نحوه لحیم کاری قطعات SMD

لحیم کاری SMD به فرایند لحیم کاری قطعات الکترونیکی نصب سطحی روی بردهای مدارچاپی اشاره دارد. با کوچک‌تر شدن تدریجی وسایل الکترونیکی و PCB ها، استفاده از قطعات SMD در طراحی مدار به طور چشمگیری افزایش‌یافته است. اندازه کوچک قطعات SMD امکان تراکم بسیار بیشتر قطعات روی بردهای مدار را فراهم نموده و به کوچک‌سازی الکترونیک مدرن کمک می‌کند. بااین‌حال، جای پای کوچک آنها همچنین چالش‌های منحصربه‌فردی را برای مونتاژ و لحیم کاری ایجاد می‌کند. در این راهنما، ما ابزارهای کلیدی، فرایند گام‌به‌گام برای لحیم کاری صحیح قطعات SMD و بهترین عملکرد اصلاح مجدد لحیم کاری SMD را طی خواهیم کرد.

آشنایی با قطعات SMD

SMD مخفف “Surface-Mounted Devices” به معنی “قطعات نصب سطحی” است. این اصطلاح تقریباً تمام قطعاتی را که به‌صورت “پایه‌بلند” (Through-hole) نیستند، در برمی‌گیرد. این قطعات می‌توانند شامل مقاومت، LED و حتی مدارهای مجتمع (IC) باشند. قطعات SMD دارای اندازه و چیدمان استاندارد مختلفی هستند. توجه به این موضوع به دلیل اهمیت “فوت پرینت” (محل قرارگیری روی برد) ضروری است. ابعاد قطعات SMD ساده با کدهای ۴ رقمی نمایش داده می‌شوند که طول و عرض آنها را بر حسب اینچ توصیف می‌کند.

برای لحیم کاری این قطعات نیازی به سوراخ‌کردن PCB (سطح برد مدارچاپی) نیست. این قطعات نسبت به قطعاتی که مبتنی بر فناوری سوراخ کامل ساخته می‌شوند، مزایایی دارند. یکی از مزایا این است که قطعه SMD نسبت به قطعات THT (مبتنی بر فناوری سوراخ کامل) به فضای کمتری نیاز دارند. این قطعات مستقیم بر روی سطح PCB نصب شده و در مقابل قطعات THT درون سوراخ‌های سطح PCB قرار گرفته و لحیم کاری می‌شوند. این امر سبب شده تا قطعات SMD فضای کمتری اشغال کنند. در کنار این مزایا، این قطعات از ابعاد کوچک‌تری برخوردارند و باعث پیچیدگی برد مدارچاپی نمی‌شوند.

ابزار لحیم کاری قطعات SMD

لحیم کاری قطعات SMD به ابزار تخصصی برای کار با قطعات ریز و ایجاد اتصالات لحیم کاری دقیق نیاز دارد. در اینجا برخی از موارد ضروری که نیاز خواهید داشت آورده شده است:

• هویه لحیم کاری: یک هویه لحیم کاری با نوک ظریف در محدوده توان ۱۵ تا ۳۰ وات برای کار SMD ایده‌آل است. حتی می‌توان از نوک‌های به کوچکی ۰.۵ میلی‌متر استفاده کرد. ویژگی کنترل دما به جلوگیری از گرم‌شدن بیش از حد کمک می‌کند.
• خمیر لحیم: خمیر لحیم ترکیبی از پودر آلیاژ لحیم و روغن فلاکس است. این ماده اجازه می‌دهد تا لحیم قبل از قراردادن قطعات، به طور دقیق روی پدهای SMD اعمال شود.
• میکروسکوپ: یک میکروسکوپ استریو یا ذره بین برای بررسی اتصالات لحیم کاری کوچک و محل قرارگیری قطعات ضروری است. میکروسکوپی با بزرگ‌نمایی ۲۰ تا ۴۰ برابر رایج است.
• موچین: موچین نوک ظریف به قرارگیری و جای‌گذاری دقیق قطعات SMD به کوچکی اندازه‌های 0201 یا 01005 (0.25 در 0.125 میلی‌متر) کمک می‌کند. موچین‌های ضد الکتریسیته ترجیح داده می‌شوند.
• دست کمکی لحیم کاری: ابزارهای دست کمکی لحیم کاری با لنزهای ذره‌بینی، قرارگیری بدون دخالت دست PCB را زیر میکروسکوپ در هنگام لحیم کاری امکان‌پذیر می‌کند.
• شابلون: شابلون‌های PCB ورقه‌های فلزی نازکی هستند که با لیزر برش داده شده و دارای الگویی از منافذ هستند که با چیدمان پدهای لحیم کاری PCB مطابقت دارد. برای اعمال خمیر لحیم، شابلون با PCB تراز می‌شود و خمیر از طریق منافذ شابلون روی پدها اسکرین می‌شود. استفاده از شابلون، کاربرد دقیق و کارآمد خمیر لحیم را قبل از قراردادن قطعات SMD امکان‌پذیر می‌کند.
• گیره‌ها: گیره‌ها به قرارگیری بردها در زاویه‌ای کمک می‌کنند که باعث بهبود دید و دسترسی به اتصالات لحیم کاری زیر قطعات در هنگام لحیم کاری دستی می‌شود.
• مکش لحیم / ابزارهای لحیم بری: از ابزارهای مکنده تخصصی برای برداشتن یا بازسازی اتصالات لحیم کاری و جداسازی قطعات برای تعمیر استفاده می‌شود.

