Мастеркласс: Пайка корпуса SOT-23 (SMD) в выводные монтажные отверстия (вариант решения)

Корпус SOT-23 в зажимеВведение

Корпус SOT-23 (Micro3), с тремя короткими выводами, обычно используется для транзисторов.
Его размеры: 3 х 1,75 х 1,3 мм. (вот такая «микроба»!)
Предназначен только для поверхностного монтажа (SMD).

Цель

Но иногда бывает так, что радиоэлемент с требуемыми характеристиками — присутствует только в корпусе SOT-23, по технологическим причинам.

Например: требуется чувствительный МОП-транзистор, управляемый низкими напряжениями (т.н. «logic-level»), с низким сопротивлением и большим пропускаемым током в открытом состоянии (используются для цифровых ключей, в импульсной электронике).

Радиоэлементов выпускаемых в корпусе SOT-23 много и они очень вкусные по характеристикам. Однако, если вы не разводите свою плату, как хотите (и как удобно), а стоит задача:

  1. Отремонтировать существующую схему, заменив транзистор в корпусе «с выводами» (TO-92?) его доступным (лучшим) аналогом;
  2. Или вы моделируете схему на макетной плате («breadboard» или «с монтажными отверстиями под пайку»);
  3. Или вы неопытный радиолюбитель и лепите на соплях (объёмным монтажом) некий каскад, который не был предусмотрен схемой ранее… а плата уже разведена и распаяна? /* мой случай, впоследствии сподвигший написать этот мастеркласс */

Итак, случаи бывают разные… Но выход один: требуется запаять миниатюрный SOT-23, без выводов, в монтажные отверстия, размеры которого сравнимы со всем корпусом SOT-23 (например, расстояние между отверстиями макетной платы составляет 2,54 мм).

Замечу ещё, что МОП-транзисторы очень боятся статического электричества (см. «шапочка из фольги»), особенно низковольтные и миниатюрные модели (у них малая ёмкость Затвора, и меньше порог пробоя/»Breakdown Voltage»)!
Примечание: В корпусах типа SOT-23 также встречаются «диодные сборки» и «биполярные транзисторы» — но с ними гораздо проще, в плане статического электричества: менее чувствительные.
(с) М.И.Горлов — «Статическое электричество и полупроводниковая электроника»

Думаем

По datasheet на МОП-транзисторы (у разных моделей — примерно одинаковое соотношение):
Idss (Drain-to-Source Leakage Current) > 1000*Igss (Gate-to-Source Forward Leakage)
где Idss = 1..100мкА, Igss = 1..100нА.

Поэтому убить МОП-транзистор, грубо обращаясь с его «Затвором» — в 1000 раз проще, чем лапая его за «Сток/Исток»! Нежный у него Затвор…

Вывод: Значит, припаивать вывод Затвора/Gate у полевого транзистора — нужно в самую последнюю очередь, когда его Сток/Drain и Исток/Source уже будут подпаяны, и потенциалы транзистора-платы-человека уже будут уравнены. А до этого, дотрагиваться до Затвора вообще нельзя!

А вот на вопрос: «Что следует паять раньше: Сток/Drain или Исток/Source?» — ответить гораздо сложнее…

Вопрос: Зарядом какого знака чаще всего электризуется тело человека?
Ответ: Разным! «Статическое электричество широко распространено в обыденной жизни. Если, например, на полу лежит ковер из шерсти, то при трении об него человеческое тело может получить электрический заряд минус, а ковер получит заряд плюс. Другим примером может служить электризация пластиковой расчески, которая после причесывания получает минус заряд, а волосы получают плюс заряд…» (с) Википедия / статья «Статическое электричество»

У МОП транзисторов имеется встроенный «защитный диод»:

  1. В N-канальных МОП он пропускает положительный заряд в направлении: Исток/Source -> Сток/Drain.
  2. В P-канальных МОП он пропускает положительный заряд в направлении: Сток/Drain -> Исток/Source.
  3. Но отрицательный заряд в N-канальных МОП он пропускает уже в обратном направлении: Сток/Drain -> Исток/Source.
  4. B отрицательный заряд в P-канальных МОП он пропускает также в обратном направлении: Исток/Source -> Сток/Drain.

Следовательно:
Если вы, перед процессом пайки, походили по ковру и погладили кошку, то ваше человеческое тело получило «отрицательный» электрический заряд…
И вы собираетесь припаять МОП транзистор P-канального типа…
К плате, которая скорее всего заряжена «положительно», относительно вашего тела…
А паять мы будем незаземлённой паяльной станцией, хоть и с развязанным от сети по питанию, низковольтным паяльником (простые паяльники тут однозначно не катят, даже с терморегуляцией — тут режим нужно тонко соблюдать!)
То по Фэншую, скорее всего, звёзды будут благоволить, припаять первым «что?»
Мутно, правда?..

