Ultimo video prima della pausa estiva, e per l’occasione ho deciso di scaldare ulteriormente l’aria con un esperimento di saldatura SMD usando una pistola ad aria calda invece del solito saldatore.

Da un po’ di tempo sto lavorando sulle schede di espansione per il sistema Alex80, e in quel contesto ho fatto diverse saldature di PCB con il saldatore tradizionale. Volevo però provare un approccio diverso, anche in vista di un componente che dovrò saldare prima o poi: un eZ80 in package SMD non banale da gestire a mano. Prima di rischiare l’unico esemplare che ho, ho deciso di fare pratica su una scheda sacrificabile.

Lo spunto arriva da un video pubblicato circa un mese fa da David De Gatti sul canale Survival Hacking, che utilizza un kit reperibile su AliExpress con un microcontrollore in un package comunque saldabile anche col saldatore normale. Nel video di Davide viene infatti mostrato proprio questo approccio “classico”. Io ho preferito usare la stessa scheda per sperimentare la tecnica ad aria calda, con una pistola semplice (non una vera stazione di saldatura) che permette di regolare temperatura e velocità della ventola.

Il circuito e i componenti

La scheda del kit non è particolarmente complessa dal punto di vista dello schema, ma si presta bene per fare pratica: c’è una sezione di alimentazione con ponte raddrizzatore e regolatore 7805 (io l’ho alimentata in continua), la parte con il microcontrollore STC89C in package LQFP a 44 pin, e diverse sezioni ripetute con LED, resistenze e due integrati logici: un 164, cioè uno shift register seriale-parallelo a 8 bit, e un 573, un semplice ottuplo flip-flop di memorizzazione. È un abbinamento che torna utile anche solo per ripassare un po’ di elettronica digitale, dato che lo shift register serve qui a moltiplicare le poche uscite di pilotaggio disponibili sul microcontrollore per pilotare tutti i LED.

Le indicazioni del kit sono in cinese, ma la serigrafia del PCB riporta comunque i riferimenti dei componenti, per cui non è stato un problema.

La tecnica ad aria calda

Per questo tipo di saldatura si usa una pasta saldante che contiene già il flussante. Ho impostato la pistola intorno ai 400 °C, tenendo conto che l’aria si raffredda rapidamente non appena esce dall’ugello. La velocità della ventola va invece calibrata con attenzione: troppo bassa e la pasta non fonde bene, troppo alta e i componenti più piccoli letteralmente volano via.

Il principio è semplice: si deposita un po’ di pasta sulle piazzole, si posiziona il componente e, scaldando, lo stagno fonde per capillarità andando a depositarsi solo su piazzole e terminali, esattamente come succede nei forni di saldatura industriali. Il dosaggio della pasta è la parte più delicata: troppo poca e la saldatura non è affidabile, troppa e si creano ponti o eccessi difficili da gestire.

Ho iniziato dai componenti più semplici, diodi e condensatori nella sezione di alimentazione, per prendere confidenza. Con l’aria che scioglie la pasta, i componenti tendono in parte ad auto-allinearsi sulle piazzole, un effetto interessante da osservare. Non tutto è filato liscio: un diodo è letteralmente volato via per l’eccesso di flusso d’aria, recuperato e rimontato riducendo la velocità della ventola.

Proseguendo con i LED — dove occorre prestare attenzione all’orientamento del catodo, indicato dalla parte verde del case — e con il microcontrollore LQFP a 44 pin, l’esperienza è stata nel complesso positiva, anche se con qualche imperfezione estetica nelle saldature (eccessi di stagno rimossi facilmente a lavoro finito).

Un imprevisto (utile) di trouble shooting

Completata la prima sezione con microcontrollore e shift register, il test di accensione ha mostrato che i LED non si accendevano, pur con il regolatore 7805 in uscita a 5 V corretti e il quarzo da 8 MHz oscillante correttamente all’oscilloscopio. Analizzando i segnali sui pin 1 e 2 dello shift register non montato è emerso che il piedino corrispondente sull’integrato montato risultava completamente inattivo, mentre il piedino adiacente mostrava una sequenza periodica regolare.

Non è stato possibile stabilire con certezza se il problema derivasse da un surriscaldamento localizzato durante la saldatura ad aria calda o da altro, ma la scheda offriva più sezioni identiche, per cui ho montato una seconda sezione con un nuovo shift register e un nuovo 573, questa volta con il saldatore tradizionale, verificando che il problema non si ripresentasse.

Considerazioni finali

Per i componenti più piccoli, resistenze e reti resistive comprese, alla fine ho preferito tornare al saldatore normale: è risultato più rapido e con un risultato più pulito rispetto alla pasta depositata senza stencil, che senza una maschera che esponga solo le piazzole tende facilmente a essere eccessiva o insufficiente. La pistola ad aria calda mi è sembrata invece più indicata su integrati con piedinatura fitta e ravvicinata, dove il saldatore tradizionale è più scomodo da maneggiare.

Vale anche la pena ricordare un aspetto pratico: la pasta saldante è pensata per un uso in ambiente industriale ben areato, e i fumi prodotti scaldandola non sono piacevoli da respirare a lungo, per cui è bene limitare i tempi di esposizione.

Nel complesso, un esperimento estivo che ha messo in luce pregi e limiti della saldatura ad aria calda rispetto alla tecnica tradizionale, oltre a offrire, quasi per caso, un piccolo esercizio di trouble shooting. Per i dettagli di ogni passaggio, con tanto di vista al microscopio e all’oscilloscopio, il video è come sempre il riferimento più completo.