سوالات طراحی مدار چاپی الکترونیک

هدف از اتصال و چسباندن قطعات، ساختن یک وسیله جدید یا برطرف کردن عیب دستگاه معیوب است. با توجه به نوع کاری که در برقراری اتصال صورت می‌گیرد، اتصال ساخته شده می‌تواند یک یا چند ویژگی زیر را داشته باشد:

• استحکام (solidity - rigidity)
• هدایت الکتریکی (Electrical conductivity)
• هدایت حرارتی (thermal conductivity)
• آب‌بندی (sealing joint)

اتصال‌ها از نظر کاربرد در دو گروه دائمی و جداشدنی تقسیم می‌شوند:

• اتصال‌های دائمی: اتصال‌هایی هستند که نمی‌توانیم به آسانی آن‌ها را از هم باز کنیم. معمولاً این نوع اتصال‌ها به اندازه عمر مفید خود باقی می‌مانند و تنها در شرایطی که به تعمیر نیاز باشد، باز می‌شوند. از انواع آن‌ها می‌توان به اتصال‌های جوشکاری و لحیم‌کاری اشاره کرد.
• اتصال‌های جداشدنی: این اتصال‌ها قابل باز شدن هستند. در صورت نیاز می‌توانیم آن‌ها را از هم باز کنیم و دوباره ببندیم. اتصال‌های پیچ و مهره‌ای و اتصال سیم در ترمینال‌های برق نمونه‌هایی از این نوع هستند.

منظور از لحیم‌کاری، اتصال دو یا چند قطعه فلز به یکدیگر است. این عمل به وسیله آلیاژی از قلع و سرب (و گاهی همراه با سایر فلزات) که آن‌ها را لحیم می‌نامند، انجام می‌شود.

1. ابتدا محل اتصال دو فلز را به وسیله دستگاهی به نام هویه در حدی گرم می‌کنند که دمای آن به نقطه ذوب لحیم برسد و لحیم در محل اتصال ذوب شود.
2. پس از نفوذ مولکول‌های لحیم در فلز و آمیخته شدن با آن، عمل چسبیدن اتفاق می‌افتد.
3. و پس از سرد شدن محل اتصال، دو قطعه به هم می‌چسبند و متصل می‌شوند.

معمولاً از دو روش لحیم‌کاری سخت (hard soldering) و لحیم‌کاری نرم (soft soldering) استفاده می‌شود:

• لحیم‌کاری سخت یا خشن (hard soldering): اگر دمای لحیم‌کاری بالاتر از ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد باشد به آن لحیم‌کاری سخت می‌گویند. به عبارت دیگر در لحیم‌کاری سخت درجه حرارت کار بالاست. در استاندارد AWS لحیم‌کاری سخت را با B که ابتدای کلمه Brazing است، نشان می‌دهند. اسم دیگری در صنعت برای لحیم‌کاری سخت وجود دارد که به آن لحیم‌کاری سخت نقره‌ای می‌گویند. فلزات پرکننده لحیم‌کاری سخت نقره‌ای، لحیم نیستند. توجه داشته باشید که استحکام آلیاژ مورد استفاده در لحیم‌کاری سخت، بالاتر از لحیم‌کاری نرم است، لذا در مواردی مانند اتصال پیل‌ها از لحیم‌کاری سخت استفاده می‌کنند.
• لحیم‌کاری نرم یا سست (soft soldering): در لحیم‌کاری نرم (سست) درجه حرارت کار نسبتاً پایین است. اگر درجه حرارت کمتر از ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد باشد لحیم‌کاری را نرم می‌نامند. در الکترونیک معمولاً از لحیم‌کاری نرم استفاده می‌کنند. لحیم‌کاری نرم را با S نشان می‌دهند.

