آموزش لحیم‌کاری قطعات SMD روی بردهای چندلایه: نکات طلایی برای تعمیرکاران حرفه‌ای

لحیم‌کاری قطعات SMD روی بردهای چندلایه یکی از مهم‌ترین و تخصصی‌ترین مهارت‌هایی است که هر تعمیرکار برد الکترونیکی باید به آن تسلط داشته باشد. بردهای چندلایه با ساختاری حساس و پیچیده طراحی شده‌اند و کوچک‌ترین اشتباه در لحیم‌کاری می‌تواند منجر به آسیب‌های جبران‌ناپذیر شود. در این مقاله از سایت پرچم، به‌صورت گام‌به‌گام روش صحیح لحیم‌کاری قطعات SMD روی این نوع بردها را آموزش می‌دهیم.

PCB یک لایه یا یکرو چیست ؟

PCB یک لایه یا یکرو در واقع پایه ای ترین نوع برد مدار چاپی است. پایه قطعات الکترونیکی تنها در یک سمت برد می توانند لحیم شوند. قطعات THD در یک سمت نصب شده و پایه های آنها از برد عبور کرده و در سمت دیگر متصل می شوند. قطعات SMD نیز در همان سمتی که مسیر های مدار الکترونیکی وجود دارند نصب می شوند. لایه هادی مدار از جنس مس می باشد و می تواند بر روی آن یک لایه محافظ یا سولدر مسک نیز وجود داشته باشد.

مزایا PCB یک لایه

1. ارزان قیمت

بطور کلی PCB یکرو به خاطر سادگی در تولید ارزان تر است. چرا که از لحاظ زمانی سریع تر ساخته می شود و متریال زیادی برای تولید نیاز ندارد. علاوه بر آن نیز، نیازمند دانش زیادی نیست.

2. به سرعت تولید می شود

با چنین طراحی ساده، نیاز کم به متریال و پروسه سبک، برد های مدار چاپی یک لایه می توانند در کمترین زمان ساخته شوند. این یک مزیت خوب به حساب می آید، آن هم زمانی که شما در اسرع وقت به یک PCB نیاز دارید.

3. آسان برای تولید

PCB یک لایه بسیار محبوب است چون بدون پیچیدگی فنی و تخصصی به راحتی طراحی می شود. به علت همین سادگی در طراحی، پروسه تولید و ساخت آن برای تولیدکنندگان نیز بدون هیچ مشکلی انجام می شود.

4. می توانید به طور عمده سفارش دهید

به دلیل سهولت در پروسه تولید، می توانید حجم زیادی از مدل برد های مدار چاپی را یکجا سفارش دهید. قطعاً سفارش با حجم بالا منجر به کاهش هزینه نهایی برای هر برد خواهد شد.

معایب PCB یک لایه

1. سرعت و ظرفیت محدود

برد های مدار چاپی یک لایه کمترین امکانات رو برای یک مدار الکترونیکی ارائه می کنند و این یعنی سرعت و توان این برد ها در سطح پایه قرار دارد. سادگی در طراحی به کاهش ظرفیت عملیاتی منجر می شود. مدار این بردها ممکن است در کاربرد های توان بالا به درستی عمل نکند.

2. فضای زیادی ارائه نمی دهد

برای استفاده از قطعات پیچیده، PCB یک لایه گزینه ی مناسبی نیست. چرا که فضای بسیار کمی برای نصب قطعات SMD در اختیار خواهید داشت و از طرف دیگر در سیم بندی به مشکلات فراوانی بر خواهید خورد.
بهترین کار قبل استفاده از این نوع PCB این است که اطمینان پیدا کنید که فضای کافی برای همه قطعات مورد نظر شما وجود داشته باشد.

3. بزرگتر و سنگین تر

برای اهداف عملیاتی متفاوت و امکانات بیشتر بر روی مدار الکترونیکی شما به PCB با ابعاد بزرگتری نیاز خواهید داشت. همین مطلب می تواند باعث افزایش وزن و شاید قیمت نهایی محصولات شما شود.

