صفر تا صد کار با هویه

کار با هویه و یادگیری لحیم کاری قطعات الکترونیک از جمله مهم‌ترین مهارت‌های لازم در دنیای الکترونیک است. علم الکترونیک و مهارت لحیم‌کاری مانند قفل و کلید هستند. با وجود اینکه یادگیری قطعات الکترونیکی و نحوه کار آن‌ها بدون یادگیری لحیم کاری نیز ممکن است، این مهارت ساده درهای جدیدی از دنیای الکترونیک را به روی شما باز خواهد کرد. بسیاری از افراد صاحب نظر در این حیطه معتقدند لحیم کاری باید جزو مهارت‌های فردی هر شخص باشد. در جهانی که فناوری روز به روز در حال پیشرفت است، علاوه بر فهمیدن تکنولوژی‌های مورد استفاده، توانایی ساختن، اصلاح و تغییر این تکنولوژی ها نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. مهارت کار با هویه این امکان را برای شما فراهم می‌کند.

لحیم کاری پین هدر رایت روی PCB

در این مقاله به آموزش مقدماتی لحیم کاری می‌پردازیم، ابزارهای موردنیاز را بررسی می‌کنیم و روش‌های صحیح لحیم‌کاری را بررسی می‌کنیم. با آموزش نکات و تکنیک‌هایی به شما کمک می‌کنیم تا هر برد الکترونیکی را تعمیر کنید. این آموزش هم مناسب افراد متخصص است هم مناسب افراد مبتدی زیرا علاوه بر اصول مقدماتی، روش‌های لحیم کاری حرفه‌ای برای قطعات SMD و .... نیز آموزش داده می‌شود. اگر تا کنون حتی هویه را لمس نکرده‌اید یا پس از سال‌ها لحیم کاری به دنبال روش‌های جدیدتر هستید مطالعه این مقاله را به شما پیشنهاد می‌کنیم.

لحیم کاری قطعات الکترونیکی

لحیم کاری چیست؟

پیش از شروع آموزش بهتر است ابتدا مروری بر تاریخچه لحیم کاری داشته باشیم و اصطلاحات فنی مورداستفاده در فرآیند لحیم‌کاری را بررسی کنیم.

لحیم (Solder) در دو معنا مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی به عنوان آلیاژی که در لحیم‌کاری مورد استفاده است. این آلیاژ به شکل یک سیم با طول بلند و قطر کم که دور یک قرقره پیچیده شده‌است عرضه می‌شود (سیم لحیم). معنای دیگر نیز به معنای انجام عمل اتصال دو قطعه با استفاده از لحیم است. این اتصال را اتصال لحیمی(Solder joint) می‌نامند که در اصل یکی از زیر مجموعه‌های جوشکاری محسوب می‌شود. پس به این ترتیب ما با لحیم، لحیم می‌کنیم!

انواع بسته بندی سیم لحیم به صورت لوله‌ای یا قرقره‌ای

سیم لحیم یا اصطلاحا سیم قلع، در انواع سرب دار و بدون سرب در بازار موجود هستند. در ادامه به بررسی انواع این محصولات می‌پردازیم.

مقایسه سیم لحیم سرب دار و بدون سرب (Leaded vs. Lead-free Solder)

در تولید سنتی سیم لحیم از ترکیب مقدار زیادی سرب(Pb) و قلع(Sn) و مقادیر ناچیزی از سایر فلزات استفاده می‌شود. به این نوع از سیم قلع، لحیم سربی نیز می‌گویند. اما همانطور که می‌دانید، تحقیقات فراوانی نشان داده‌اند که سرب مضرات زیادی برای انسان دارد به طوری‌که قرار گرفتن در معرض مقادیر زیاد سرب می‌تواند باعث مسمومیت سربی شود.