تمام فلزاتی که می‌خواهند به یکدیگر متصل شوند ممکن است در اثر عوامل جوی اکسید شده باشند یا سطوح خارجی آن‌ها کثیف و آلوده گردد. برای از بین بردن این عوامل از مواد پاک‌کننده (روغن لحیم - flux) استفاده می‌شود. این مواد علاوه بر آنکه آلودگی سطح قطعات را پاک می‌کنند، مانع از اکسید شدن محل اتصال در هنگام لحیم کاری نیز می‌شوند. از این رو تمام مواد پاک‌کننده‌ای که قادرند ترکیباتی مانند اکسیدها را در خود حل کنند، در شمار روغن‌های لحیم کاری به حساب می‌آیند. این روغن‌های لحیم کاری را ماده کروسیو (Corrosive) یا ساینده می‌گویند. اسیدهای معدنی، محلول‌های آمونیاک و کلرید روی از معروف‌ترین روغن‌های ساینده یا کروسیو هستند.

• نقطه ذوب روغن لحیم باید کمتر و پایین‌تر از نقطه ذوب لحیم باشد تا زودتر ذوب شود و سطح فلز را پاک کند.
• روغن لحیم ذوب شده باید قدرت گسترش و نفوذ در سطح فلز را داشته باشد ولی نباید روی سطح فلز پخش شود.
• روغن لحیم نباید با فلزات به صورت ترکیب درآید.
• روغن لحیم باید اکسیدها را به آسانی در خود حل کند.
• اثر روغن لحیم باید تا پایان عمل لحیم کاری باقی بماند تا در هنگام عمل لحیم کاری از اکسید شدن سطح اتصال جلوگیری کند.

لحیم آلیاژی است از سرب و قلع که نقطه ذوب آن پایین است. آلیاژ لحیم را به صورت شمش و مفتول با قطرهای ۰/۵ تا ۴ میلی‌متر می‌سازند. مفتول لحیم را اصطلاحاً سیم لحیم نیز می‌گویند. در مقطع مفتول‌های لحیم که در صنعت الکترونیک به کار می‌رود، سوراخ‌های سرتاسری وجود دارد که روغن لحیم در داخل آن قرار می‌گیرد (سیم لحیم با مغزی روغن).

• سنباده چیست و چرا به کار می‌رود؟ سنباده یکی از مواد مورد استفاده در لحیم‌کاری است. سنباده از دانه‌های سخت ساینده و خورنده‌ای که با چسب‌های مخصوص مخلوط می‌شود، شکل می‌گیرد. این مخلوط را بر روی صفحه‌های کاغذی یا پارچه‌ای مخصوص می‌چسبانند. از سنباده برای ساییدن و پرداخت در صنعت استفاده می‌شود. سنباده معمولاً برای صاف کردن و آماده کردن سطح ناصاف و خشن به کار می‌رود تا برای رنگ‌کاری آماده شود. گاهی سنباده را برای ایجاد شیار و ناصاف کردن سطوح صاف به کار می‌برند تا آنها را برای چسب زدن آماده کنند.
• انواع آن: با توجه به نیاز، سنباده‌ها را در انواع صفحه‌ای یا ورقه‌ای، رولی یا توپی، تسمه‌ای یا نواری، دیسکی یا دایره‌ای و پره‌ای یا ورقه‌ورقه می‌سازند.
• در الکترونیک: در الکترونیک از سنباده نرم برای پاک کردن سطوح روکش مس مدار چاپی و روکش لاکی سیم‌دار استفاده می‌کنند. (در استاندارد اروپایی از سنباده‌های ۴۰۰ تا ۸۰۰ استفاده می‌شود).

سیم‌ها ارتباط الکتریکی بین قطعات و تجهیزات الکتریکی را برقرار می‌کنند. سیم‌ها را از نظر ساختمان قسمت هدایت‌کننده سیم (هادی) به سه گروه، سیم مفتولی (solid wire)، سیم افشان (strand wire) و سیم رشته‌ای مفتولی (solid strand wire) تقسیم می‌کنند.

سیم‌ها می‌توانند داری روکش و بدون روکش باشند. سیم‌های دارای روکش در دو گروه با روکش لاکی و با روکش عایق قابل انعطاف تقسیم می‌شوند. سیم‌های نشان داده شده در شکل ۱۰- الف و ب دارای روکش پلاستیکی و شکل ۱۰- پ بدون روکش است.

