Как паять светодиоды: разновидности, порядок действий и способы соединений

В качестве основного рабочего элемента систем освещения долгое время использовались лампы. Они пережили много этапов конструкционного и функционального развития, но сегодня переживают кризис, обусловленный жесткой конкуренцией с диодными кристаллами. Современные LED-светильники получили широкое распространение благодаря эксплуатационным качествам, которые, впрочем, имеют и негативные стороны применения. В процессе ремонта такого устройства пользователь может столкнуться с проблемой обновления вышедших из строя кристаллов. Вопрос о том, как паять светодиод, логично возникает, если один из кристаллов перегорел. Об этом будет свидетельствовать наличие черной точки на желтой поверхности элемента. И если в условиях заводской компоновки операция восстановления производится механизированным способом в поточном режиме, то в быту придется организовывать условия для ручной пайки.

Какие бывают виды светодиодов?

В большинстве случаев рядовые пользователи светотехнических устройств имеют дело с выводными светодиодами и более развитой конструкцией на базе SMD-кристаллов. Первые вводятся в цепь с помощью двух проводников и чаще всего служат как средство индикации различной аппаратуры – например, в автомобиле они выполняют задачи светового сигнализатора, работая от источника на 12 В. Непосредственно в системах освещения и подсветки чаще применяются SMD-диоды в безвыводных корпусах. Ввиду принципиально другой электротехнической компоновки на плате сложности скорее вызовет именно этот прибор освещения. Как паять SMD-светодиоды? Крепление осуществляется не через специальные отверстия как в случае с теми же выводными устройствами, а непосредственно на поверхность накладкой. Для этого предусмотрены специальные контактные площадки, которые необходимо запаивать поочередно, выдерживая корректность размещения диодов на плате. С одной стороны, такой подход упрощает технологию монтажа кристаллов, но с другой – требует большего внимания от исполнителя, так как приходится иметь дело с элементами миниатюрных размеров, компактно размещаемых на небольшом пространстве.

Подготовка к работам

В рамках подготовительного процесса должно быть решено несколько задач. Главная из них заключается в зачистке рабочей поверхности и, при необходимости, демонтаже сгоревшего диода. Старые элементы лучше всего убираются маломощными паяльниками на 25 Вт после облуживания кончика до необходимых размеров, что позволит удобно произвести термический срез. Далее особое внимание уделяется поверхности. Лаки и всевозможные технические покрытия должны быть также устранены механическим способом – например, зачищены строительным ножом. Теперь другой вопрос – как паять светодиоды на алюминиевые платы? На этот случай будет не лишним подготовить особый флюс для конкретного металла или же использовать универсальный оловянно-свинцовый припой. Что касается выбора паяльника, то в высокой мощности потребности не будет. Можно отдавать предпочтение компактным моделям с нагревом до 250 °C.

Техника соединения под углом

Нередко при создании сложных систем подсветки из нескольких параллельных линий провода подключаются на разных участках. Для удобства выполнения такого соединения применяется угловая пайка с 90-градусным наклоном. Плюс и минус фиксируются на контактных площадках двух диодных соседний. Что еще важно, такой способ позволяет легко соединять RGB-ленты, используя при этом четыре провода. Угловой стык никак не влияет на качество подсветки, но позволяет реализовывать самые разные конфигурации сращивания светодиодных лент. Проблемы может доставить лишь наличие специальной оболочки у лент с классом защиты выше IP68. Например, как правильно паять светодиоды с заливкой силиконом или компаундом? В этом случае усложняется процедура первичной зачистки. Как минимум необходимо будет формировать технические отверстия в покрытии для токоведущих жил. По ним в дальнейшем и реализуется пайка.

Техника соединения при помощи коннекторов

Среди преимуществ светодиодных устройств одно из главных мест занимает их оптимизированность, что проявляется и в минимальных требованиях к расходным материалам при монтаже. Тем не менее иногда себя оправдывает и включение коннекторов в электротехнические схемы. Как паять светодиоды с такими элементами? Пайка в данном случае выступает вспомогательным средством обеспечения надежного соединения между проводами, а коннекторы формируют своего рода армирующий внутренний каркас. Оптимальный размер коннектора по ширине составляет 8-10 мм. На первом этапе необходимо создать конструкционное соединение, выполнив нужное количество контактов на плате, а затем приступать непосредственно к пайке.