با وجود تمام مضراتی که در معرض سرب بودن برای انسان دارد، این عنصر برای فرآیند لحیم کاری بسیار مفید و کاربردی است. سرب با داشتن نقطه ذوب پایین و ایجاد اتصالات لحیمی خوب، در ترکیبات مورد استفاده برای لحیم کاری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در سال 2006 اتحادیه اروپا پروتکل محدودیت مواد خطرناک (Restriction of Hazardous Substances Directive) که به اختصار RoHS نوشته می‌شود را به روز رسانی نمود. طبق این تصمیم استفاده از سیم لحیم سربی در ساخت تجهیزات الکترونیکی محدود شد. پس از آن استفاده از قلع بدون سرب در پروسه ساخت وسایل الکترونیکی به امری رایج تبدیل شد.

سیم قلع بدون سرب از لحاظ خواص، شباهت زیادی به نوع سرب دار دارد به جز اینکه فاقد سرب است! در ترکیبات سیم لحیم بدون سرب از قلع به عنوان عنصر غالب استفاده می‌شود. همچنین مقادیر ناچیزی از فلزات مس و نقره در آن به کار می‌رود تا خواص آن را بهبود بخشد. این نوع از سیم لحیم با نشان RoHS علامت‌گذاری می‌شود که نشان‌دهنده پیروی از استاندارد محدودیت مواد خطرناک است.

نشان انطباق با استاندارد RoHS

با حذف سرب از ترکیبات سیم لحیم، برخی خواص آن که در انجام فرآیند لحیم کاری کمک کننده بود نیز از بین رفتند. به طور مثال نقطه ذوب پایین سرب از جمله خواص مهم آن در فرآیند اتصال لحیمی بود. فلز قلع نسبت به سرب نقطه ذوب بالاتری دارد و برای رسیدن به حالت مایع به حرارت بیشتری احتیاج دارد. برای حل شدن این مسئله از روغن لحیم یا flux استفاده می‌شود که در این مقاله به آن میپردازیم. این ماده شیمیایی به سیم قلع بدون سرب کمک می‌کند تا آسان‌تر ذوب شود.

انتخاب سیم لحیم مناسب برای کار

با توجه به این توضیحات اگر هدفتان ساخت یک وسیله الکترونیکی است بهتر است از قلع بدون سرب استفاده نمایید تا از ایمنی محصولاتتان مطمئن شوید. برخی از افراد در انتخاب سیم لحیم به دلیل اطمینانی که از قابلیت های سیم لحیمی سربی دارند استفاده از آن را ترجیح میدهند. این در حالیست که برخی دیگر ایمنی و کیفیت را الویت خود قرار می‌دهند و از نوع بدون سرب استفاده می‌کنند. علاوه بر موارد فوق، عوامل دیگری نیز در انتخاب سیم لحیم باید در نظر گرفته شود. توجه داشته باشید که دو نوع ذکر شده از انواع پرکاربرد سیم قلع است. انواع دیگری با ترکیبات شیمیایی متفاوت نیز وجود دارند که بسته به کاربرد مدنظر خود میتوانید آن‌ها را بررسی کنید و از آن‌ها استفاده نمایید. نکته دیگری که توجه به آن ضروری است ابعاد سطح مقطع سیم لحیم است. به طور مثال برای اتصال قطعات بسیار ریز و یا قطعات روبردی (SMD) از سیم لحیم نازک و برای قطعات بزرگ از سیم ضخیم استفاده می‌شود. دقت داشته باشید قلع لحیم کاری علاوه بر حالت سیمی، در شکل‌های دیگری نیز تولید می‌شود (مانند توپ قلع، شمش قلع و ....).

حالا که عوامل موثر در انتخاب نوع لحیم را بررسی کردیم به سراغ بررسی ابزارها و اصطلاحات فنی می‌رویم.

هویه

ابزارهای بسیاری زیادی هستند که به کمک ما در فرآیند لحیم کاری می‌آیند، اما هیچ‌یک به اندازه هویه اهمیت ندارند. در صورتی که هیچ وسیله‌ای به جز سیم لحیم و هویه ندارید به سادگی می‌توانید عمل لحیم کاری را انجام دهید. هویه دستگاهی‌ست که در ابعاد و مدل‌های مختلف ساخته می‌شود اما اساس کار همه مدل‌ها یکسان است. در ادامه به بررسی طرز کار هویه و انواع آن می‌پردازیم.