• انبردست (کاربرد): انبردست (pliers) برای نگه‌داشتن قطعه کار و قطعه سیم به کار می‌رود. از لبه‌های تیز برای قطع کردن سیم و از لبه‌های پهن آج‌دار برای نگه‌داشتن اشیاء، بازکردن بست‌های فلزی و صاف کردن سیم استفاده می‌شود.
• انبردست (قسمت‌ها): هر انبردست دو فک و دو دسته دارد. هر فک شامل یک لبه تیز و یک لبه پهن آج‌دار است. دسته انبردست با روکشی از عایق PVC نرم پوشانده شده است که تحمل ولتاژی حداقل برابر با ۷۵۰ ولت را دارد.
• دم‌باریک: دم باریک برای نگه‌داشتن قطعه کار در مجراهای باریک و بلند و همچنین قطع سیم به کار می‌رود. (ویژگی‌های دم باریک مشابه ویژگی‌های انبردست است).

سیم چین برای بریدن و قطع کردن سیم مسی به کار می‌رود. سیم چین از دو قسمت فک و دسته تشکیل شده است. فک دو لبه برنده و تیز از جنس فولاد دارد. روکش عایق دسته سیم چین از جنس PVC نرم است. (نکته ایمنی: هرگز از سیم چین برای روکش برداری سیم استفاده نکنید، زیرا در این حالت هادی سیم آسیب می‌بیند).

• کاربرد: سیم لخت کن برای روکش برداری یا لخت کردن سیم به کار می‌رود.
• انواع آن: سیم لخت کن‌ها در دو مدل دستی و خودکار (اتوماتیک) ساخته می‌شوند. (همچنین انواع دیگری مانند سیم لخت کن انگشتی، حرارتی و ساده هم وجود دارند).

از سیم لخت کن انگشتی برای برش و روکش برداری کابل‌های کواکسیال و شبکه استفاده می‌شود. چون دارای دندانه‌های متفاوتی است، کابل با قطر دندانه، در دهانه آن قرار می‌گیرد و با چرخاندن ابزار به دور کابل، غلاف کابل شکافته می‌شود. وجود تیغه پانچ در سر این سیم لخت کن، امکان پانچ سیم را فراهم می‌کند.

برای انجام لحیم‌کاری روی قطعات و فیبر مدار چاپی، باید از هویه با نوک مناسب استفاده شود. چنانچه نوک هویه مناسب نباشد موجب آسیب رسیدن به قطعه یا برد مدار چاپی می‌شود.

• ابعاد نوک هویه: ابعاد و نوک هویه باید به گونه‌ای باشد که بتواند محل لحیم‌کاری را پوشش دهد. چنانچه ابعاد نوک در مقایسه با محل لحیم‌کاری خیلی کوچک باشد لحیم‌کاری به خوبی انجام نمی‌شود. در صورتی که نوک هویه خیلی بزرگ باشد، به قطعه و برد آسیب می‌رساند. ابعاد نوک با توجه به میزان توان مصرفی هویه (وات) ساخته می‌شود.
• شکل ظاهری نوک: انتخاب شکل ظاهری نوک هویه با توجه به نوع لحیم‌کاری صورت می‌گیرد. برای مثال اگر بخواهیم پایه‌های مدار مجتمع (IC) را لحیم کنیم باید از نوک‌های ظریف و سوزنی شکل استفاده نماییم.

• چون لحیم‌کاری ظریف است و نیاز به دقت دارد، در صورتی که چشم شما ضعیف است حتماً از عینک طبی استفاده کنید، زیرا مقادیر نوشته شده روی قطعات مختلف الکترونیکی بسیار ریز هستند و هنگام خواندن مقادیر با مشکل مواجه خواهید شد.
• کارگاه باید مجهز به وسایل اطفای حریق مناسب و آماده به کار باشد. این وسایل باید به راحتی در دسترس قرار گیرد.
• از آنجا که هنگام لحیم‌کاری مقداری دود و گازهای سمی تولید می‌شود، اطاق لحیم‌کاری باید مجهز به هواکش مناسب باشد. در تمام مدتی که لحیم‌کاری می‌کنید هواکش را در حالت روشن قرار دهید.
• در لحیم‌کاری‌های طولانی استفاده از ماسک‌های مخصوص الزامی است. ماسک باید از نوع استاندارد انتخاب شود.

