tencias, capacitares) de dimi-nutas dimensiones soldados sobre un impreso y que se comercializan como “un todo”.
Las conexiones BGA (Ball
Grid Array) son soldaduras cuyo fin es unir un compo-nente a la placa base de un equipo informático por medio de una serie de bolitas de estaño. Son usadas común-mente en la producción y fija-ción de placas base para ordenadores y la fijación de microprocesadores ya que los mismos suelen tener una cantidad muy grande de ter-minales los cuales son solda-dos a conciencia a la placa base para evitar la pérdida de frecuencias y aumentar la conductividad de los mismos. Hoy en día, los BGAs y
Chip Scale Packages (CSPs) con menos de 100 pines son
comunes por su bajo costo y su capacidad de disipar calor. Los BGAs con más de 100 pines
son típicos también.
El BGA está llegando a ser tan común
como el QFP. La mayoría de las placas tienen al menos uno, siendo típico entre 10 a 20 por placa. Hoy un PCB complejo puede tener entre
un 25 y 50 por ciento de sus soldaduras en
BGAs. Incluso con un proceso de ensamblaje
bien caracterizado y controlado, seguro que se producirán defectos de soldadura en los BGAs
sin que haya un método de inspección visual disponible.
Este encapsulado posee unos pines que son con forma de bolas ubicadas por la super-ficie del dispositivo. Al distribuir de esta manera los pads, aunque se reduce el tamaño final del dispositivo, la soldadura deja de ser visible, dificultando el testeo del conjunto. Una gran ventaja que tiene este tipo de
encapsu-lado es la distribución aleatoria que pueden tener los pines de GND y VCC, con lo cual se minimizan problemas de integridad de señal y de suministro de energía.
El BGA es normalmente un componente
caro y a menudo tiene que ser limpiado des-pués de quitarlo de la placa, figura 1. Existe un riesgo significativo de desechar el montaje entero, por un daño inevitable en la placa PCB.
LAS SOLDADURASBGA
Para proceder al soldado se utiliza un patrón o plantilla para ubicar las soldaduras en posición y un horno para prefijarlas primero al componente y después a la placa base.
Las bolitas pueden cambiar de calibre ya que por unidades siempre se utilizan referen-cias milimétricas, es decir: tienen calibres que van desde 0.3 hasta 1.5 mm de diámetro por lo
Artículo
de Tapa
Figura 1 - BGA son circuitos formados por componentes electrónicos de pequeñas dimensiones del tipo SMD, montados sobre placas de circuito
impreso especiales.
Art Portada - BGA SMD 27/7/11 13:30 Página 4
cual se requieren varios tipos de plantillas para lograr una distribución pareja de la soldadura al momento de fijarla a la placa base.
En la actualidad las soldaduras tipo BGA
son usadas en componentes electrónicos diversos como los teléfonos móviles y los orde-nadores portátiles. Últimamente se han empe-zado a implementar en otras industrias como la ingeniería eléctrica y la fabricación de módu-los de fricción al calor.
En todos los encapsulados BGA una bola
de soldadura está unida al encapsulado en cada posición de la rejilla de soldadura (grid). Esta unión se efectúa antes de que se incor-pore el IC al encapsulado. Durante el
ensam-blaje se utilizan pastas para soldar las bolas a la placa.
Las bolas de soldadura fundibles (eutécti-cas) se funden y se fusionan durante el pro-ceso de soldadura con las pastas.
Estos encapsulados están normal-mente hechos del mismo material que las placas impresas y son los más baratos y populares. Las bolas de soldadura no fundibles (no-eutéc-ticas) están hechas de una aleación que no se funde durante el ensam-blaje. La pasta de soldadura suelda estas bolas a la placa. Esta técnica se utiliza muy a menudo en encap-sulados cerámicos más caros que requieren un espacio vertical en placa más grande para disponer de un mayor alivio de carga.
La figura 2 muestra cómo queda una soldadura bien hecha en un componente BGA mientras que la
figura 3 muestra los efectos de un precalentamiento inadecuado con daños en el encapsulado y en el cir-cuito impreso.
LATECNOLOGÍASMD
Un componente SMT es más pequeño que su análogo en
encap-sulado normal de tecnología through hole (encapsulado DIL o PID, por ejemplo), en
Artículo
de Tapa
Figura 3 - Una soldadura mal hecha produce falsos contac-tos y fallas sobre el componente.
Figura 2 - Detalle de una soldadura bien hecha de un componente BGA en una placa
de circuito impreso.
Art Portada - BGA SMD 27/7/11 13:30 Página 6
donde los componentes atraviesan la placa de circuito impreso, en componentes SMT no la atraviesan ya que no posee pines o, si tiene, son más cortos. Otras formas de proporcionar el conexionado es mediante contactos planos, una matriz de bolitas en la parte inferior del encapsulado, o terminaciones metálicas en los bordes del componente.
Este tipo de tecnología ha superado y reemplazado ampliamente a la through. Las razones de este cambio son económicas, ya que los encapsulados SMD al no poseer pines
y ser más pequeños son más baratos de fabri-car, y tecnológicas, ya que los pines actúan como antenas que absorben interferencia elec-tromagnética.
La tecnología de montaje superficial fue desarrollada por los años '60 y se volvió ampliamente utilizada a fines de los '80. La labor principal en el desarrollo de esta tecnolo-gía fue gracias a IBM y Siemens. La estructura de los componentes fue rediseñada para que tuvieran pequeños contactos metálicos que permitiese el montaje directo sobre la superfi-cie del circuito impreso.
De esta manera, los componentes se vol-vieron mucho más pequeños y la integración en ambas caras de una placa se volvió algo más común que con componentes through hole.
Usualmente, los componentes sólo están asegurados a la placa a través de las soldadu-ras en los contactos, aunque es común que tengan también una pequeña gota de adhesivo en la parte inferior. Es por esto, que los com-ponentes SMD se construyen pequeños y
livia-nos. Esta tecnología permite altos grados de automatización, reduciendo costos e incre-mentando la producción. Los componentes
SMD pueden tener entre un cuarto y una
décima del peso, y costar entre un cuarto y la mitad que los componentes through hole.
Hoy en día la tecnología SMD (figura 4) es
ampliamente utilizada en la industria electró-nica, esto es debido al incremento de tecnolo-gías que permiten reducir cada día más el
tamaño y peso de los componentes electróni-cos. La evolución del mercado y la inclinación de los consumidores hacia productos de menor tamaño y peso, hizo que este tipo de industria creciera y se expandiera; hoy en día componentes tan pequeños en su dimensión como 0.5 milímetros son montados por medio de este tipo de tecnología. En la actualidad casi todos los equipos electrónicos de última generación están constituidos por este tipo de tecnología. LCD TV's, DVD, reproductores por-tátiles, celulares, laptop's, por mencionar algu-nos.
Los componentes SMD dieron paso a los
módulos PGA (Pin Grid Array), figura 5, que
son un tipo de conexión usada en circuitos integrados, especialmente para microprocesa-dores. Consiste en una matriz de agujeritos donde se insertan los pines de un microproce-sador por presión.