Поэтому, не важно что паять раньше (Сток/Drain или Исток/Source)!
Важно придерживаться, при этом, некоторых правил…
Но, для себя, я всё-таки решил: первым всегда паять Исток/Source, потому что к нему подключена Подложка — основа МОП-транзистора. (не могу обосновать, чем это эффективнее)

Паяем

Значит, первым делом, снимите с себя всю одежду и обернитесь в рубище из 100% х/б-ткани, а лучше — рулоном кухонной фольги (как космонавты).
Затем, одеваем шапочку из фольги (лучше «антистатический браслет») и заземляемся за батарею (если таковые есть)…
Если нет — то заземляемся за трубопровод (шутка).

Шаг 1)

Готовим три отрезка монтажного провода достаточной длинны (я предпочитаю МГТФ) — это будут «выводы» к нашему SOT-23 корпусу.

(Примечание: фотки кликабельны и ведут на полноразмерное изображение…)
Готовим три отрезка монтажного провода

Зачищаем их с обеих сторон: со стороны припаиваемой к корпусу SOT-23 — зачистить совсем чуть-чуть, буквально на миллиметр.

Если данный элемент будет использоваться в макетной плате типа «breadboard» (предназначенные для DIP-компонентов, позволяющие устанавливать их без пайки) — то с другой стороны, на провода следует сразу напаять жёсткие штырьки (рекомендую использовать контакты из планки «Межплатного штыревого соединителя ZL2019»: длиной 19мм).

Замыкаем концы этих отрезков между собой, со стороны которая впаивается в плату, и фиксируем крокодильчиком. (потенциалы уравнены!)

Шаг 2)

Берём тонким пинцетом (не руками), выковыриваем из пластиковой ленты, корпус SOT-23. И зажимаем его в «третьей руке», следующим образом:

Зажимаем корпус SOT-23 в 'третьей руке'

На паяльник одеваем «игольчатое жало», предназначенное для пайки нежных (нетеплоёмких) корпусов SMD — это штатное жало в большинстве паяльных станций, которым я никогда не пользовался с момента покупки своего Lukey (ибо оно неудобное, неэффективное для всех других видов пайки), но вот тут впервые понадобилось…

Подготовка завершена.

Шаг 3)

На паяльной станции устанавливаем небольшую температуру — определять экспериментально, чтобы только припой паялся (на моём Lukey было 330 градусов, но это ничего не значит для вас, ибо они не калиброваны).

Проводочек в левую руку, паяльник в правую — и далее, как обычно… Пользуйтесь флюсом. Я паял обычным свинцовым припоем («ПОС-63/37») и флюсом «К-565» (безотмывочным) — здесь особые технологические зверства не нужны.
Главное, не перегревайте контакты SOT-23! Контакт паяльника с распаем: до 3сек, затем отводите, дайте остыть — если не пропаялось, то опять флюсуем и греем, повторяем…
Важно, подпаивать выводные провода: укладывая их параллельно, пучком.

Проводочек в левую руку, паяльник в правую - и далее, как обычно...

Порядок припаивания выводов: сначала Исток/Source, затем Сток/Drain, наконец Затвор/Gate.(Напомню: другие концы этих проводков, в этот момент, замкнуты между собой крокодильчиком.)

При этом, сам корпус SOT-23 руками не трогаем — контачим только проводами и паяльником! Если нужно поправить положение корпуса в зажиме — работаем пинцетом.
А вот за другие металлизированные предметы на рабочем столе — хвататься голыми руками можно и нужно, для уравнивания их зарядов между собой, почаще, причём лучше одновременно за всё: за держатель «третью руку», за дорожки целевой платы-макетки, за жало паяльника (за последний, впрочем, «на ваш страх и риск» ;).

Шаг 4)

Всё, наш корпус SOT-23 стал «выводным». Теперь с ним следует обращаться как и с другими выводными МОП-транзисторами.