При этом надо учитывать, что соединение с коннектором не всегда дает преимущество с точки зрения будущей эксплуатации светодиода. Во-первых, места подключения с такой арматурой в большей степени склонны к подгоранию, а также способствуют быстрому нагреву излучателя. Во-вторых, возможно ухудшение свечения, что выражается в понижении яркости. Как паять светодиоды на плату с коннектором, чтобы исключить подобные негативные эффекты? Желательно отказаться от медных проводников, а саму пайку выполнять сплошным способом, что исключит риск образования участков окисления.

Техника соединения внахлест

Метод, который вовсе не предусматривает использование вспомогательных проводников. Такую технику рекомендуется применять в отношении ленточных светильников и других диодных устройств, кристаллы которых размещаются компактно на небольшой плате. Например, как паять СМД-светодиоды паяльником внахлест? Для начала концы светодиодных линий обрезаются так, чтобы контакты находились впритык друг к другу. Токоведущие жилы смазываются флюсом, после чего можно применить и оловянное лужение до момента образования серебристого покрытия. Затем выполняется накладка одного куска с проводной частью на другой отрезок при строгом соблюдении полярности. Достаточно непродолжительного мягкого прогрева, чтобы сформировалось прочное соединение.

Порядок выполнения пайки

Какой бы способ соединения не был выбран, общая технология пайки предполагает выполнение универсального набора действий, в числе которых следующие:

• Припоем или флюсом выполняется лужение токоведущих контактов, которые планируется соединять.
• Окончания токоведущих жил, которые уже подверглись лужению, прикладываются к месту соединения на плате или другому проводнику.
• Теперь главная операция – соединение. Как паять светодиоды вручную? Достаточно направить жало паяльника на целевую область соединения и продержать его от 3 до 5 сек. В результате быстрого прогрева образуется надежный стык.
• После пайки стыковочный узел желательно несколько часов удерживать в изолированном виде без каких-либо сторонних воздействий.

Особенности пайки феном

Пайка данным способом обычно рассматривается как альтернативный метод относительно классической пайки. Ее выбирают по разным причинам, главной из которых можно назвать возможность отвода тепла от кристалла с минимизацией рисков его термического повреждения. Но данный способ подходит только для конструкций с поверхностным соединением на плате. К примеру, как паять СМД-светодиоды феном? Процесс нагрева организуется с обратной стороны платы. Задача исполнителя сводится к обеспечению достаточного прогрева участка соединения, чтобы припой с лицевой стороны обрел состояние, позволяющее надежно зафиксировать диод. Теоретически это действие можно реализовать утюгом и маломощной газовой горелкой, но для сохранения структуры и самой платы все же безопаснее применять специальный термофен.

Ошибки при пайке

Даже если внешне созданное соединение кажется правильным, устройство может некорректно работать, если были допущены технологические ошибки. Большинство нарушений связано с неправильным распределением припоя или расплава, из-за чего образуются типичные дефекты наподобие непровара. Как паять светодиоды, чтобы избежать такого результата? И припой, и расплав уже в ходе термического воздействия необходимо строго контролировать. Должна выдерживаться равномерность слоев соединяющего покрытия. Для выявления таких нарушений в структуре на этапе неразрушающего контроля выполняется сканирование тепловизором.

Заключение

Пайка кристаллов LED-светильника является нетрудоемкой операцией, которая под силу любому домашнему мастеру. Однако существует масса технологических тонкостей и деталей, игнорирование которых может свести к нулю даже усилия старательного мастера. Учитывать необходимо не только условия выполнения пайки как таковой, но и саму конфигурацию соединения. Например, как паять СМД-светодиоды с групповым расположением кристаллов? Для успешного выполнения такой операции еще на базовом уровне потребуется определение электрической схемы монтажа диодов на плате. Необходимо выполнить расчет цепи и только после этого приступать к поэлементному соединению кристаллов в соответствии с планируемой конфигурацией прибора освещения.