کاربرد های برد یکرو

به خاطر هزینه پایین تولید، PCB های تک لایه در ساخت محصولات خانگی و بازاری بسیار محبوب است. همچین در تجهیزات ساده که توانایی ذخیره حجم کمی از اطلاعات را دارند نیز خیلی پر مصرف می باشد. برخی از این محصولات شامل موارد زیر هستند:

• قهوه سازها
• لامپ های LED
• ماشین حساب ها
• پرینتر ها
• رادیو ها
• منابع تغذیه
• انواع مختلف سنسورها
• Solid State Drives(SSD)

برد چندلایه چیست و چه تفاوتی با بردهای معمولی دارد؟

بردهای چندلایه (Multilayer PCBs) از چندین لایه رسانا و عایق تشکیل شده‌اند که به صورت فشرده روی هم قرار گرفته‌اند. این بردها در دستگاه‌های پیشرفته مانند تجهیزات پزشکی، لپ‌تاپ‌ها، تلویزیون‌های هوشمند و لوازم خانگی استفاده می‌شوند.

• مسیرهای الکترونیکی در چند لایه توزیع شده‌اند.
• عیب‌یابی و تعمیر آن‌ها دشوارتر از بردهای تک‌لایه است.
• به ابزار و مهارت بیشتری برای لحیم‌کاری نیاز دارند.

• برد PCB دو لایه در دو طرف خود دارای مدار الکترونیکی است که بر روی سطح مسی ایجاد شده است و این دو لایه می توانند از طریق مسیرهایی مانند ویا (VIA) یا سوراخ های پایه قطعات THD و ترمینال ها با هم ارتباط داشته باشند.

  برای PCB های چند لایه مطلب بسیار مشابه است و در واقع برد چند لایه از چندین برد مدار چاپی دورو روی هم انباشه شده، ساخته می شود. بین هر لایه مدار الکترونیکی یک لایه عایق قرار می گیرد و به این شکل شما هر تعداد لایه ای را که برای پروژه خود نیاز داشته باشید را می توانید سفارش دهید. البته در نظر داشته باشید که تعداد فرد لایه های می تواند در هنگام لحیم کاری باعث تاب برداشتن و پیچش برد الکترونیکی شود، از این رو غالباً برد های چند لایه با تعداد لایه زوج ساخته می شوند.

  مزایا برد چند لایه PCB

  1. پروژه های پیچیده

  دستگاه های پیچیده از تعداد بیشتری قطعه و مدار الکترونیکی پیچیده تری بهره می برند پس به PCB های دو رو یا چند لایه نیاز دارند. با افزایش تعداد لایه برد شما قادر هستید تعداد قطعات و حجم بیشتری از مدار را در ابعاد ثابت جای دهید. در غیر این صورت ممکن است نتوانید در ابعاد و فضای استاندارد تمام مدار و قطعات خود را پیاده سازی نمایید.

  2. دوام بیشتر

  لایه های اضافی می توانند باعث افزایش ضخامت برد شوند و همچین همین لایه های بیشتر به تراکم و یک پارچگی برد کمک می کند. این مورد منجر به دوام و طول عمر بیشتر این نوع PCB می شود و اجازه می دهد تا از حوادث غیر منتظره مانند افتادن، جان سالم به در ببرد.

  3. مسیرهای اتصال

  با وجود قطعات بیشتر روی PCB، مسیرهای اتصال بین این قطعات نیز بیشتر خواهد بود. PCB دو رو یا چند لایه این مزیت را دارد که شما به آسانی با جابجا کردن مسیر الکتریکی (PCB Track) بین لایه ها می توانید، سیم بندی کوتاه تر و ساده تری روی برد خود انجام دهید و با سهولت بیشتر طراحی مدارات خود را به پیش ببرید.

  4. توان بالاتر

  اضافه شدن لایه ها به افزایش تراکم کمک می کند و این مطلب پیاده سازی تجهیزات توان بالا را عملی تر می کند. یعنی مدار الکترونیکی می تواند سریعتر و کارامد تر عمل کند. افزایش ظرفیت عملیاتی روی PCB های چند لایه، آن ها را برای دستگاه های توان بالا و پیچیده مناسب تر می نماید.

  معایب برد چند لایه PCB

  1. قیمت بالا

  شما باید توقع داشته باشید که هزینه‌ی بیشتری برای برد های مدار چاپی چند لایه پرداخت کنید. چرا که این محصولات نیازمند متریال، تخصص و زمان بیشتری برای تولید هستند. به همین علت شما باید مطمئن شوید که آیا مزایا سفارش PCB دو رو یا چند لایه به افزایش قیمت آن می ارزد یا خیر.