Damos a continuación algunas de las ven-tajas que aporta la tecnología SMD:
Reduce el peso y las dimensiones.
Reduce la cantidad de agujeros que se
Artículo
de Tapa
Figura 4 - El uso de componentes SMD per-mite crear circuitos impresos de
dimensio-nes reducidas.
Art Portada - BGA SMD 27/7/11 13:30 Página 8
necesitan taladrar en la placa. Reduce los costos de fabricación.
Permite una mayor automatización en el proceso de fabricación de equipos.
Permite la integración en ambas caras del circuito impreso.
Reduce las interferencias electromagnéti-cas gracias al menor tamaño de los contactos (importante a altas frecuencias).
Mejora el desempeño ante condiciones de vibración o estrés mecánico.
En el caso de componentes pasivos, como resistencias y condensadores, se consigue que los valores sean mucho más precisos.
Ensamble mas precisos.
Entre las principales desventajas del uso de la tecnología SMD podemos mencionar:
El reducido tamaño de los componentes
provoca que sea irrealizable, en ciertos casos, el armado manual de circuitos, esencial en la etapa inicial de un desarrollo.
El proceso de armado de circuitos es más complicado que en el caso de tecnología through hole, elevando el costo inicial de un proyecto de producción.
En general, a la hora de diseñar circuitos impresos (PCB´S), la tarea es bastante mas
fácil con el uso de componentes SMD y no
requiere grandes medios e inversión en equi-pos para desarrollar este tiequi-pos de tecnología.
El problema se presenta cuando ya tene-mos PCB de gran tamaño y queremos
minimi-zar el espacio y mejorar el diseño del impreso usando integrados que hacen lo mismo pero en menores dimensiones y mejores prestacio-nes como el chip mostrado en la figura 6 (de tecnología SMD). Además, la colocación de un
componente de este tipo con un soldador de mano resulta algo mas difícil de implementar.
LOSCOMPONENTESBGA
El Ball Gris Array (BGA) surge con el
pen-samiento de “pasar” de un encapsulado de periferia lineal para la interconexión a un array bi-dimensional con el objeto de poder realizar más interconexiones en el mismo espacio y con un espaciado mayor comparado con aque-llos utilizados en tecnologías de montajes superficiales antiguas.
El BGA es descendiente de la pin grid array
(PGA) que, como dijimos, es un paquete con un rostro cubierto (o parcialmente cubierto) con pines en un patrón de cuadrícula. Estos métodos se utiliza para comunicar el circuito integrado con la placa de circuito impreso o
PCB. En un componente BGA, los pines se
sustituyen por bolas de soldadura pegada a la parte inferior del paquete. El dispositivo se coloca en un PCB que lleva pads de cobre en
un patrón que coincida con las bolas de solda-dura. El circuito se calienta, ya sea en un horno de reflujo o por un calentador de infrarrojos, lo que produce que las bolas de soldadura se
Componentes SMD, BGA y Reballing
Figura 5 - PGA (Pin Grid Array)
Figura 6 - Detalle de un chip construido con tecnología SMD.
Art Portada - BGA SMD 27/7/11 13:30 Página 9
derritan y se unan al circuito impreso. Es decir y para entenderse, que el circuito integrado
BGA es posicionado en un PCB. en el PCB
existen unos pads que son los pines de unión entre el PCB y el integrado o componente que
está en el módulo BGA. Cuando calentamos
esta zona las bolas de estaño o el estaño en pasta funde y une al circuito integrado con el
PCB cuando el estaño se enfría.
En la figura 7 pode-mos observar cómo es un componente BGA, cómo
se localizan sus pines y uno de los métodos de colocación en una base, zócalo o esténcil.
Quizá uno de los aspectos más importan-tes a considerar en el uso de esta tecnología es la
forma en que se van a soldar los componentes y cómo debe ser la soldadura. En la figura 8 podemos ver cómo queda una soldadura bien realizada (izquierda) y la imagen de un trozo de circuito impreso con un componente BGA
bien soldado y cortado a láser mientras que en la figura 9 podemos ver la diferencia entre una buena soldadura, una soldadura fría y una sol-dadura mal realizada por estaño insuficiente.
Artículo
de Tapa
Figura 7 - Detalles de uso de componentes BGA en circuitos electrónicos.
Figura 8 - Detalle de una soldadura bien hecha sobre un componente BGA.
Art Portada - BGA SMD 27/7/11 13:30 Página 10
El BGA es una solución para el problema
de producir un PCB en miniatura para un
cir-cuito integrado con varios centenares de pines. Permite el uso de mayor número de pines en forma de bola o PADS para un circuito inte-grado, que era una de las limitantes en los componentes SMD, que no dejan de ser
cir-cuitos integrados con pines, patas o conexio-nes convencionales, a diferencia del BGA
donde las bolas pueden ser de menor tamaño (aunque requiera mayor experiencia a la hora de realizar el soldado).
Soldar un componente BGA en fábricas no
es ningún problema, ya que se tienen máqui-nas automatizadas.
Una ventaja adicional de los paquetes BGA
sobre los paquetes con pistas discretas (es decir, SMD) es la menor resistencia térmica
entre el paquete y el PCB. Esto permite que la
corriente generada por el circuito integrado lle-gue más fácilmente al PCB.
Cuanto más corto es un conductor eléctrico, menor será su inductancia, una propiedad que provoca una distorsión no deseada de las señales en los circuitos electrónicos de alta velocidad. Los BGA, debido a su corta
distan-cia entre el circuito integrado y el PCB, poseen
inductancias distribuidas muy bajas y, por lo tanto, tienen mucho rendimiento eléctrico… muy superior a los dispositivos de plomo.
Pero no todas son ventajas, una desven-taja de la BGA, sin embargo, es que las bolas
de soldadura no son muy flexibles. Como con
todos los dispositivos de montaje superficial, hay flexión, debido a una diferencia en el coe-ficiente de dilatación térmica entre el sustrato
PCB y BGA (estrés térmico), o la flexión y la
vibración (tensión mecánica) que puede cau-sar fracturas en las uniones o soldaduras. Es decir, se produce un efecto de contracción y expansión en la transición frío calor.
Los problemas de dilatación térmica se pue-den superar si se hace coincidir las caracterís-ticas mecánicas y térmicas del componente
BGA con el material de la placa de circuito
impreso donde se lo va a emplear, caracterís-tica que se tiene en cuenta a la hora del diseño de sistemas o equipos que van a emplear com-ponentes BGA.
Típicamente, los dispositivos de plástico
BGA tiene características más parecidas a las
de un PCB común. Es decir, existe similitud y
compatibilidad de PCB con BGA.
Los problemas de estrés mecánico pueden ser superados por la vinculación de los dispo-sitivos al impreso a través de un proceso lla-mado "de llenado", que inyecta una mezcla de epoxy en el marco del dispositivo después de que se ha soldado a la PCB, y que existe
con-tacto de manera eficaz entre el dispositivo
BGA y la PCB.