برای اجرای عمل لحیم‌کاری نکات زیر را رعایت کنید:

• از هویه با وات مناسب استفاده کنید. در الکترونیک هویه‌های ۱۰ وات تا ۴۰ وات برای لحیم‌کاری مناسب‌اند.
• نقاطی را که می‌خواهید لحیم‌کاری کنید با سنباده نرم (شماره ۴۰۰ به بالا) یا پارچه زبر، تمیز کنید، زیرا عمل لحیم‌کاری روی سیم‌های کثیف و اکسید شده انجام نمی‌گیرد.
• نوک هویه را کاملاً تمیز کنید.
• هویه قلع‌اندود شده را به سیم براق سنباده کشیده بچسبانید تا شروع به گرم شدن کند. به طور هم‌زمان مفتول لحیم را نیز به سیم بچسبانید.
• با گرم شدن سیم مسی، مفتول لحیم ذوب شده و سیم قلع‌اندود می‌شود.
• اگر نوک هویه تمیز و براق نشد، باید قلع‌اندود شود.
• بعد از اینکه نوک هویه به درجه حرارت ذوب لحیم رسید، لحیم روی آن جاری می‌شود. این عمل را ادامه دهید تا نوک هویه کاملاً به یک لایه نازک لحیم آغشته شود.
• در نهایت نوک هویه را با اسفنج مرطوب مخصوص لحیم‌کاری تمیز کنید.

در اتصال با لحیم سرد، اگرچه مقدار قلع ظاهراً کافی به نظر می‌رسد ولی در زیر لحیم قشری از هوا به وجود می‌آید که مانع برقراری اتصال الکتریکی می‌شود. این حالت (لحیم سرد) به دلایل زیر به وجود می‌آید:

• حرکت دادن اتصال یا هویه، قبل از سرد شدن.
• کثیف بودن محل اتصال.
• گرمای بیش از اندازه (که یک لایه اکسید بین دو فلز ایجاد می‌کند).
• اگر تماس هویه به محل اتصال مناسب نباشد.

به هر حال مهم‌ترین عامل ایجاد لحیم سرد، کافی نبودن گرما در محل اتصال و در هنگام لحیم‌کاری است.

فیبرهای مدار چاپی از نظر لایه و جنس دسته‌بندی می‌شوند:

• از نظر لایه:
  • یک لایه: ارتباط بین پایه‌های قطعات و هدایت جریان فقط در یک طرف انجام می‌شود.
  • دو لایه: در هر دو طرف فیبر، لایه مسی وجود دارد. برای مدارهایی که خطوط ارتباطی زیاد دارند استفاده می‌شوند تا حجم مدار کاهش یابد.
  • چند لایه: در مدارهای پیچیده الکترونیکی با فناوری خاص و پیشرفته استفاده می‌شود.
• از نظر جنس:
  • فیبر فنولی: ارزان‌قیمت است و در مقابل حرارت مقاومت زیادی ندارد، در دستگاه‌های حساس و گران‌قیمت استفاده نمی‌شود.
  • فیبر فایبرگلاس: تحمل حرارت زیاد دارد و از نظر استحکام مقاوم‌تر از فیبر فنولی است. در دستگاه‌های گران‌قیمت استفاده می‌شود.
  • فیبر آلومینیومی: دارای استحکام بهتر و دفع حرارت خوب است. در صنایع روشنایی با توان بالا (LEDها)، پروژکتورها و چراغ‌های راهنمایی استفاده می‌شوند.

• دمونتاژ (Demountage): برای تعمیر دستگاه‌ها و بردهای الکترونیکی لازم است قطعات معیوب را از روی دستگاه‌ها و بردها جدا کنیم، به این عمل پیاده کردن یا دمونتاژ کردن قطعه می‌گویند.
• مونتاژ (Mountage): پس از دمونتاژ باید قطعه سالم را دوباره جایگزین کنیم، به این عمل سوار کردن یا مونتاژ کردن قطعه می‌گویند.