  2. زمان تولید طولانی

  ساخت PCB چند لایه زمان بیشتری می برد چرا که برای تهیه هر لایه باید پروسه های مخصوص به آن طی شود و همین امر زمان تولید را متناسب با تعداد لایه ها افزایش می دهد. همچنین افزایش پیچیدگی تولید و ایجاد ارتباط بین لایه ها می تواند در طولانی تر شدن زمان ساخت موثر باشد.

  3. تعمیرات و عیب یابی پیچیده

  اگر برد الکترونیکی چند لایه با مشکلی روبرو شود، تعمیر آن دشوار است. بررسی مدار در سطوح جدا از هم سخت خواهد بود و برای PCB هایی با بیش از دو لایه کار مشکل تر هم می شود چون لایه های داخلی قابل مشاهده نیستند. عیب یابی در این شرایط بسیار دشوار است زیرا پیدا کردن نقص در برد زمان زیادی خواهد گرفت. برای اجتناب از مشکلات در عیب یابی و تعمیرات، باید سعی کنید تعداد لایه ها را متناسب با تراکم، تعداد مدارات مجتمع (IC) و قطعات روی برد انتخاب نمایید.

  کاربرد های PCB دو رو یا چند لایه

  بردهای مدار چاپی چند لایه شرایط بهتری را برای پیاده سازی تجهیزات پیچیده فراهم می کنند. عموماً تجهیزاتی که نیازمند مدارات با تراکم بالا و ابعاد پایین هستند بر روی این مدل PCB ها ساخته می شوند. در زیر به برخی از این محصولات اشاره شده است:

  • ماهواره ها
  • تجهیزات پزشکی
  • GPS ها
  • کامپیوترها
  • گوشی های هوشمند
  • اسکنر های X-Ray
  • کاوشگرهای فضایی
  • ادوات هوا شناسی

تفاوت PCB تک لایه با چند لایه

1. فرآیند تولید

تولید PCB یک لایه سریع است و به ندرت به یک پروسه زمان بر تبدیل می شود. تعداد مراحل تولید و ماشین کاری در ساخت آن کم است. در مجموع کل مراحل تولید شامل: برش، سوراخ کاری، قرار دادن فیلم بر روی مدار، استخراج مدار از لایه مس، افزودن لایه محافظ و مارکاژ روی برد (در صورت درخواست) خواهد بود. در ادامه هم تمیزکاری سطح برد، تست و بررسی، کنترل کیفیت و در نهایت بسته بندی و ارسال انجام می شود.

در حالی که برای برد های چند لایه تعداد گام ها بسیار بیشتر است، تمام پروسه ساخت برد یک لایه برای هر لایه باید صورت گیرد و علاوه بر آن پروسه های مرتبط با برقراری ارتباط بین لایه ها نیز باید انجام شود. برای PCB دو رو کار زودتر به پایان می رسد ولی برای برد های بیش از دو لایه روند پیچیده تر هم می شود.

در تولید PCB چند لایه یک مرحله خاص، قرار گیری لایه ها روی هم، اضافه می شود. قرار گیری لایه های روی هم نیازمند تجهیزات و تخصص بیشتری است که در زمان و هزینه تاثیر گذار خواهد بود. در این مرحله لایه ها با کمک مواد و چسب مخصوص با دقتی فوقالعاده روی هم قرار می گیرند و در دما و فشار بالا به هم فشرده می شوند. این پروسه تضمین می کند که هوا بین لایه ها محبوس نشود و مواد بین لایه ها مانند رزینی می شود که دولایه را به طرز جدانشدنی کنار هم نگه می دارد.

2. مواد مورد نیاز

برای تولید PCB یکرو و PCB چند لایه از موادی مانند: فلزات، FR4، CEM، تفلون و مواد پلی آمید استفاده می شود و در همه برد ها مس رایج ترین متریال می باشد.

3. هزینه

به طور کلی، PCB تک رو هزینه کمتری نسبت به PCB چند لایه دارد. این عمدتاً به دلیل مواد مصرفی، زمان تولید، تخصص و دانش مورد نیاز است. عوامل دیگری هم ممکن است بر قیمت اثر گذار باشد از جمله اندازه، موارد اختیاری، زمان تحویل و غیره.

4. کاربرد

به صورت پیش فرض PCB های تک لایه برای دستگاه های ساده مورد استفاده قرار می گیرند، از طرف دیگر PCB های دو لایه به بالا برای تجهیزات و استفاده از تکنولوژی های پیشرفته، مثل گوشی هوشمند، مناسب تر هستند.