Existen varios tipos de materiales de relleno en virtud de su uso con diferentes propiedades en relación con la aislación y la transferencia térmica: estos materiales son tipo plástico antiestatico, muy parecido a una goma o
simi-Componentes SMD, BGA y Reballing
Figura 9 - Asi se ven las soldaduras sobre los componentes BGA.
Art Portada - BGA SMD 27/7/11 13:30 Página 11
lar al pegamento, figura 10.
Lo malo de este tipo de sellado es que es bastante sucio y requiere precalentar mas tiempo el PCB,
además, desprende un gas poco saluda-ble.
Volver a rellenar el
BGA es mas fácil
pero quitar estos componentes no es muy bueno para la salud, si lo hace en casa. Por ello, debe tomar precauciones (barbijos, protectores, ambiente ventilado, extractores, etc.).
Para que se entienda, cuando se los quita, parece que hubiera chicle entre BGA e
impreso y muchas veces despega los pads del impreso. Si los BGA posee integrados de
muchas conexiones y los pads han sufrido daño, al volver a soldar el componente en la
PCB se pueden tener soldaduras mal hechas
o quebradas, como las que se ven en la figura 11. Las roturas se producen por cam-bios de temperatura bruscos o por el tiempo mismo del PCB. Las PCB en verano e invierno
sufren de distinta manera e, incluso, si el chip se calienta pueden producirse este tipo de desgaste del PCB.
Aunque muchas placas son de fibra, estas “no son de pie-dra” con el calor. Para este tipo de averías “resoldando” (reba-lling) se puede corre-gir el mal contacto, al igual que las soldadu-ras frías (soldadusoldadu-ras que se producen cuando no se ha dado
suficiente temperatura para que derrita el estaño).
Para soldar o resoldar bien un chip se debe tener en cuenta el punto de fusión del estaño (sin plomo o con él). Se debe leer la hoja de especificaciones del chip y el punto máximo al que podríamos llegar a soldar, cuyo valor suele ser entorno a los 260ºC (MAX SAFE TEMPE-RATURE). El tiempo de soldado también suele ser especificado por el fabricante del BGA. Si
no tiene la hoja de datos, el consejo mas rápido es soldar a temperatura de 260ºC, ir en circulo con la pistola de aire caliente y con una pinza empujarle un poco y si vemos que retorna a su posición significa que el estaño
Artículo
de Tapa
Figura 10 - Para mejorar la resistencia mecánica de la soldadura de un componente BGA se suele utilizar un elemento de llenado entre el componente y la placa PCB.
Figura 11 - En la figura se pueden observar dos tipos de soldaduras mal hechas que impiden el contacto del componente BGA con la placa PCB.
Art Portada - BGA SMD 27/7/11 13:30 Página 12
está en su punto.
Es decir, si tenemos nuestro BGA sin
estaño tendremos que ponerle estaño en pasta en un molde y luego aplicarle aire caliente con la pistola.
El molde es para repartir por igual el estaño. Una vez hecho ésto y enfriado el chip, preparamos nuestro PCB en un
precalentador o en su defecto en nuestro soporte para PCB.
Extraemos el chip dañado, limpiamos la zona de estaño con malla desoldadora, y seguidamente limpiamos muy bien con un limpiacontactos. Nos fijamos que no existan puntos de contacto oxidados, los cuales se notan por su color pardo o negro (figura 12), en dicho caso se los debe limpiar muy bien.
Situamos con pinzas y un microscopio el integrado en su posición (hay unas mar-cas para situarle) y aplicamos el calor dándole un leve o mínimo toque al inte-grado, si le movemos y vuelve a su sitio está en su punto óptimo de soldado.
Si nos pasamos con el calor (temperatura y/o tiempo) podemos quemar el chip por lo cual hay que tener especial rapidez y habili-dad. Este proceso se puede observar en la figura 13. En la figura 14 puede observar un
Componentes SMD, BGA y Reballing
Figura 12 - Los puntos de conexión de un compo-nente BGA se pueden oxidar como consecuencia de
malas soldaduras
Figura 13 - Proceso de soldado de componentes BGA con aire caliente.
Art Portada - BGA SMD 27/7/11 13:30 Página 13
detalle de cómo ubicar calor con una estación de soldado para “soldar” un componente BGA.
En este caso, la pistola de aire caliente se ubica con un soporte para mantenerla quieta.
L
AT
ECNOLOGÍAIR
DES
OLDADOLa soldadura de flujo (reflow soldering)
por rayos infrarrojos es el proceso más
usado para ensamblar componentes SMD
a tarjetas PCB (tarjetas de circuitos
impre-sos). El proceso incluye la colocación de
una goma con soldadura de estaño en la
tarjeta, la colocación de los componentes y
la fusión de la soldadura en un horno de
rayos infrarrojos, ensamblando los
compo-nentes con una aleación metalúrgica. En el
proceso de ensamblado se producen
cua-tro fases o zonas:
Z
ONA DEP
RECALENTAMIENTO: fase en la
cual la goma con la soldadura se calienta a
temperatura constante, suficiente para
evaporar impurezas existente en la goma
con soldadura pero que no es tan alta
como para dañar a los componentes por
sobrecalentamiento.
Z
ONA DEI
MPREGNACIÓNT
ÉRMICA: Tiene
una duración de 60 a 120 segundos y
ter-mina de quitar las impurezas presentes en
la goma con la soldadura y para activar el
flujo de rayos infrarrojos. Una temperatura
demasiado baja puede formar
burbu-jas en la goma mientras que una
temperatura demasiado alta puede
dañar a la goma, haciendo que el
estaño (o la soldadura) se funda
demasiado y se desparrame por los
componentes y la placa PCB. En el
final de esta fase, es ideal tener
equilibrio térmico antes de proceder
a la fase de soldado
Z
ONA DEF
LUJO: Es el tiempo
durante el cual la soldadura está en
el estado líquido (time above
liqui-dus). Durante esta fase, la soldadura se
licua para ensamblar los componentes
sobre la PCB. La temperatura máxima es
limitada por la tolerancia térmica del
com-ponente más frágil del circuito. Si esta fase
dura demasiado, el flujo puede secarse
antes que la soldadura cree un empalme.
Un periodo de tiempo escaso en esta fase
puede llevar el flujo a hacer una limpieza
de calidad inferior, originando menos
distri-bución de la soldadura sobre las
superfi-cies y aleaciones o soldaduras deficientes
(frías). Esta fase tiene generalmente una
duración máxima de 60 segundos con una
duración mínima de 30 segundos. Tiempos
superiores de flujo pueden causar daño a
los componentes y originar aleaciones de
calidad inferior que pueden convertirse en
el origen de averías futuras de los
compo-nentes.
Z
ONA DEE
NFRIAMIENTO: Es la fase
durante la cual la soldadura se solidifica,
creando la aleación entre los componentes
y la PCB. La temperatura durante esta fase
es de alrededor de los 30 a 100°C
redu-ciéndose a un ritmo constante para evitar
los daños causados por choque térmico y
la formación intermetálica excesiva.
J
Artículo
de Tapa
Figura 14 - Detalle de los componentes necesarios para hacer una soldadura con aire caliente.
