焊接LQFP48 和 LQFP64 封裝的芯片的記錄

記錄一下焊接LQFP48 和 LQFP64 封裝的芯片的過程

動機

想測一下STC8系列的芯片, 因為同型號的管腳功能基本是相同的, 大封裝的可以cover小封裝, 而DIP40封裝的現在基本買不到, 能買到也是貴得離譜, 所以就打算買LQFP封裝的自己焊.

芯片實物

到貨了兩片 STC8A8K64S4A12 LQFP64, 兩片 STC8H3K64S4 LQFP48. 圖里看着挺大, 其實大的邊長是10mm, 小的邊長是6mm, 管腳間距是0.5mm, 如果手里有 STM32F103C8T6 可以對比看看, STM32F103C8T6 就是 LQFP48 封裝的.

第一次焊接

以前沒焊過管腳這么密的芯片, 焊接前還是做了不少功課的, 上網看了不少教程和視頻, 對各路大師流暢的拖焊技術贊嘆不已.

實際測試其實沒那么容易.

准備的工具

調溫電烙鐵, 助焊劑(中性), 吸錫線

助焊劑二, 這種不能用, 這個是酸性焊劑, 留存的焊劑會帶導電性的, 吃虧長記性

步驟

首先第一步是對齊並固定管腳, 這個沒問題

然后學着視頻上的, 先在四面管腳堆一些錫, 這個也沒問題.

到了關鍵一步, 要將這些多的焊錫拖出去, 就沒那么容易了. 我用的是較窄的刀頭, 對於堆積在管腳上的錫, 不論你怎么划怎么抹, 它就是留在那里, 絲毫不會跑到你的烙鐵頭上. 這里有一個問題是烙鐵頭的吃錫能力, 這是視頻里沒提到的, 需要有很好的助焊劑, 烙鐵頭清理->上助焊劑->上錫, 讓烙鐵頭的工作面均勻覆蓋一層錫, 它和焊盤形成的空隙才能吸納熔化的錫. 並且你的烙鐵頭平面要足夠大, 才能吸錫, 像尖頭彎尖頭在這種場合效果都不好. 視頻里大部分都是用馬蹄形烙鐵頭演示的, 因為馬蹄形不僅面大, 中間還凹, 吸錫能力最強.

我的問題是沒有好的助焊劑, 手頭只有松香, 一小瓶金雞助焊膏, 還有一盒中性的固體焊油.

松香因為是固體, 並且高溫長時間加熱下容易碳化不易清理, 所以在這種管腳很密的場合不敢用; 金雞助焊劑平時用還是可以的, 上錫能力僅次於松香, 但是, 這東西應該是帶酸性的, 用它焊東西, 會從金屬交換出離子導致電路之間導通; 中性固體焊油, 這種油就僅僅是油, 用來均勻導熱避免芯片局部受熱溫度過高, 助焊能力幾乎為0.

經過幾次清理烙鐵頭嘗試將管腳上堆的錫抹去, 能去掉一些, 但是還有大量連在管腳間的錫無法去除. 沒辦法我就用了吸錫線, 吸錫線其實不是那么容易使用, 首先它不是說烙鐵頭按着它壓在錫上就能把錫給吸走, 它也得看不同情況, 有時候一點錫都不吃. 首先得有助焊劑, 然后溫度得夠高, 因為隔了個吸錫線, 溫度不調高一點錫熔化不了.

我這里犯了兩個錯, 第一個錯是用了金雞助焊膏, 錫是吸起來了但是留下了大隱患下面會說. 第二個是吸錫線移動應該順着管腳方向, 我是垂直着管腳方向抹了, 這個造成了一個邊上的管腳被掰彎了.

中間費了不少時間, 最終是將錫清理干凈了, 管腳之間也沒有短路(用萬用表通斷測的, 這里又是另一個坑, 下面會說). 那個掰彎的管腳和相鄰的管腳粘在了一起, 所以最后是用尖頭的烙鐵一邊加熱一邊掰回來了. 后來用熱風焊拆開的時候發現, 其實這一掰把下面這個管腳的焊盤都給掰松了.

檢查各個管腳間沒有短路后, 就開始焊排針, 最后按照STC8A的手冊, 在VCC和GND之間加了個103的瓷片電容.

然后就是上機測試. 測試的過程頗費周折. 對STC89, STC12, STC15系列還是很熟悉的, 上電后識別和刷寫很快, 也很少出錯, 但是這次測試卻發現, 大概率識別不出來. 要經過多次嘗試, 並且只斷開VCC不夠, 可能要VCC+GND一起斷再同時連, STC-ISP才能識別. 感覺有問題. 刷寫程序測試也是很費勁, 嘗試了十幾次, 才成功寫入一次.