برای برداشتن لحیم، از فتیله لحیم (desoldering wick) استفاده می‌شود. فتیله لحیم سیم مسی به هم تابیده شده‌ای است که روی لحیم قرار می‌گیرد و پس از ذوب کردن لحیم، آن را مانند فتیله که مایع را بالا می‌کشد، به سمت خود جذب می‌کند.

1. بررسی دستگاه هویه: دستگاه هویه قلمی را بررسی کنید و از سالم بودن آن مطمئن شوید.
2. بررسی فتیله لحیم: فتیله لحیم را بررسی کنید، نباید سطح مسی فتیله اکسید شده باشد.
3. اجرای دمونتاژ: با استفاده از هویه قلمی و فتیله لحیم، تعدادی از قطعات را از روی برد بیرون بکشید (دمونتاژ کنید).
4. نحوه قرار دادن فتیله: فتیله لحیم را روی لحیم پایه قرار دهید و نوک هویه گرم را روی آن بگذارید تا لحیم را جذب کند.

قلع کش وسیله‌ای است که برای برداشتن و مکش لحیم از روی پایه قطعات و فیبر مدار چاپی به کار می‌رود (در دمونتاژ قطعات استفاده می‌شود). انواع آن عبارتند از:

• قلع کش فتیله‌ای
• قلع کش حرارتی
• قلع کش پیستونی

قلع کش حرارتی (هویه‌ای) ابزاری است که در واقع ترکیبی از یک هویه و یک پمپ مکش است. در این دستگاه، نوک هویه ابتدا لحیم را ذوب می‌کند و بلافاصله با فشردن دکمه یا اهرمِ پمپِ تعبیه شده در آن، لحیم ذوب‌شده به داخل مخزن دستگاه مکیده می‌شود. این نوع قلع کش برای دمونتاژ قطعاتی که پایه‌هایشان در سوراخ‌های فیبر مدار چاپی (PCB) قرار گرفته است، بسیار کاربردی و سریع است.

۱. استفاده از انبردست

۲. استفاده از انبر

۳. استفاده از چاقو

۴. استفاده از پیچ‌گوشتی با اندازه نامناسب (یا پیچ‌گوشتی خراب)

یکی دیگر از انواع پیچ‌گوشتی‌ها، پیچ‌گوشتی‌های برقی است. در این نوع پیچ‌گوشتی‌ها سرعت باز و بسته کردن میزان نیرو وارد شده بر پیچ قابل تنظیم است. از مزایای دیگر پیچ گوشتی‌های برقی داشتن نوک‌های متعدد برای انواع گل‌پیچ‌ها است. همچنین میزان نیروی چرخشی این پیچ‌ها قابل تنظیم است.

یک قطعه فیبر مدار چاپی است که تعداد زیادی سوراخ روی آن ایجاد شده است. در قسمت مسی این لایه‌ها سوراخ‌هایی وجود دارد که از نظر الکتریکی از یکدیگر جدا هستند. از این فیبر می‌توان برای اجرای مواردی مانند نمونه‌های پروژه و ساخت سوکت استفاده کرد. (شکل ۹۸ چند نمونه فیبر سوراخ‌دار را نشان می‌دهد).

• سطح براق و صاف به رنگ نقره‌ای و درخشان است.
• سطح لحیم مقعر بوده، گنبدی و تخت نیست.
• لحیم از پایه قطعه به پد شیب‌دار و با پوشش یکنواخت است.
• بدون قلع اضافی یا فلاسک سوخته.
• بدون ذرات خارجی در اطراف اتصال.
• مقاوم در برابر فشار و دارای استحکام.

• اتصال سوخته
• اتصال سرد
• پد از روی فیبر جدا شده
• کمبود لحیم در محل
• وجود گلوله‌های ریز قلع
• قلع اضافی
• جاری نشدن کافی لحیم

• نوک مسی پوشش‌دار
• پیچ نگهدارنده‌ی نوک هویه
• المان حرارتی و حافظ آن
• صفحات نگهدارنده‌ی هویه روی پایه
• دسته چوبی یا پلاستیکی
• نگهدارنده‌ی سیم رابط، پلاستیکی یا فنری
• سیم رابط و دو شاخه

• نوک
• لامپ
• بدنه
• شستی
• هسته سیم‌پیچ
• ماشه