Art Portada - BGA SMD 27/7/11 13:30 Página 14
ISSN: 1514-5697 Año 12 Nº 139 - 2011 Argentina: $7,90 -. Recargo Interior: $0,40 ISSN: 1514-5697 Año 12 Nº 140 - 2011 Argentina: $7,90 -. Recargo Interior: $0,50
C
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volumen 1
Editorial Quark SRL, Saber Internacional S.A. de C.V., el Club SE y la Revista Saber Electrónica presentan este nuevo producto multimedia. Como lector de Saber Electrónica puede descargar este CD desde nuestra página web, grabar la imagen en un disco virgen y realizar el curso que se propone. Para realizar la descarga tiene que tener esta revista al alcance de su mano, dado que se le harán preguntas sobre su contenido. Para realizar la descarga, vaya al sitio: www.webelectronica.com.ar, haga clic en el ícono password e ingrese la clave “CD-1173”. Deberá ingresar su dirección de correo electrónico y, si ya está registrado, de inmediato podrá realizar la descarga siguiendo las instrucciones que se indiquen. Si no está regis-trado, se le enviará a su casilla de correo la dirección de descarga (regis-trarse en webelectronica es gratuito y todos los socios poseen beneficios). En nombre Editorial Quark, la
revista Saber Electrónica y del CLUB SE, le damos la bien-venida y lo invitamos a com-partir este nuevo producto mul-timedia, que le va a enseñar a trabajar con los Microcontroladores PICAXE. En pocas palabras, un PICAXE es un PIC, al cual se le ha grabado un programita a los efectos de que su manejo sea mucho más sencillo. La dife- rencia entre un PIC y un PICAXE es que el PIC posee una memoria libre, una ria de programa y una memo-ria de datos, y para que pueda programarlo o cargarlo, nece-sita un quemador, un cargador y al programar lo tiene que escribir en el assembler del PIC. El PICAXE es una versión de lujo del PIC al cual se le ha grabado, en su memoria libre, un pequeño programa a los efectos de que ya no sea nece-sario un quemador. Directamente Ud. puede pro-gramar al PICAXE sin tener que quitarlo del circuito donde está trabajando, porque se lo programa a través de un proto-colo RS232 de comunica-ciones. A su vez, este pro-grama interno que se ha grabado, permite que a este microcontrolador se lo pro-grame en lenguaje de flujo o en basic, por medio de un utili-tario llamado Programming Editor. Los PICAXE son micro-controladores muy amplios, existen PICAXE de 8
Terminales en 2 versiones 08 y 08M, PICAXE de 18 Terminales en 3 versiones 18, 18A y 18X. PICAXE DE 28 ter-minales también en 3 ver-siones, PICAXE de 40 Terminales y Versiones Especiales. En este curso Ud. va a aprender qué es un PICAXE 08, cómo se los pro-grama, cómo armar un entre-nador con PICAXE 08, qué diferencias existen entre las diferentes versiones, y cómo hacer para trabajar con estos PICAXE a los efectos de que arme sus propios proyectos. Tenga en cuenta que para poder estudiar con éxito este CD debe seguir la estructura interna del mismo.
El CD se compone de 4 Módulos . En el Módulo 1 se
encuentra la teoría, que le enseña paso a paso todo lo que necesita saber sobre microcontroladores PICAXE, le enseñará a trabajar con el PICAXE 08 en sus dos ver-siones, va a aprender a armar una tarjeta entrenadora y una vez que haya asimilado todos estos conocimientos, podrá dirigirse al Módulo 2, donde
obtendrá una serie de guías y proyectos con el PICAXE 08.
El 3º módulo está compuesto
de una serie de Video Clips, que entre otras cosas, le enseñará a utilizar el Programming Editor, y por último en el 4º Módulo, se
encuentra la versión completa de dicho programa y otros
util-itarios muy útiles. Tenga en cuenta que hemos preparado otro CD denominado "Proyectos con PICAXE NIVEL 1" y que si quiere realizar estu-dios más avanzados podrá realizar la segunda etapa de este curso.
Gracias por habernos elegido.
Importante: Este CD contiene programas que deben ser acti-vados estando conectados a Internet, para ello deberá tener a mano el número de holo-grama que se encuentra en la portada del producto.
Además, con dicho número, podrá bajar información adi-cional. Deberá ingresar a www.webelectronica.com.ar, hacer clic en el ícono pass-word e ingresar la clave cdpi-caxe1
1) Teorìa
1) Curso de PICAXE Nivel Lecciòn 1 Diagrama en Bloques, Carga y Programaciòn
Lecciòn 2 Trabajando con PICAXE 08
Lecciòn 3 Trabajando con PICAXE 18
Lecciòn 4 Proyectos Completos con PICAXE
2) Màs Teorìa Recomendada Caracterìsticas del Sistema PICAXE
Comandos Bàsicos para PICAXE08M Construyendo Diagramas de Flujo Introducciòn al Sistema PICAXE 3) Guìas Pràcticas El Editor de Programas y Programador Elementos de Diseño de PICAXE08M Introducciòn al Sistema PICAXE Las Preguntas màs Frecuentes sobre PICAXE Manual de Datos, Caracterìsticas y Programaciòn de PICAXE Manual de Uso y Programaciòn de PICAXE08 Manual PICAXE 1
Pinout de los Integrados PICAXE
Proyectos con PICAXE de Baja Gama
Que es PICAXE
Què puede armar con PICAXE
4) Videos
Cómo usar el Programing Editor
Descripción de los modulos del PLC Propuesto
Diseño del PLC a partir de PICAXE
5) Programas Demo Bright Spark Demo Control Studio Demo Livewire Demo PCB Wizard Programing Editor Smrtcard Art Portada - BGA SMD 27/7/11 13:30 Página 16
INTRODUCCIÓN
El Chevrolet Meriva de 1,8 litros, modelo 2007 posee un motor tipo “ Power Train C18NE -ECU: Multec H (Flex Power)”. Este modelo de la línea General Motors utiliza un Módulo de Control Electrónico Microprocesado para controlar la velocidad de giro del “Motor del Electroventilador de
Enfriamiento del Líquido Refrigerante del Motor”. Este motor que esta especialmente dise-ñado para este auto requiere muy bajo torque para comen-zar a girar y su fun-cionamiento puede desprenderse del diagrama de la figu-ra 1. La velocidad es controlada por su módulo electrónico por medio de la
téc-nica “PWM” (Pulse Width Modulation - Modulación Por Ancho de Pulso), facilitando así que la misma pueda ser variada desde 0 (cero) RPM a máximas RPM del motor del electroventila-dor, de acuerdo a la temperatura a que se encuentre el motor del vehículo en cada condición de funcionamiento.
Aclaremos que la temperatura
a la que se encuentra el motor del vehículo para cada estado de funcionamiento del mismo es informada al módulo de control de velocidad del electroventilador por la “ECA” (Electronic Control Assembly - Computadora de Control de la Gestión de Motor del Vehículo). Esta información consiste en una señal de onda cuadrada de 100Hz, de 12V de
Un Electroventilador Inteligente
En este artículo explicamos el
fun-cionamiento del electroventilador de
enfriamiento del líquido refrigerante
del motor de un vehículo moderno.