ساختمان هویه

اجزای اصلی سازنده هویه به شرح زیر هستند:

نوک هویه :

هیچ هویه‌ای بدون داشتن سری آن کامل نیست. نوک هویه قسمتی است که داغ می‌شود و باعث می شود لحیم در اطراف دو قطعه ای که قرار است به هم متصل شوند، جاری شود و آنها را به هم بچسباند. با این که لحیم وقتی که به کارگرفته می شود به نوک هویه می چسبد، یک باور اشتباه ولی متداول این است که نوک هویه لحیم را منتقل می‌کند، ولی در واقع نوک هویه حرارت را منتقل می‌کند، دمای قطعات فلزی را تا نقطه‌ی ذوب لحیم بالا می‌برد و لحیم ذوب می‌شود. در اغلب هویه ها امکان عوض کردن نوک هویه وجود دارد. این امکان به این دلیل در نظر گرفته شده است که ممکن است کاربر برای کاربردی خاص نیاز به نوع خاصی از نوک هویه داشته باشد و یا نوک هویه قدیمی دچار فرسایش شده باشد و راندمان مطلوب را نداشته باشد. نوک هویه در ابعاد و اشکال مختلف تولید و عرضه می‌شود که هرکدام مناسب استفاده برای لحیم‌کاری نوع خاصی از قطعات هستند. از انواع شکل های نوک هویه می‌توان به شکل سوزنی، کاتری، دوسو، فلت و سرکج اشاره نمود. همینطور بسته به توان هویه نیز در انتخاب نوک هویه تنوع وجود دارد.

انواع مختلف نوک هویه از چپ به راست

روش عوض کردن نوک هویه:

تعویض نوک هویه فرایند ساده‌ای است. البته ممکن است بنابر نوع هویه کمی متفاوت با آنچه در اینجا توضیح داده می‌شود باشد. در برخی هویه‌ها در بدنه هویه یک پیچ وجود دارد که با چرخاندن آن نوک هویه در جای خود شل می‌شود. در این حالت می‌توان نوک هویه را خارج کرد و آن را تعویض نمود. دقت کنید که این عمل باید حتما در حالتی که هویه کاملا سرد است انجام شود. همچنین از خارج کردن کامل پیچ از محل خود خودداری کنید. در نوع دیگری از هویه، تعویض نوک بسیار ساده‌تر انجام می‌پذیرد. صرفا کافیست یک فشار به نوک وارد کنید تا به سمت داخل برود، سپس آن را به سمت خارج بکشید. پس از آن نوک هویه جدید را جایگزین نمایید. همچنین نوک هویه‌های پیچی نیز برای بعضی از هویه ها قابل استفاده هستند.

تعویض نوک هویه در هویه ساده

تعویض نوک هویه پیچی

دسته هویه :

دسته هویه قسمتی است که المنت(قسمت داغ شونده) و نوک هویه را نگه می‌دارد. کاربر برای کار با هویه، دسته آن را در دست خود می‌گیرد.

دسته ها معمولا از جنس مواد عایقی مانند رزین، کائوچو و پلاستیک و یا حتی چوب ساخته می‌شوند تا مانع انتقال گرمای نوک هویه به دست کاربر شوند. همچنین آنها سیم‌ها و اتصالات فلزی برای انتقال گرما از منبع یا پریز را در خودشان جای داده‌اند. با توجه به نقش دوگانه دسته در تامین این موارد، اهمیت استفاده از هویه با جنس دسته با کیفیت به خوبی مشخص است.