مراحل لحیم‌کاری قطعات SMD

در این بخش، مراحل لحیم‌کاری قطعات SMD را به‌صورت گام‌به‌گام بررسی می‌کنیم:

1. قبل از شروع لحیم‌کاری، برد PCB را به طور کامل تمیز کنید تا هرگونه آلودگی یا اکسیداسیون از روی آن پاک شود و با استفاده از قلم فلاکس، مقداری فلاکس روی تمام پدهای SMD که قرار است لحیم شوند، بمالید. همچنین پیش قلع کردن پدها قبل از شروع لحیم‌کاری، می‌تواند به ایجاد اتصالات لحیمی با کیفیت بهتر کمک کند.
2. برد PCB را به کمک گیره‌های کروکدیل یا ابزار مشابه، به طور محکم و امن بر روی صفحه کار یا زیر میکروسکوپ ثابت نموده و برای جلوگیری از حرکت و لرزش برد، از گیره‌های مناسب استفاده کنید.

زاویه برد را مطابق با نیاز خود تنظیم کنید تا بهترین دید و دسترسی را به محل لحیم‌کاری داشته باشید.

3. با استفاده از موچین، قطعه موردنظر را به‌دقت برداشته و جهت آن را دو بار بررسی کنید. در صورت نیاز، قبل از قراردادن قطعه، به پدها یا پایه‌های آن فلاکس بزنید.
4. قطعه را با استفاده از ذره‌بین در محل مناسب خود روی پدهای PCB قرار دهید. دقت کنید که قطعه کاملاً دقیق و هم‌راستا با پدها باشد و در صورت نیاز مجدداً آن را تنظیم کنید.
5. پس از قراردادن قطعه در جایگاه صحیح، ابتدا یکی از پایه‌های آن را با لحیم نقطه‌ای ثابت کنید. این کار قطعه را در محل خود لنگر می‌اندازد و در صورت نیاز به جابه‌جایی مجدد، به شما امکان می‌دهد آن را به‌راحتی حرکت دهید.
6. پس از لحیم‌کردن اولین پایه، به سراغ پایه‌های دیگر بروید. از پایه لحیم شده شروع کنید و با حرکت به سمت بیرون، هر پایه را با استفاده از هویه لحیم کنید تا یک اتصال خوب ایجاد شود.
7. پس از اتمام لحیم‌کاری تمام پایه‌ها، با استفاده از ذره‌بین هر اتصال لحیم را به طور کامل بررسی کنید تا از عدم وجود اتصالات کوتاه یا لحیم‌کاری نامناسب که نیاز به اصلاح، ذوب مجدد یا گرم‌شدن مجدد اتصالات مشکوک دارد، اطمینان حاصل کنید.
8. پس از اتمام لحیم کاری، از الکل ایزوپروپیل و برس یا گوش‌پاک‌کن برای تمیزکردن باقی‌مانده جرم لحیم استفاده کنید.

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.

جمع‌بندی

لحیم کاری SMD در ابتدا به دلیل کار با قطعات و اتصالات بسیار کوچک دلهره‌آور به نظر می‌رسد. اما با کمی تمرین، ابزار مناسب و رعایت تکنیک‌های اصولی، می‌توانید قطعات با اندازه تقریباً هر اندازه‌ای را به‌راحتی لحیم کنید. با کوچک‌تر شدن مداوم قطعات SMD و فشرده‌تر شدن بردها، یادگیری مهارت‌های لحیم کاری SMD برای هر مبتدی در زمینه بردهای مدارچاپی (PCB) و علاقه‌مندان به الکترونیک ضروری به نظر می‌رسد.