El desarrollo se hace en base al
modelo Chevrolet Meriva de 1,8
litros, modelo 2007, pero su
explica-ción puede aplicar a otra marcas y
modelos con ligeras variantes.
Por Jorge Garbero [email protected]
A
UTO
E
LÉCTRICO
Figura 1
Auto Ele - electroven chevrolet.qxd 27/7/11 13:54 Página 17
amplitud y de “Duty Cycle” varia-ble en función de la temperatura de motor del vehículo, tal como podemos observar en la figura 2.
ESTRATEGIA DE
FUNCIONAMIENTO DELSISTEMA
Cuando ponemos en marcha el automóvil, al dar contacto y estando el motor del vehículo a una temperatura inferior a 94ºC, las formas de onda de las seña-les vistas en los Puntos “IN” y “OUT” módulo de
control del electro-ventilador (vea nue-vamente la figura 1) con osciloscopio son las mostradas en la figura 3.
Al funcionar, el motor irá aumentan-do su temperatura y al llegar a los 94ºC la “ECA” aumentará el “Duty Cycle” de la señal que envía al módulo, llevándolo de 1 ms a 5 ms. Esta variación no la reali-za abruptamente, sino que aumenta el ancho de pulso en forma lenta y conti-nua, emplea de un segundo a 1,2 segundos para aumentar el ancho de pulso desde 1 ms a 5ms, proceso que se muestra en la figura 4 (señal pre-sente en el punto “IN” de la figura 1). Al recibir la señal descripta, el Módulo de Control del E l e c t r o v e n t i l a d o r reacciona comen-zando a conmutar a masa el Punto “OUT”, alimen-tando así al motor con la tensión de batería en forma pulsante, a una frecuencia de 20kHz y un “Duty Cycle” que comienza de cero y llega a los 18 µs. Esta variación tampoco la reali-za abruptamente,
sino que aumenta el ancho de pulso en forma lenta y continua,
empleando de 1 a 1,2 segundo para aumentar el ancho de pulso
Auto
Eléctrico
Figura 2
Figura 3
Figura 4
Auto Ele - electroven chevrolet.qxd 27/7/11 13:54 Página 18
desde 0µs a 18µs aproximadamente, tal como también podemos observar en la figura 4 (señal presente en el Punto “OUT” de la figura 1). Este tiempo es impuesto por el pro-cesador de acuerdo al programa que tiene en su memoria y que corresponde al nivel de temperatura de motor informado por la “ECA”. Observe que el nivel de intensidad de corriente que alcan-za a circular por el motor es de 4,9A, nivel que hace que el motor gire a una velocidad baja. Al conmutar el motor a la alimentación de DC muy rápidamen-te y con tiempos que varían lentamente de cero µs a algunos µs, produce que el mismo arranque con una intensidad de corriente muy pequeña y la vaya aumentando paulati-namente hasta alcanzar el nivel mencionado. Esta condición evita los picos de intensidad de corriente bruscos e intensos que se producen en los sis-temas de refrigera-ción en los que al motor del electroven-tilador se le aplica la tensión total de bate-ría, generalmente a través de los contac-tos de un relé. No olvide que en el
Un
Electroventilador
Inteligente
Figura 5 Figura 6 Figura 7Auto Ele - electroven chevrolet.qxd 27/7/11 13:54 Página 19
arranque un motor normal puede llegar a tomar un nivel de intensi-dad de corriente 2 o 3 veces mayor que la intensidad nominal de trabajo.
En este sistema si el nivel de temperatura aumenta o disminu-ye, la “ECA” variará el “Duty Cycle” en la información en más ancho o menos ancho respectiva-mente. Estas acciones, en correspondencia, serán seguidas por el módulo aumentando o dis-minuyendo el tiempo en que mantiene conectado a masa al Punto “OUT”, variando así la velocidad del motor en más RPM o en menos RPM.
En la figura 5 se muestran las formas de onda presentes en el Punto “IN” y el Punto “OUT” cuan-do la temperatura de motor alcan-za los 98ºC. Observe que ahora el nivel de intensidad de corriente que alcanza a circular por el motor es de 8,8A, nivel que hace
que el motor gire a una velocidad mayor que la anterior.
La variación constante de la velocidad de giro del motor del electroventilador en función de la temperatura del motor del vehícu-lo facilita que éste trabaje dentro de un margen de temperatura muy estrecho, es decir sin estar sometido a variaciones de tempe-ratura importantes.
Al encender el aire acondicio-nado, la “ECA” comunica esta situación al módulo de control del electroventilador ampliando el “Duty Cycle” a un 90% del perío-do (9 ms).
Al recibir esta información, el módulo pone a masa en forma constante el Punto “OUT”, logran-do así que el motor gire al máxi-mo de las RPM que puede desa-rrollar. Observe que ahora el nivel de intensidad de corriente que alcanza a circular por el motor es de 19,6A.
En la figura 6 se muestran las formas de onda presentes en el Punto “IN” y el Punto “OUT” para esta condición de funcionamiento del motor del electroventilador.
Si la temperatura de motor del vehículo desciende a 92ºC la “ECA” decide que el motor del electroventilador debe detenerse. Para ello disminuye el “Duty Cycle” de la señal que envía al módulo de control del motor del electroventilador, reduciéndolo en forma lenta y continua a 1 ms. Esta acción tarda entre 1 segun-do y 1,2 segunsegun-dos.
En correspondencia, el módu-lo de control del motor del elec-troventilador reduce, en el mismo lapso de tiempo, la duración del pulso en que está conectado a masa el Punto “OUT” hasta lle-varlo a cero µs, logrando así que el motor reduzca su velocidad a cero RPM lenta y suavemente (figura 7). J
Auto
Eléctrico
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La incorporación de componentes SMD en los equipos electrónicos, trajo consigo la ventaja de poder fabricar aparatos más compactos y eficientes; y si bien esto beneficia a los usuarios, suele resultar un “calvario” para los técnicos que deben reemplazar alguno de estos componentes y no cuentan con los recursos o conocimientos necesa-rios. En más de una ocasión hemos mencionado en Saber Electrónica diferentes técnicas de soldado y desoldado de circuitos
integrados, condensadores, resistencias o bobinas SMD, ya sea utilizando dis-positivos costosos o productos químicos que suelen ser difíciles de conseguir. En esta nota, que es una actualización de la publicada en Saber Nº 225, voy a exponer una forma de cambiar componentes de montaje superficial con herra-mientas comunes que están presentes en el banco de trabajo de todo técnico reparador. El único elemento “extraño” es una cubeta de agua con ultrasonido cuya construcción también explicaremos y que suele ser muy útil para desen-grasar ciertas piezas y hasta placas de circuito impreso. Esta técnica la aprendí en un seminario dictado hace más de 10 años en España y si bien requiere paciencia, los resultados que se obtienen son óptimos; cabe aclarar que para la elaboración de este artículo he empleado algunas fotografías tomadas de Internet y que ilustran, muy bien, diferentes pasos de la explicación.
