Приветствую, Хабр!
Сказать, что было сложно – это не сказать ничего грустный смайл… Много фото и много слез.
Все опытные образцы первых итераций своих проектов я паяю вручную, но в данной статье я опишу процесс пайки, пожалуй, одной из самых сложных разработанных мною плат. Сам процессорный модуль: CPU Rockchip RK3588, 2xLPDDR4 и несколько контроллеров питания PMIC. Стек платы вполне обычный – это 8 слоев с медью 18 мкм (плата 1,5 мм). Но есть нюанс или даже несколько. Во-первых, при проектировании модуля мне не удалось перейти на компоненты 0402, вместо 0201 (как рекомендует референс-дизайн), как я успешно делал это ранее на других CPU. Почему – немного позже. Во-вторых, проводники толщиной 0,076 мм и зазор 0,078 мм. В-третьих, дикое количество высокоскоростных интерфейсов (кому интересно может глянуть спецификацию на процессор). И тут я не утрирую, из корпуса BGA1088 на внешние разъемы я вытащил почти три сотни проводников, не считая внутренней трассировки (память, питание и т.д.).
Ниже картинка для понимания плотности трассировки (212 полигонов я скрыл).
Еще немного отвлекусь и объясню, почему все-таки не удалось под процессор поставить все компоненты 0402. На картинке ниже показано как расположены компоненты на BOTTOM платы (бордовые пары квадратиков – это контактные площадки (далее КП) компонентов). 0402 (желтый кружок) и 0201 (зеленый кружок). Расстояние между центрами КП корпуса 0201 чуть больше 0,5 мм. Я специально не стал скрывать переходные отверстия, а их под процессором около 800 шт. При изготовлении данной печатной платы была забивка переходных отверстий смолой, то есть, теоретически, я мог располагать компоненты прямо на переходных, но даже так мне не хватало места для необходимого количества 0402, так как все это объединяется в полигоны, которые начинают перекрывать друг друга.
В общем, пора заканчивать с описательной частью платы и переходить к пайке, а то тут можно отдельную статью написать рядом с этой по особенностям трассировки восьмислоек с рекомендациями из Поднебесной, расчетов импедансов и т.д. Кстати, у Rockchip довольно хорошая документация по процессору, в том числе в части трассировки (вплоть до указания необходимого количества переходных отверстий и рекомендованной площади полигонов питания, не говоря уже о стеках плат). Та еще тема …
Теперь плавно переходим к сути статьи. Первый вопрос, который возникнет у читателя: «Для чего?». Когда есть специальные производства, заточенные для сборки мелких серий и опытных образцов. 125к рублей нам озвучили за пайку двух модулей (Внимание! Ручной пайки!). Также есть некоторые нюансы передачи компонентов на производство. Например, не любое производство соглашается брать «огрызки» лент с компонентами, а предпочитает катушки. Оно и понятно, ведь нужно заправить это все в станок. Также сроки. Временные окна на пайку двух плат будут затратными для производства. На одном производстве нам вовсе отказали, сославшись на загруженность.
Безусловно, вторую итерацию будем паять уже только на заводе, но не эту. Мне необходима именно поэтапная сборка, так как возможны «косяки». Процессор и память я буду ставить в последнюю очередь – они самые дорогие из компонентов.
Самое сложное – это запаять BOTTOM. Тут самая высокая плотность компонентов и их довольно много (только конденсаторов 100 нФ 125 шт в корпусе 0201, 57 шт 1мкФ 0201 и т.д.). Габариты платы 70*70мм, а вот так выглядит обратная сторона под процессором.
Я не люблю, когда на платах нет шелкографии, поэтому всегда сохраняю все подписи компонентов. Если места не хватает, то делаю выделенные «островки», чтобы хоть как-то можно было найти компонент без САПРа.
Самые большие компоненты – это конденсаторы 0805. Остальное 0603, 0402 и, конечно, 0201. Трафарет не заказывался, так что мазать наносить паяльную пасту буду вручную (ну почти). Тут важен баланс. Много пасты – не видно КП, мало пасты – непропай, густая паста – тоже не видно КП, жидкая – едут компоненты (особенно при последующем нагреве). Поэтому я смешиваю паяльную пасту с флюсом. Пропорцию не скажу. Не из вредности, а так как делаю «на глаз», ориентируясь на необходимую из практики густоту. Также паяльные пасты изначально разные.
Обычно я использую только специальный шприц и пинцет. Пока больше ничего не нужно.
Уж намазал так намазал, как говорится. Как ни старайся, но КП все равно скроются и рассмотреть их будет очень сложно, но меня это не пугает смайл. Если фото увеличить, то станет только хуже, к сожалению.