PCB یک لایه یا PCB چند لایه ؟ کدام مناسب تر است ؟

قبل از سفارش PCB یک لایه یا چند لایه، شما باید هدف خود را برای برد الکترونیکی مشخص نمایید. اگر درحال توسعه یک پروژه پیچیده هستید که PCB دو رو یا چند لایه را انتخاب کنید. برای پروژه های ساده تر که می توانید تمام مدار الکترونیکی خود را در یک سمت (لایه) پیاده سازی کنید، PCB تک لایه گزینه مناسب تری است. البته قطعاً باید عوامل همچون اندازه، شکل و نیاز پروژه را نیز در نظر داشته باشید.

قطعات SMD چیستند و چرا حساس هستند؟

SMD مخفف Surface Mount Device است. این قطعات به جای سوراخ‌کاری و لحیم‌کاری از زیر، مستقیماً روی سطح برد قرار می‌گیرند. ویژگی‌هایی مثل اندازه بسیار کوچک، فاصله نزدیک پایه‌ها و حساسیت دمایی بالا، لحیم‌کاری آن‌ها را به یک کار تخصصی تبدیل می‌کند.

در سال‌های اخیر با توجه به گسترش به‌کارگیری مدارهای الکترونیکی و نیاز به کوچکتر شدن آن‌ها، طراحان بردهای الکترونیکی تصمیم به استفاده از تکنولوژی قطعات الکترونیکی سطحی (Surface Mount Device) یا SMD گرفتند.

قطعات الکترونیکی SMD با فناوری نصب سطحی (Surface Mount Technology) یا SMT روی سطح برد مدار چاپی (PCB) نصب می‌شوند. قطعات الکترونیکی SMD، قطعاتی هستند که برای اتصال مستقیم به برد الکترونیکی استفاده می‌شوند.

بسیاری از قطعات الکترونیکی از جمله ال ای دی (LED)، مقاومت، آی‌سی به صورت SMD تولید می‌شوند. کاربرد قطعات SMD در انواع مدارهای الکترونیکی از جمله مدارهای سوئیچینگ، گیت‌درایو و یکسوساز است. در شکل ۱ انواع قطعات اس ام دی نشان داده‌ شده است.

تفاوت قطعات SMD‌ و قطعات DIP

قطعات الکترونیکی DIP، دارای پایه عمودی برای لحیم‌کاری به برد مدار است در حالی که قطعات SMD، بدون پایه یا پایه سطحی (افقی) هستند و به طور مستقیم به برد لحیم می‌شوند. قطعات الکترونیکی SMD ابعاد کوچکتری دارند و فضای کمتری اشغال می‌کنند.

برای همین مدارهای الکترونیکی که با قطعات اس ام دی ساخته می‌شوند، عملکرد و سرعت بهتری نسبت به مدارهای ساخته‌شده از قطعات DIP دارند. در شکل زیر تفاوت بردهای DIP و SMD نشان داده شده است.

ابزارهای مورد نیاز برای لحیم‌کاری دقیق SMD

•  هویه نوک نازک با کنترل دما
•  هیتر یا هات‌گان قابل تنظیم
•  خمیر لحیم با کیفیت
• فلاکس برای جلوگیری از اکسید شدن پایه‌ها
•  لوپ یا میکروسکوپ برای دقت بیشتر
•  پنس ضد ESD

مراحل لحیم‌کاری قطعات SMD روی بردهای چندلایه

• آماده‌سازی برد: سطح برد را با الکل ایزوپروپیل تمیز کرده و مسیرها را بررسی کنید.
• استفاده از فلاکس: مقدار مناسبی فلاکس روی محل لحیم‌کاری بزنید.
• قرار دادن قطعه: قطعه را با پنس دقیق روی برد قرار دهید و موقعیت آن را تنظیم کنید.
• اعمال گرما: با هویه یا هیتر، لحیم را ذوب و پایه‌ها را متصل کنید. دمای مناسب ۲۶۰ تا ۳۰۰ درجه است.
• بررسی نهایی: با لوپ یا ذره‌بین، کیفیت لحیم‌ها را بررسی کنید.