Autor: Federico Prado
con la colaboración de Ing. Horacio Vallejo
INTRODUCCIÓN
Los dispositivos de montaje superficial SMD o SMT
(Surface Mount Technology) se encuentran cada vez con mayor proporción en todos los aparatos electrónicos, gracias a esto, la mayoría de los pro-cesos involucrados en el funcionamiento de los diferentes equipos se ha agilizado considerable-mente, trayendo como consecuencia grandes ven-tajas para los fabricantes que pueden ofrecer equi-pos más compactos sin sacrificar sus prestaciones.
Sin embargo todas estas ventajas pueden rever-tirse en un momento dado, cuando en la prestación de sus servicios el técnico tenga que reemplazar algunos de estos componentes.
Gracias al avance de la industria química, hoy es posible conseguir diferentes productos que son capaces de combinarse con el estaño para bajar
“tremendamente” la temperatura de fusión y así no poner en riesgo la vida de un microprocesador (por ejemplo), cuando se lo debe quitar de una placa de
M
M
ONT
ONT
A
A
JE
JE
S
OLDADO Y
D
ESOLDADO DE
C
OMPONENTES
SMD
Y
BGA
Mont - Soldado de SMD 27/7/11 14:06 Página 21
circuito impreso. Hemos “testeado” diferentes pro-ductos y, en su mayoría, permiten “desoldar” un
componente sin que exista el mínimo riesgo de levantar una pista de circuito impreso.
El problema es que a veces suele ser dificultoso conseguir estos productos químicos y debemos recurrir a métodos alternativos.
Para extraer componentes SMD de una placa de
circuito impreso, para el método que vamos a des-cribir, precisamos los siguientes elementos:
o Soldador de 20W con punta electrolítica de 1mm de diámetro (recomendado).
o Soldador de gas para electrónica. o Flux líquido.
o Estaño de 1 a 2 mm con alma de resina. o Malla metálica para desoldar con flux.
o Unos metros de alambre esmaltado de menos de 0,8mm de diámetro.
o Recipiente con agua excitada por ultrasonidos (Opcional).
El flux es una sustancia que se aplica a una pieza
de metal para que se caliente uniformemente dando lugar a soldaduras parejas y de mayor calidad. El
flux se encuentra en casi todos los elementos de
soldadura. Si corta un pedazo de estaño
diametral-mente (figura 1) y lo pone bajo una lupa, podrá observar en su centro (alma) una sustancia blanca amarillenta que corresponde a “resina” o flux. Esta
sustancia química, al fundirse junto con el estaño
facilita que éste se adhiera a las partes metálicas que se van a soldar. También puede encontrar flux
en las mallas métalicas de desoldadura de calidad (figura 2), el cual hace que el estaño fundido se
adhiera a los hilos de cobre rápidamente.
Nota: Las ilustraciones corresponden a www.euro-botics.com.
Para explicar este método, vamos a explicar como
desoldar un circuito integrado para montaje
super-ficial tipo TQFP de 144 terminales, tal como se muestra en la figura 3.
En primer lugar, se debe tratar de eliminar todo el
estaño posible de sus patas. Para ello utilizamos
malla desoldante con flux fina, colocamos la malla
sobre las patas del integrado y aplicamos calor con el objeto de quitar la mayor cantidad de estaño.
Aconsejamos utilizar para este paso, un soldador de gas, de los que se hicieron populares en la
década del 90 y que hoy se puede conseguir en casas de productos importados (aunque cada vez son más las casas de venta de componentes elec-trónicos que los trabajan).
Montaje
Figura 1 - Estaño con alma de resinacula subatómica.
Figura 2 - Detalle de una malla metálica para desoldar.
Figura 3 - Circuito integrado SMD en una placa PCB.
Mont - Soldado de SMD 27/7/11 14:06 Página 22
El soldador de gas funciona con butano, tienen con-trol de flujo de gas y es recargable (figura 4). Puede funcionar como soldador normal, soplete o soldador por chorro de aire caliente dependiendo de la punta que utilicemos. Para la soldadura en electrónica la punta más utilizada es la de chorro de aire caliente, esta punta es la indicada para calentar las patas del integrado con la malla desoldante para retirar la mayor cantidad de estaño posible.
El uso más común que se les da a estos soldado-res en electrónica es el de soldar y desoldar
pequeños circuitos integrados, resistencias, con-densadores y bobinas SMD.
En la figura 5 vemos el procedimiento para retirar la mayor cantidad de estaño mediante el uso de una
malla.
Una vez quitado todo el estaño que haya sido
posi-ble debemos desoldar el integrado usando el
sol-dador de 25W provisto con una punta en perfectas condiciones que no tenga más de 2 mm de diáme-tro (es ideal una punta cerámica o elecdiáme-trolítica de 1 mm). Tomamos un trozo de alambre esmaltado al que le hemos quitado el esmalte en un extremo y lo pasamos por debajo de las patas (el alambre debe ser lo suficientemente fino como para que quepa debajo de las patas del integrado, figura 6). El extremo del cable pelado se suelda a cualquier parte del PCB; con el extremo libre del alambre
(cuyo otro terminal está soldado a la placa y que pasa por debajo de los pines del integrado) tiramos hacia arriba muy suavemente mientras calentamos las patas del integrado que están en contacto con él. Este procedimiento debe hacerlo con paciencia y de uno en uno, ya que corremos el riesgo de arrancar una pista de la placa (figura 7).
Repetimos este procedimiento en los cuatro lados del integrado asegurándonos que se calientan las patas bajo los cuales va a pasar el alambre de cobre para separarlos de los pads.
Una vez quitado el circuito integrado por completo (figura 8) hay que lim-piar los pads para quitarles el resto de estaño; para ello colocamos la
malla de desoldadura sobre dichos pads apoyándola y pasando el sol-dador sobre ésta (aquí conviene vol-ver a utilizar el soldador de gas, figura 9). Nunca mueva la malla sobre las pistas con movimientos
Soldado y Desoldado de Componentes SMD y BGA
Figura 4 - Soldador de gas que emite aire caliente para soldar o desoldar componentes SMD
Figura 5 - Para desoldar un integrado SMD se debe primero retirar la mayor cantidad de
estaño de las patas.
Figura 6 - Para levantar el integrado use un alambre fino, colocándolo debajo del
componente.
Figura 7 - El alambre fino se suelda en un extremo.
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bruscos ya que puede dañar las pistas porque es posible que algo de estaño la una aún con la malla.
En el caso de que la malla se quede “pegada” a los pads, debe calentar y separar cada zona, pero siempre con cuidado. Nunca tire de ella, siempre sepárela con cuidado.
Si ha trabajado con herramientas apropiadas, los pads (lugares donde se conectan las patas del inte-grado) deberían estar limpios de estaño y listos
para que pueda soldar sobre ellos el nuevo
com-ponente, sin embargo, antes de hacerlo, es conve-niente aplicar flux sobre los pads. No importa la
cantidad de flux ya que el excedente lo vamos a
limpiar con ultrasonido. Cabe aclarar que hay dife-rentes productos químicos que realizan la limpieza de pistas de circuito impreso y las preparan para una buena soldadura. Estos compuestos pueden ser líquidos (en base a alcohol isopropílico que se aplica por medio de un hisopo común, (figura 10) o en pasta y hasta en emulsión contenida en un apli-cador tipo “marapli-cador” (figura 11).