  • Монтаж «выводного корпуса SOT-23» в целевую плату — также рекомендую осуществлять в порядке: сначала подключать/подпаивать Исток/Source, затем Сток/Drain, наконец Затвор/Gate…
  • Прикрепляя очередной контакт к плате (пайкой или вставляя в разъём, не важно) — беритесь за его оголённый [зачищенный] конец, при этом также, держа пучок оставшихся выводов в [другой] руке. Это гарантирует отсутствие напряжений между электродами МОП-транзистора, и его выживаемость, при монтаже.
  • А всё другое время — держите выводы МОП-транзистора замкнутыми между собой в пучок (все приличные фирмы так и продают/пакуют свои МОП-транзисторы: приклеенными на проводящую фольгированную ленту).

Всё, наш корпус SOT-23 стал 'выводным'

Всё, наш корпус SOT-23 стал 'выводным' (крупный план)

Можно (рекомендую) на кончик проводов с транзистором насадить термоусадку — чтобы заизолировать и увеличить прочность конструкции (потому что, провода дёргать никак нельзя — они держатся очень слабо и на нежных выводах SOT-23). Только перед этим, обязательно, впаяйте транзистор в целевую плату, или промаркируйте проводочки каким-то образом: где там Исток/Source, Сток/Drain и Затвор/Gate? (А то иначе, потом не разберётесь как его в схему тулить.)

Замечу однако, что данный приём (монтаж корпуса SOT-23 на висящих проводках) нарушает режим теплообмена транзистора: предназначенного быть припаянным к телу печатной платы, и отдавать ей тепло непосредственно. Будучи висящим на проводках, а особенно спелёнатый в термоусадку — транзистор будет перегреваться! Поэтому рассчитывайте на режим пропускаемого через него тока: не более 1/10 от номинального по datasheet (такова жизнь)…

Цель достигнута!
Всем, спасибо.
Пожалуйста, критикуйте и дополняйте своим опытом.

Смотри также

Новичкам рекомендую также посмотреть другие распространённые технологии/приёмы ремонта электронных плат:

  • Breakout board (врезка) — маленькая печатная плата, реализующая ограниченные и специфические функции (как правило, несущая малое число электронных компонентов), и подключённая к основной плате монтажными проводами, разъёмным или паянным соединением.
  • «Мёртвый жук» (Dead-Bug Style) — в радиолюбительских конструкциях, это способ ремонта или сборки навесным монтажом, при котором Микросхемы (и другие электронные компоненты) прикрепляют, в свободном месте, к печатной плате вверх выводами, и соединяют их затем гибкими монтажными проводками с узлами целевой схемы. Такой стиль монтажа на жаргоне радиолюбителей называется «мёртвый жук» («Dead-Bug»).

А также, про исторически сложившиеся технологии изготовления/сборки электронных схем:

  • Навесной монтаж (Point-to-point construction) — этот ручной метод сборки электронных схем был распространён в прошлом веке (до 50—60-х годов), до эры широкого распространения печатных плат (PCB) и появления технологий автоматизированной сборки схем (специальными станками-роботами). Тем не менее, этот метод ещё используется и в современное время, в некоторых электронных схемах — для монтажа крупногабаритных компонентов: Электронных Ламп (в звуковых усилителях), Дросселей и Трансформаторов (в мощных источниках питания), Электромоторов (в робототехнике) и т.п.
  • Технология монтажа в отверстия (Through Hole Technology, THT), также называемая «штырьковым монтажом» — является родоначальником подавляющего большинства современных технологических процессов сборки электронных модулей. В настоящее время технология монтажа в отверстия уступает свои позиции более прогрессивной технологии поверхностного монтажа, в особенности там, где требуется высокая технологичность, миниатюризация изделий и хорошие слабосигнальные характеристики. Но тем не менее, есть области электроники, где технология монтажа в отверстия по сей день является доминирующей: силовые устройства, блоки питания, высоковольтные схемы мониторов и других устройств, а также области, в которых из-за повышенных требований к надежности большую роль играют традиции, доверие проверенному, например, авионика, автоматика АЭС и т.п.
  • Поверхностный монтаж (Surface-mount technology, SMD) — Современная прогрессивная технология сборки электронных схем на печатных платах, которая позволила на порядки миниатюризировать размеры электронных компонент и увеличить плотность монтажа («SMD-компоненты» имеют свои формфакторы, отличные по форме и размеру от «выводных компонентов»), а также широко использовать станки-роботы для автоматизированной сборки таких схем…
  • Макетная плата («Breadboard» или «Protoboard») — универсальная печатная плата для сборки и моделирования прототипов электронных устройств. Макетные платы подразделяются на два типа: для монтажа посредством пайки и без таковой (последние, имеют отверстия с подпружиненными контактами, гальванически соединённые между собой группами, в которые вставляются и самофиксируются ножки выводных элементов).

Комментарии закрыты.