نکات مهم هنگام کار با بردهای چندلایه

• نکاتی که باید در هنگام لحیم کاری قطعات SMD رعایت کنید

  • از کمترین دمای لحیم کاری که کارایی لازم را دارد استفاده کنید تا از آسیب رسیدن به قطعات حساس جلوگیری شود.
  • نوک لحیم در بین هر اتصال تمیز نگه دارید تا انتقال حرارت به محل اتصال بهینه باشد.
  • فقط مقدار کافی لحیم برای ایجاد یک لبه‌صاف روی هر اتصال بزنید. لحیم کم یا زیاد می‌تواند باعث اتصالات غیرقابل‌اعتماد شود.
  • به جریان و پخش‌شدن لحیم دقت کنید و در صورت نیاز از فلاکس (روغن لحیم) مجدد استفاده کنید یا پدها را پیش قلع دهید.
  • از دست‌زدن یا ضربه‌زدن به برد مدارچاپی تا زمانی که تمام اتصالات لحیم کاری خنک و سفت شوند، خودداری کنید.
  • در صورت امکان، به‌صورت بصری زیر قطعاتی مانند BGA و QFN را بررسی کنید.
  • اقدامات پیشگیری از تخلیه الکترواستاتیک (ESD) مانند اتصال به زمین با تسمه مچی و زیرانداز را انجام دهید.
  • به‌صورت سیستمی از مرکز به بیرون یا از قطعات کوچک به بزرگ‌تر کار کنید.
  • برای جلوگیری از بلندشدن پد یا آسیب به برد مدارچاپی (PCB)، از گرمای طولانی‌مدت در یک نقطه خاص خودداری کنید.

مراحل برداشتن و لحیم کاری مجدد قطعات SMD

برداشتن و لحیم کاری مجدد قطعات SMD روی برد مدارچاپی، کاری ظریف اما مهارتی ضروری برای تعمیر و تغییر مدار چاپ به‌حساب می‌آید. اگرچه باید دقت زیادی به خرج داد، اما خارج‌کردن لحیم و جایگزینی قطعات SMD بدون آسیب رساندن به برد، امکان‌پذیر است. در اینجا برخی از بهترین روش‌ها برای بازآموزی لحیم‌کاری SMD آورده شده است:

• از یک ایستگاه تعمیر باکیفیت با کنترل دقیق دما و جریان هوا برای جلوگیری از گرم‌شدن بیش از حد استفاده کنید.
• قبل از لحیم کاری مجدد، ناحیه برد را کاملاً تمیز کرده و از فلاکس استفاده کنید.
• قبل از تلاش برای برداشتن قطعه SMD، قطعات اطراف را بادقت گرم کنید.
• برای برداشتن ایمن لحیم از ابزارهای مناسب لحیم کشی؛ مانند فتیله لحیم و پمپ‌های وکیوم استفاده کنید.
• پدها را کاملاً تمیز کنید و مطمئن شوید هیچ‌گونه باقی مانده‌ای وجود ندارد.
• قطعه جدید را به طور دقیق تراز کنید و جهت آن را سه بار بررسی کنید.
• پین‌های قطعه را به‌صورت جداگانه با حداقل حرارت لحیم کنید تا از بلندشدن پدها جلوگیری شود.
• با استفاده از ذره‌بین، تمام اتصالات را از نظر خیس شدن مناسب و نبود پل بررسی کنید.
• بعد از اتمام کار، عملکرد بردها را به‌صورت کاربردی تست کنید تا از کامل‌بودن تعمیر اطمینان حاصل شود.
• در طول کار، اقدامات ایمنی الکترواستاتیک (ESD) را رعایت کنید و زمان کافی برای خنک‌شدن قطعات در نظر بگیرید.
• برای مراجعات بعدی، مستندات دقیق فرایند تعمیر را نگه دارید.
• دستورالعمل‌های سازنده را دنبال کنید و در صورت نیاز راهنمایی بگیرید.

اشتباهات رایج در لحیم‌کاری SMD و راه‌های جلوگیری از آن

جمع‌بندی: لحیم‌کاری دقیق، مهارتی برای حرفه‌ای‌ها

لحیم‌کاری قطعات SMD روی بردهای چندلایه نیاز به دقت بالا، دانش تخصصی و تجربه عملی دارد. اگر می‌خواهید این مهارت را اصولی یاد بگیرید، در دوره‌های آموزشی ما در پرچم شرکت کنید.

 برای مشاهده جزئیات و ثبت‌نام در دوره‌های آموزش لحیم‌کاری و تعمیر برد کلیک کنید.