Luego deberemos colocar una muy pequeña canti-dad de estaño sobre cada pad para que se suelde
con el integrado en un paso posterior.
Una vez limpia la superficie, debemos colocar el nuevo componente sobre los pads con mucho cui-dado y prestando mucha atención de que cada pin está sobre su pad correspondiente. Una vez situado el componente en su lugar acerque el
sol-Montaje
Figura 8 - Luego de retirar el integrado debe limpiar los PADs.
Figura 9 - Para limpiar los Pads use flux y el soldador de gas.
Figura 10 - El flux se puede aplicar con un isopo.
Figura 12 - Para soldar un CI primero se suelda una pata y luego otra opuesta.
Figura 11 - Existe flux que puede aplicarse como un marcador
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dador a un pin de una esquina del integrado hasta que el estaño se derrita y se adhiera a la pata o pin.
Posteriormente repita la operación con una pata del lado opuesto. De esta manera el integrado queda inmóvil en el lugar donde deberá ser soldado defi-nitivamente (figura 12), ahora tenemos que aplicar nuevamente flux pero ahora sobre las patas del
integrado para que al aplicar calor en cada pata el
estaño se funda sin inconvenientes adhiriendo
cada pata con la pista del circuito impreso corres-pondiente y con buena conducción eléctrica.
Ahora caliente cada pata del integrado con el sol-dador de punta fina comprobando que el estaño se
funde entre las partes a unir. Haga este proceso con cuidado ya que los pines son muy débiles y fáciles de doblar y romper. Después de soldar
todos los pines revise con cuidado que todos los pines hacen buen contacto con la correspondiente pista de circuito impreso.
Ahora bien, es posible que haya colocado una can-tidad importante de flux y el sobrante genera una
apariencia desagradable. Para limpiarlo se utiliza un disolvente limpiador de flux (flux remover, flux
frei) que se aplica sobre la zona a limpiar. Una vez aplicado debe colocar la placa de circuito impreso dentro de un recipiente con agua (si, agua) a la que se somete a un procedimiento de ultrasonido. Un transductor transmite ultrasonido al agua y la hacen vibrar de manera que ésta entra por todos los intersticios del PCB limpiando el flux y su
remove-dor, asi como cualquier otra partícula de polvo o suciedad que pueda tener la placa. Una vez limpia se seca el PCB con aire a presión (se puede utilizar
un secador de cabello) asegurándonos que no quede ningún resto de agua que pueda corroer par-tes metálicas.
LIMPIADOR PORULTRASONIDO
Los ultrasonidos poseen muchas aplicaciones, entre ellas podemos mencionar la de ahuyentar roedores, la de limpiar dientes o la de quitar com-ponentes grasos de recipientes, que suelen ser difí-ciles de eliminar con métodos convencionales. En este artículo describiremos un dispositivo útil para esta tercera opción.
Vamos a describir un circuito que genera señales que son útiles para remover no sólo el flux en
pla-cas de circuito impreso sino también la suciedad de piezas de pequeño tamaño, con la ayuda de un sol-vente adecuado.
Por ejemplo, para limpiar una pieza de hierro oxi-dada, podríamos utilizar kerosene como solvente; para ello debemos introducir la pieza en un reci-piente metálico con el solvente y adosar (pegar) el transductor de ultrasonido al recipiente de modo que las señales hagan vibrar al solvente o al agua en forma imperceptible para nosotros pero muy efectiva para la limpieza de la pieza.
Soldado y Desoldado de Componentes SMD y BGA
Figura 13 - Circuito eléctrico de un limpia-dor por ultrasonido que
se puede emplear para limpiar superficies donde se soldarán componentes SMD.
Mont - Soldado de SMD 27/7/11 14:06 Página 25
Mayor rendimiento se obtiene si se cortocircuitan las bases de Q1 y Q3, pero en esta configuración se ha notado un sobrecalentamiento de los transis-tores.
Si al armar el circuito, nota que existe poco rendi-miento, se aconseja colocar en corto las bases de Q1 y Q3, luego se puede realizar la prueba corto-circuitando los otros dos transistores.
El transductor debe ser impermeable (puede hasta utilizar buzzers que lo sean) y en general, cual-quiera para ultrasonido debiera funcionar sin incon-venientes. El circuito impreso se muestra en la figura 14 y el montaje no reviste consideraciones especiales.
Para obtener el resultado esperado, es necesario que el transductor quede firmemente fijado al reci-piente en el que se colocará la pieza a limpiar. El tiempo que demorará la limpieza dependerá de la frecuencia elegida y del tipo y tamaño de la pieza. Debemos destacar que las señales de ultrasonido,
por más potencia que posean, son inocuas para el ser humano.
La base de nuestro circuito, que se muestra en la figura 13, es un oscilador del tipo Schmith triger construido con un integrado CMOS. La frecuencia es regulable y debe estar comprendida entre 20kHz y 70kHz.
La frecuencia apropiada dependerá del elemento a limpiar, debiendo el operador, encontrar la relación adecuada para cada caso. Por ejemplo, para lim-piar piezas oxidadas, encontramos que la frecuen-cia aconsejada ronda los 30.000Hz, mientras que para la limpieza de elementos engrasados, se obtuvo mejor rendimiento para valores cercanos a los 50kHz.
Para limpiar el flux de una placa de circuito
impreso, utilizamos un transmisor de ultrasonido de 40kHz, ajustamos la frecuencia del oscilador al valor de máxima operación del transductor y luego de 10 minutos, el resultado fué muy bueno.
La frecuencia puede ser ajustada por medio del potenciómetro P1.
La salida del oscilador se inyecta a un buffer for-mado por un séxtuple inversor CMOS (CD4049), que entrega la señal a una etapa de salida en puente transistorizada.
Note que el par transistorizado formado por Q1 y Q3, recibe la señal en oposición de fase, en rela-ción con el par formado por Q2 y Q4.
Montaje
LISTA DEMATERIALES DELLIMPIADOR PORULTRASONIDO
IC1 - CD4093- Integrado IC2 - CD4049 - Integrado VR1 - Pre-set de 50kΩ R1 - 4k7 C1 - 0,0022µF - Cerámico VARIOS:
Placa de circuito impreso, transductor de ultraso-nido (ver texto), zócalo para los circuitos integrados, cables, estaño, etc.
Figura 14 - Circuito impreso del limpiador por ultrasonido.
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PRODUCTOSQUÍMICOS PARA
RETIRARCOMPONENTESSMD
Si bien son pocos los productos que se consiguen en el mercado Lationamericano, ya hemos hablado, por ejemplo del Celta (español), del Solder Zapper (mexi-cano) o el Desoldador Instantáneo (argentino).
