פעם אנשים היו מתלוננים על רכיבים שאין להם גרסת DIP לעבודה עם מטריצות. כיום, יותר ויותר רכיבים לא קיימים אפילו בגרסת SMD כלשהי עם רגליים. איך, אם בכלל, אפשר להתמודד עם רכיבים כאלה באמצעים ביתיים? הנה דו"ח על הניסיון הראשון שלי להלחים ג'וק במארז QFN.

אם תכננתם פעם PCB למערכת שכוללת מד תאוצה, מצפן דיגיטלי וכדומה, בטח שמתם לב שכמעט בלתי אפשרי להשיג רכיבים כאלה במארזים עם רגליים. כמעט כל הדגמים הקיימים בשוק הם במארזי QFN או, עוד יותר גרוע, LGA. עד כה לא היה לי צורך להתמודד עם הלחמה של רכיבים כאלה, אבל ברור שיום אחד יגיע איזה QFN שלא אוכל להתחמק ממנו, וכדאי שאהיה מוכן.

אז בשביל האימון הזמנתי חמישה ATtiny85 במארז QFN (גודל 4×4 מ"מ, גובה 0.75 מ"מ, עשרים פינים בריווח 0.5 מ"מ + פד מרכזי) וכן מספר יחידות של PCB מתאם מהסוג הנכון ל-DIP. לשמחתי שתי החבילות הגיעו ביחד, כך שיכולתי לגשת לעבודה מייד.

חוץ מהזערוריות שלהם, ל-QFN כאלה יש שני מאפיינים שמקשים על הלחמה לעומת רכיבים עם רגליים. ראשית, בגלל המבנה של הפינים, אי אפשר להבטיח מגע ישיר של ראש המלחם בהם, מה שמגדיל מאוד את הסיכוי להלחמות רופפות ואפילו לנתקים. שנית, הפד המרכזי בצד התחתון של הרכיב הוא בלתי נגיש. יש לוחות PCB עם חור גדול למדי בדיוק מתחת לרכיב, שמאפשר להגיע לפד הזה עם השפיץ של המלחם. לצערי, בלוחות שהזמנתי היו רק ארבעה חורים קטנטנים שלא מאפשרים מעבר בדיל. בדרך כלל גם אי אפשר לוותר על הלחמת הפד, כי הוא חיוני לפיזור חום, או כחיבור לאדמה.

טכניקה ראשונה: Solder Paste

את ההלחמה הראשונה ביצעתי בעזרת Solder Paste של חברת Chip Quik, מהסוג שאינו צריך להישמר בקירור. זהו יתרון חשוב ומשמעותי למי שמשתמש בו, כמוני, בכמויות קטנות ולעתים רחוקות יחסית. הוא לא מתייבש, ולא צריך לחשוש שהילדים יבחינו בו במקרר וינסו לטעום. מרחתי קצת (מאוד!) מהמשחה הזו על כל הפדים שב-PCB, באופן אחיד ככל שיכולתי (אין לי סטנסיל מתאים). הנחתי את הג'וק בזהירות וחיממתי את הלוח כולו בעדינות מלמטה בעזרת מתקן אוויר חם, שישראלים רבים מתעקשים לבטא את שמו כ-blAwer, אף על פי שזהו blOwer.

הבדיל נמס ונראה היה שהוא מתחבר לרכיב, אבל בבדיקה בזכוכית מגדלת הסתמן שלא כל הפינים קיבלו מספיק בדיל במקומות הנכונים. שמתי קצת פלאקס דביק (שוב, של Chip Quik) ועם ראש המלחם הכי עדין וחד שיש לי עברתי על שולי הרכיב כדי לשפר את החיבורים. ניקיתי את הלוח עם מגבון אלכוהול ומברשת, בדקתי בעזרת מולטימטר שאין קצרים בין פינים סמוכים – את זה קל לבדוק על החורים בריווח DIP שבלוח – והסתכלתי שוב בעין שהכול נראה בסדר.

ה-Datasheet של ה-ATtiny85 מדגיש שבמארז זה, חובה לחבר גם את פין 8 וגם את הפד המרכזי לאדמה. ה-PCB שהזמנתי הוא כמובן גנרי ולא כולל חיבור כזה, אז נאלצתי לאלתר ולגשר בין רגל ה-DIP של פין 8 לבין אחד משני החורים הצדדיים על הלוח, שמתחברים לפד המרכזי:

הוספתי גם קבל 0.1uF לייצוב אספקת החשמל ונגד 47K לפין ה-RESET, וכעת הגיע רגע האמת – לחבר את הלוח לאספקת חשמל ולצורב ולבדוק אם המחשב יכול לזהות את המיקרו-בקר. הוא לא הצליח.