后來發現了問題, 就是在STC-ISP啟動Check MCU或者Download的時候, USB2TTL的TX燈和RX燈都是亮的, 而且RX燈亮度還大些, 正常講, 此時應該有TX, 不應該有RX. 后來斷電查了下這些管腳間的阻值, 發現TX和RX之間阻值只有560R. 這個通過通斷是測不出來的, 所以之前沒有發現. 懷疑有之前焊接留下的油或者焊渣, 嘗試用紙擦, 用裁紙刀清理管腳間隙, 清理完阻值會變回12KR左右, 此時連接能較容易成功, 但是很快阻值又會恢復回原來的560R. 進一步測量, P5.5和GND之間阻值甚至只有10R, 其它還有幾處阻值也是明顯偏小. 開始懷疑是助焊油的問題. 只能拆了清理重新焊了. 只是希望芯片本身沒有被折騰壞.

第二次焊接

先拿熱風槍把芯片吹下來. 注意這種芯片操作前, 都得加助焊油, 避免局部過熱. 用紙和裁紙刀, 將芯片管腳間殘留的金雞助焊膏清理掉, 這個助焊膏顏色比較深, 清理完量了下幾個管腳VCC, GND, RX, TX之間的阻值, 都在0.5MR以上, 說明芯片本身還是好的.

清理焊盤, 這個費了不少時間. 用吸錫線將焊盤拖了一遍, 基本上沒有臟東西了, 保險起見, 對空PCB板的各個管腳間阻值測了一下, 發現好幾個管腳之間有阻值! MR以上的就算了, 還有幾KR, 幾十KR的, 然后又是針挑刀划紙擦. 紙擦也是個坑, 幾次發現, 紙擦完, 阻值還變小了, 猜測原因是紙摩擦焊盤時, 會把焊盤上的錫帶出一些粉末, 這些粉末分散在焊盤間增加了導電性. 后來就不敢用紙了. 用中性焊油加烙鐵帶一遍, 把可能存在的錫粉帶走. 另外把103的電容拆掉, 這個電容直接導致VCC P5.5 GND三個腳之間阻值異常, 把電容拆掉后就正常了, 但是單獨測量電容也沒有問題, 沒找到具體原因. 處理完后除了還有一兩處存在8MR左右的阻值, 其它都是0R了.

先嘗試將這個LQFP64的焊回去. 這次焊接吸取了之前的教訓, 焊接比較成功. 這是焊好的芯片

后面焊接其它三個芯片, 以及上排針, 就輕松多了. 焊接本身不用多少時間, 十分鍾之內, 主要是焊完后多次測量校驗比較費時.

總結

焊接LQFP封裝芯片的經驗教訓

1. 一定要使用中性焊劑, 如果用錯了焊劑, 只能報廢或者返工了.
2. 烙鐵用刀頭就可以, 不需要用尖頭
3. 烙鐵溫度設置在290到310度之間, 不能太高. 溫度只要控制在310度以內, 勤給油, 芯片出問題的概率就很小.
4. 焊盤先點上焊油, 焊油的作用是增加芯片與焊盤之間的粘性, 因為芯片很輕, 如果不上焊油, 即使對齊了也很容易被各種微小傾斜造成錯位.
5. 管腳對齊時, 要觀察管腳正對自己的這面是否對齊, 需要旋轉焊盤觀察, 確保四面管腳都在正中, 單靠觀察一面是不夠的, 不同的光線在不同角度很容易造成錯覺.
6. 對角固定, 用刀口帶一點點錫, 慢慢靠近邊上的管腳, 因為有焊油, 烙鐵移動后能清楚看到加熱的情況. 手可以不參與固定. 對齊固定一定要做好, 這是后面所有操作的基礎
7. 固定好之后, 用烙鐵給四面的管腳上錫, 這里要注意:
   1. 上錫的方向是, 刀口與芯片邊緣平行, 與管腳垂直, 貼着焊盤從外逐漸貼近管腳邊緣, 這樣刀口上的錫會被分散到多個管腳上. 撤的時候從內往外拖, 如果管腳已經吃上錫, 能看到帶出的錫條.
   2. 錫給的越少越好, 多給的每一點錫, 將來都要特別費勁的去除, 不如一開始就控制到剛剛好
   3. 刀口給錫只給到管腳邊緣, 這種封裝, 管腳根部是管腳間隙最小的地方, 這里的錫連上了清理難度更大, 所以一開始就注意把錫控制在管腳邊緣
   4. 如果個別管腳不吃錫(其實沒碰到過這種情況), 刀口可以從管腳內側一點往外抹.
8. 對未吃上錫的腳, 重復上面的操作
9. 前后兩步都存在大量重復的工作, 注意勤加焊油, 避免局部過熱
10. 上一步完成后大部分管腳其實都已經OK, 要處理的是產生堆錫的腳, 這時候主要通過兩個方式
    1. 吸錫線. 剪掉前面的部分. 用新產生的斷面去貼近管腳, 再用烙鐵加熱. 如果不怎么吸錫, 可以加助焊劑, 或者在烙鐵上加一點焊錫絲並化開到吸錫線上, 這樣能加快烙鐵通過吸錫線傳熱, 並且已經有錫的吸錫線更容易吸走底下的錫. 吸錫線的移動方向最好是順着管腳, 避免把管腳帶彎.
    2. 烙鐵頭. 如果管腳間還存在大量的錫, 建議先用吸錫線. 烙鐵頭用在僅剩少量的錫但是管腳間還存在連錫的情況. 這時候先在管腳上添焊油, 把烙鐵頭清理干凈(直接用吸錫線擦烙鐵頭)后上助焊劑, 如果沒有好的助焊劑, 可以直接用焊錫, 烙鐵頭掛上一點焊錫后, 在吸錫線上擦一下, 這時候烙鐵頭的活性還是很強的, 貼在管腳上往外抹, 熔化的焊錫靠張力會自己收縮到管腳上, 斷開連錫. 這里要注意的兩點: 一個是焊油, 必須要有焊油, 二是烙鐵頭的活性, 不吸錫的烙鐵頭起不到收縮的作用.