Обычно я начинаю с расстановки компонентов средней величины. Если поставить сразу 0805, то потом будет очень сложно установить 0201. Руки могут дрожать с шагом не больше 0,5 мм, а иначе крах. А сразу расставить 0201 сложно, так как нет ориентиров (не забываем, что нанесена паста). Буду ставить 0402, далее 0603 и 0805, а 0201 оставлю «на сладкое». Резисторы ставить сложнее конденсаторов, так как их нужно еще перевернуть, а по «закону бутерброда» они все высыпаются из ленты не той стороной, а 0201 еще и липнут к пинцету сами по себе.
Тут я наставил уже все, кроме 0201 и вспомнил что не делал фото. И чем дальше, тем становится все сложнее не сдвинуть соседний компонент, устанавливая новый.
Теперь, чтобы понимать, о чем идет речь, продемонстрирую отличие размеров 0201 от 0402.
Да – это не просто дырочки в ленте – это резисторы 0201. Чувствуешь себя неловко, когда кто-то подходит к столу, а ты тыкаешь «пустым» пинцетом в плату.
Ладно. Найдем все конденсаторы в Altium 0201 100 нФ на BOTTOM. Картина удручающая. Уже в этот момент хочется все бросить и пойти плакать домой.
Кажется, что их не очень много, но их 125 шт. Считать на фото не нужно – Altium это уже сделал за нас. Отложим ровно необходимое количеств и не чихаем в процессе. Если отсыпать больше или меньше, то во время расстановки еще придется считать сколько поставил и не забыть это число, даже если отвлекся на обморок кофе (ну или записать). Обидно, когда «все» поставил, а у тебя еще лежит одинокий конденсатор, который ты пропустил (а может ошибся, когда отсыпал ...).
Ниже на фото я уже поставил конденсаторы и резисторы 0201, но еще не все. Думаю, я могу постить одни и те же фото, все равно разницы не видно.
Как говорил мой преподаватель в универе «Тут все равно как делать, главное ничего не перепутать». Также и тут – главное не ошибиться в номинале. Пока писал статью паста начала подсыхать, но зато перестало рябить в глазах. Нужно ускоряться. Если компоненты перестанут прилипать к пасте их сдует феном даже при малом потоке воздуха.
Ну как-то так. Увеличил фото как смог.
Разъемы модуля буду устанавливать уже после запаивания всех компонентов на BOTTOM. Шаг выводов у них всего 0,4мм. Чтобы все выводы не слиплись вместе необходимо «разнести» излишки припоя равномерно по выводам (я это делаю соседними компонентами 0805 во время запаивания).
Вот сижу я, расставляю компоненты и думаю, что слипнутся у меня все они в один большой комок, когда я их начну греть. Будет весело. У меня есть ИК станция нижнего подогрева, но я ее использовать не буду, так как когда флюс разогреется, а паяльная паста еще нет – все поплывет.
Паять буду на видавшей виды подставке. Прогревать начну места под DDR и когда
немного испарится флюс и компоненты прилипнут, перейду на пассив под
процессором. Температура ~420 град (не забываем, что не все фены греют
одинаково) и почти минимальный поток воздуха.
Если Вы вдруг подумали, что самое сложное – это расставить компоненты, то нет. Самое сложное – это все пропаять. Пинцет между компонентами уже не вставить, то есть чтобы схватить и поправить компонент (а поправлять придется каждый) необходимо крутить плату. Компоненты встают вертикально, склеиваются, едут и т.д.
Когда все пропаял и уверен, что компоненты не отвалятся от платы в
ультразвуковой ванне, необходимо нажать волшебную кнопку «3» в Altuim и убедиться, все ли компоненты на месте и правильно расположены. Чтобы
не было как с яблоком и половинкой червяка – заглянул в УЗ ванну после отмывки,
а там компоненты лежат.
Далее отмываем и смотрим результат.
Выглядит весьма неплохо. Я еще немного подровняю компоненты, если что-то замечу и можно приступать к другой стороне.
Так как я одновременно паял и писал статью (пока свежо в памяти, так сказать) одна сторона у меня заняла около 4 часов. На стороне TOP компонентов 0201 нет и там дело пойдет быстрее. Думаю, одну такую плату спаять за день вполне реально.
UPD1. Так выглядит пайка разъемов с ИК подогревом. Сверху грею феном не более 320 град., снизу 380 град. Тоже нюансы: дать больше снизу - начнет выгибаться разъем, сверху - начнет плавиться.
UPD2. Вторая сторона вообще за 1,5 часа вместе с мойкой.
UPD3. Вот и все готово, друзья. Остался запуск и проверка.
На этом, пожалуй, закончу. Думаю – это все, что я хотел написать в этой статье.
Спасибо за внимание! Больших Вам компонентов!