וידאתי שהחוטים מחוברים היטב ולמקומות הנכונים, ושכל ההגדרות בתוכנה מתאימות, אבל הצורב קיבל שוב ושוב מזהה לא חוקי. אחרי כמה ניסיונות עקרים בדקתי מה קורה אם אני לוחץ באצבע על הרכיב תוך כדי ההתחברות – ואז זה הצליח. דבר כזה מוכיח ב-99% מהמקרים שהבעיה היא נתק או מגע גרוע באחד הפינים. חימום חוזר מלמעלה עם אוויר חם לא הספיק כדי לפתור את הבעיה, אך מעבר נוסף עם מלחם על השוליים, עם פלאקס ועוד טיפה בדיל רגיל, עשה את העבודה. אחרי ניקוי חוזר (כי שיירי הפלאקס נהיים דביקים ומגעילים אחרי כמה זמן), ה-ATtiny85 זוהה והצלחתי להעלות אליו קוד.

טכניקה שנייה: בדיל רגיל

את הרעיון הזה לקחתי מסרטוני הדרכה ביוטיוב, והוא דומה לקודם, פרט לכך שבמקום Solder Paste מצפים את הפדים שעל ה-PCB בבדיל רגיל עם מלחם רגיל. מצד אחד זה ייצור "תלוליות" קטנות שיגביהו את הג'וק לפני שלב החימום ולא בטוח שכולן יהיו באותו גובה. מצד שני, הסיכוי שעל כל פד תהיה כמות מספקת של בדיל גדול יותר.

בהתאם להמלצות ביוטיוב התחלתי בניקוי של הפדים, אחר כך הוספתי קצת פלאקס (הפעם נוזלי "רגיל", עם עט של Chip Quik שממנו אני פחות מרוצה), ואחר כך בדיל עם מלחם. הפדים ההיקפיים קלטו כמות זעירה אך אחידה של בדיל, ואילו הפד המרכזי נשאר עם גבעה קטנה של בדיל במקום שבו המלחם עזב אותו. אחרי כמה ניסיונות כושלים עם המלחם, שיטחתי קצת את הבדיל על הפד המרכזי עם אוויר חם – גם לא מושלם אבל יותר טוב מכלום.

הוספתי עוד פלאקס מהעט, כיוונתי והנחתי את הג'וק בתשומת לב, והתחלתי לחמם אותו עם אוויר חם מלמעלה. כעבור כשנייה נשמע מין "פּיץ!" כזה, הג'וק זינק באוויר, עשה חצי סלטה ונחת על הגב במורד ה-PCB. כנראה נלכד קצת אוויר בין הג'וק לבדיל או לפלאקס, והבועה הזו התנפחה בחימום והתפוצצה.

או-קיי… חזרתי לפלאקס הדביק, מרחתי אותו בזהירות על כל הבדיל תוך שאני משתדל לא ליצור שקעים לבועות פוטנציאליות, הצבתי שוב את הג'וק, הרכבתי משקפי מגן וחיממתי. הפעם זה עבר חלק לגמרי. אני אמנם לא יכול לראות מה קורה למטה, בחיבור לפד המרכזי, אבל דרך זכוכית המגדלת נראה שכל הפינים הולחמו מצוין, הרבה יותר טוב מאשר בטכניקה הקודמת.

כמו קודם, הוספתי את הגשר לאדמה, הקבל והנגד, חיברתי לחשמל ולצורב, ו… לא עובד. גם הסיבה לכך הייתה כמו קודם. בבחינה מדוקדקת מאוד הסתבר שההלחמה היפה הייתה רק אשליה אופטית: הפדים והפינים קלטו קצת בדיל והיו מבריקים ויפים, אבל לא באמת נגעו כמו שצריך זה בזה. נדרש עוד מעבר עם פלאקס דביק, מלחם ובדיל כדי לתקן את כל הפגמים, ואחר כך המיקרו-בקר התעורר לחיים.

מסקנות

בסופו של דבר, בזוג הניסיונות הזה לא היה הבדל משמעותי בין ה-Solder Paste לבדיל הרגיל – בשני המקרים הייתי צריך להוסיף ידנית בדיל למגעים. אני מניח שעם מספיק אימון אפשר לדאוג לכמות מספקת מלכתחילה, ואני מתכוון להמשיך להתאמן בקרוב.

למרות התקלות, ההלחמה של QFN הייתה קלה להפתיע. לדעתי, מי שהצליח להלחים רכיבי SMD עם פינים בריווח קטן מ-1.27 מ"מ (שזה SOIC סטנדרטי) לא יתקשה לעבוד גם עם QFN… אך בתנאי שהוא משתמש בחומרי הלחמה איכותיים ובכלים מתאימים. בלי פלאקס איכותי ובדיל טוב, מלחם עם שפיץ חד וזכוכית מגדלת ראויה לשמה, כל עבודת הלחמה כזו יכולה להפוך בקלות לסיוט.

עד שאמשיך באימונים… האם אתם מכירים שיטה טובה יותר להלחמת QFN באמצעים ביתיים סבירים? שתפו בתגובות!