檢查焊接結果

1. 不能簡單地通過萬用表通斷檔判斷是否連錫, 要看阻值.
2. 檢查相鄰管腳之間的阻值即可. 正常情況下, 焊接好后各管腳相鄰管腳之間的阻值不為0R, 但是也都是很大的阻值, 都是以MR為單位的
   1. 如果為0R, 要考慮是否虛焊, 點在管腳上測一下, 或者可能是二極管類線路, 交換表筆測一下
   2. 除了電源VCC, P5.5和GND這三個阻值稍小(可以調換表筆檢查, 阻值不一樣). 除此以外, 如果有出現1KR以內的阻值, 都要檢查具體原因

關於STC8A, STC8H芯片

其實不需要外接電容, 什么元件都不需要, 芯片自己就是最簡電路, 直接連USB2TTL的5V, RX, TX, GND就能識別, 下載和運行.

2021-11-04 更新

新買了35元/100g的BGA助焊膏, 還有一瓶洗板水, 又焊了4片新到的LQFP64, 這次比較順利, 這個助焊劑明顯更容易上錫, 看來焊這種密腳的芯片關鍵還是助焊劑要好.

有3片都是一次成功, 其中1片pin腳稍微有點歪但是貌似不影響. 遇到幾個情況

• 沒能一次成功的那片, 兩個pin腳間短路, 從外面看是不連着的, 短路的地方在pin腳內側. 試着加助焊膏用刀頭拖了幾次, 無效, 用吸錫線, 也無效. 后來都打算用熱風槍吹掉重焊了, 最后一試, 加了一大點焊錫把那一片的pin腳都浸住, 把板子豎起來, 刀頭配合助焊膏往下拖, 成功把里面的錫帶出來了. 總結原因是這面pin腳當時沒怎么拖, 直接用吸錫線處理的, 導致有一些錫沒吸干凈留在內側造成短路. 所以在拖錫處理時, 還是盡量用刀頭往外拖, 不行再上吸錫線
• 在這次新的助焊膏的幫助下, 刀頭確實容易將錫帶走, 往外拖的時候要注意不是用刀頭的尖角, 用往后一點的鈍角貼過去, 更容易將錫帶走
• 助焊膏還是要勤加, 熔化的錫在油多的環境更容易流動
• 焊錫不能太少. 之前擔心不容易吸走, 焊錫上的很少, 但是這樣容易虛焊, 有一片焊好后不小心掉下桌子, 后來上機測有幾個pin就得用手按着才有反應, 摔的時候焊錫少的那幾個pin脫焊了.

第一次焊失敗的那個8A8K64S4A12前幾天被我接錯線燒掉了, 本來打算將芯片吹掉PCB接着用的, 吹掉后測了一下空白板的pin腳間電阻, 基本都在1M左右, 所以就沒再用, 這個PCB已經被酸性助焊劑搞廢了.