Cualquiera de ellos retira todo tipo de componentes
SMD, convencionales, thru-hole, etc., sin importar
el número de terminales o tipo de encapsulado de una manera muy fácil, económica, 100% seguro y sin necesidad de herramientas costosas. Si va a utilizar estos elementos, las herramientas necesa-rias para poder desoldar un integrado son:
1) Producto químico catalizador para desoldar
componentes SMD (figura 15).
2) Líquido flux sintético antipuente (flux
antioxi-dante).
3) Soldador tipo lápiz (de 20 a 25W de potencia como máximo y que la punta de ésta sea fina y en buen estado).
4) Palillo de madera, cotonete(s), malla desolda-dora, desarmador de relojero pequeño, pinzas de corte.
5) Alcohol isopropílico (como limpiador). 6) Pulsera antiestática o mesa antiestática.
PROCEDIMIENTOGENERAL PARA
RETIRAR UNCOMPONENTE
Controlamos la temperatura del soldador (25 watts como máximo) y aplicamos una pequeña cantidad del producto catalizador en los terminales del componente que vamos a retirar con un palillo (figura 16).
Luego damos calor con el soldador (recuerde: 25W máximo) en todas las terminales (figura 17) sin
pre-Soldado y Desoldado de Componentes SMD y BGA
Figura 15 - Compuestos químicos para soldar componentes SMD
Figura 16 - Primero se coloca un catalizador con un palillo para degradar el estaño.
Figura 17 - Luego se da calor a todas los terminales. Figura 18 - Posteriormente se levanta el C.I.
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ocuparnos de que se vaya a enfriar el estaño. Una
vez que “pasamos” el soldador por todos los termi-nales levantamos suavemente el componente por un extremo usando un destornillador de relojero pequeño (figura 18).
Este proceso no es para nada difícil y el compo-nente se desprende “como por arte de magia”. Una vez que retiramos el componente podemos com-probar que no se produjo ningún daño en el circuito impreso (figura 19).
Lógicamente, tanto en el integrado como en la placa de circuito impreso quedan residuos de la “pasta” que se formó con el estaño y el catalizador.
Para retirar esos residuos, colocamos flux
antioxi-dante en una malla desoldadora, tal como se mues-tra en la figura 20 y retiramos todos los restos, pasando la malla y el soldador tanto sobre el cir-cuito como sobre la placa de circir-cuito impreso (figura 21).
Con un cotonete embebido en alcohol isopropílico, limpiamos el área y queda listo para soldar un
nuevo componente (figura 22). Podemos recuperar los componentes retirados, pasando el soldador y la malla con el flux sintético antipuente sobre todos
los terminales del componente y limpiándolo con el alcohol isopropílico (figura 23).
El componente ya puede usarse nuevamente.
Montaje
Figura 19 - Quitado el componente debe observar que el circuito impreso no se
haya dañado.
Figura 20 - Coloque flux para retirar los residuos. Figura 21 - Retire restos de soldadura con una malla.
Figura 22 - Limpie el area a soldar con alcohol.
Figura 23 - Limpie los restos de estaño del componente con una malla.
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PROCEDIMIENTOESPECIAL PARARETIRAR
COMPONENTESPEGADOS ALCIRCUITOIMPRESO
En algunas oportunidades encontramos compo-nentes pegados al circuito impreso con pegamento epóxico ó con resina. Normalmente, los catalizado-res en venta en los comercios contienen sustancias capaces de retirarlos, para lo cual se debe seguir un procedimiento como el que describimos a conti-nuación:
Primero realizamos los primeros pasos que anun-ciamos en el procedimiento anterior.
Se coloca el catalizador en la malla desoldadora y la pasamos junto con el soldador sobre las termi-nales y las pistas del circuito impreso, hasta que hayamos retirado todos los residuos. Luego nos colocamos un lente con iluminación (para ver correctamente lo que hacemos) y usando un alfiler, movemos suavemente cada uno de los terminales, asegurándonos que estén desoldados. Si todos los terminales están sueltos, hacemos palanca suave-mente y el componente saldrá sin ninguna dificul-tad. Para finalizar, pasamos la malla y el soldador para quitar los residuos y limpiamos con un coto-nete con alcohol.
PROCEDIMIENTO PARARETIRARCOMPONENTES
CONVENCIONALESTIPOTHRU-HOLE
Nos referimos a terminales que están soldados en ambas caras del circuito impreso.
En ambas caras aplicamos los primeros pasos anunciados en el primer procedimiento. Colocamos
flux antioxidante a la malla desoldadora y pasamos
en una cara del circuito la malla y el soldador sobre los terminales y las pistas hasta retirar todos los residuos.
Hacemos lo mismo en la otra cara. Nos asegura-mos con el alfiler que los terminales estén sueltos y usando uno o dos destornilladores de relojero pequeño (según el caso) lo levantamos suave-mente. Una vez que retiramos el componente, observamos que no se haya producido algún daño en ninguna de las dos caras del circuito impreso. También en este caso pasamos la malla y el solda-dor hasta quitar todos los restos y limpiamos con el cotonete con alcohol, la superficie.
CÓMODESOLDAR YSOLDAR UNCOMPONENTETQFP
Describimos la experiencia de Ricardo Lugo al sol-dar y desolsol-dar componentes tipo TQFP (SMD de muchas patas) en base a un artículo tomado de Internet y que el Sr. Lugo coloca como referencia al final del artículo. Como ejemplo se explica como soldar un integrado en formato TQFP con 80 pines, un dsPIC 30F6014.
El método es autodidacta por lo que seguramente habrá alguna forma más metódica, profesional y rápida de hacerlo, pero así es como yo lo hago.
En mi experiencia no hizo falta un soldador con una punta superfina, ni una estación de soldadura pro-fesional ni cosas raras. Tampoco hizo falta usar estaño ultrafino. Evidentemente con herramientas de este tipo seguramente será más fácil, pero sue-len ser elementos caros.
Las herramientas que se utilizaron en esta expe-riencia son:
Un soldador Estaño de 1mm. Flux
Pinzas o pegamento de contacto + destornillador Detector de continuidad (multímetro)
Pinzas para sujetar la plaqueta, Lupa
En primer lugar limpie la placa PCB con alcohol iso-propílico (en especial las pistas de la placa). Es vital que no queden restos de resina sobre el cobre o de lo contrario la soldadura será imperfecta.
A continuación estañe la zona de las pistas que entrará en contacto con los pines del microcontro-lador. En esta maniobra procure que las pistas no se contacten por exceso de estaño.
A continuación limpie la punta del soldador, eche flux en la zona a soldar y recoja el sobrante de estaño con el soldador. Repita esta maniobra de limpieza hasta que sólo quede estaño en las pistas. Una maniobra más rápida para conseguir este pro-pósito es el siguiente:
1) Ponga la placa en posición vertical, puede suje-tarla con una pinza de puntas.
2) Estañe una fila de pistas sobre las que apoyará luego los pines de un lateral del microcontrolador. La fila que quiera estañar tendrá que estar en
posi-Soldado y Desoldado de Componentes SMD y BGA
Mont - Soldado de SMD 27/7/11 14:06 Página 29