دو نوع از انواع دسته هویه

بعضی از هویه ها فقط دارای یک دسته ساده هستند که با اتصال به پریز برق، آماده استفاده می‌شوند. این هویه ها بسیار ساده هستند و هیچ کنترلی برای تغییر دما ندارند و کارکردشان بر اساس میزان توان نامی آن‌هاست. در این هویه ها المنت گرمایی به طور مستقیم داخل دسته قرار گرفته است.

یک هویه ی المنتی ساده که تنها دارای یک دسته است. بعضی از این هویه ها نوک قابل تعویض ندارند.

بیس هویه (Base):

بیس یا استیشن هویه، یک جعبه کنترلی است که امکان تنظیم کردن دمای هویه را به کاربر می‌دهد. در این نوع از هویه‌ها، دسته‌ی هویه به کنترلر متصل می‌شود و حرارت توسط مدار الکترونیکی داخل کنترلر تامین می‌شود. پایگاه هویه در انواع آنالوگ و دیجیتال موجود است. در نوع آنالوگ تنظیم دما به وسیله یک ولوم روی صفحه مدرج انجام می‌شود. کنترلر دیجیتالی از تعدادی کلید و صفحه نمایش تشکیل شده‌است که دمای فعلی تنظیم شده روی آن قابل مشاهده است. بعضی از انواع دیگر بیس‌ها هستند که ویژگی‌های پیشرفته مانند نمودارهای منحنی حرارت دارند که کمک می‌کنند کاربر قادر باشد به سرعت گرمای منتقل شده به نوک هویه برای قطعات مختلف را تغییر دهد.

 دو نوع از کنترلر هویه آنالوگ (سمت راست) و دیجیتال (سمت چپ)

کنترلر هویه ها معمولا در بردارنده ی یک ترانسفورماتور بزرگ و چند مدار الکتریکی کنترلی دیگر هستند که با ضریب اطمینان بالا به شما امکان تغییر گرما و حرارت نوک هویه تان را می دهند.

مدار داخلی یک کنترلر  هویه

پایه هویه :

پایه‌ی هویه در اصل یک نوع هولدر است، که در زمان‌هایی که هویه مورد استفاده قرار نمی‌گیرد آن را نگه می‌دارد. اهمیت استفاده از پایه هویه ممکن است ناچیز به نظر برسد اما رها کردن بدون مراقبت هویه بر روی میز یک خطر جدی است. این کار ممکن است باعث سوختن کاربر یا کاربران و یا بدتر از آن، آتش گرفتن میز کار و شروع یک آتش سوزی بشود. پایه هویه نیز در انواع مختلف تولید و عرضه می‌شود. از ساده‌ترین مدل‌ها که صرفا یک استند فلزی است تا انواع پیشرفته هولدر هویه که قابلیت خاموش کردن اتوماتیک هویه در زمان قرار گرفتن در پایه را دارند. این قابلیت به کاهش فرسایش نوک هویه در طول زمان کمک می‌نماید در نتیجه باعث افزایش طول عمر آن می‌گردد.

 انواع مختلفی از استند هویه

تمیز کردن نوک هویه:

هنگام لحیم کاری نوک هویه در مجاورت اکسیژن هوا، اکسید می شود. این پدیده باعث سیاه شدن نوک هویه می‌شود و پس از مدتی خاصیت انتقال حرارت و آب کردن لحیم آن از بین می‌رود و دیگر برای لحیم کاری مناسب نیست. به خصوص در لحیم های بدون سرب، به دلیل ناخالصی‌های موجود در این نوع از سیم لحیم، میزان اکسید شدن و جمع شدن سیاهی‌ها در نوک هویه بیشتر است. به همین علت همیشه توصیه می‌شود که به طور مرتب نوک هویه را پاک کنید. برای پاک کردن نوک هویه روش‌های زیادی مرسوم است. به طور مثال استفاده از یک اسفنج نسوز مرطوب یکی از این روش‌هاست. البته این روش با توجه به شوک دمایی که برای نوک هویه ایجاد می‌کند روش اصولی و درستی نیست. اسفنج خیس، نوک هویه را که در اثر حرارت تمایل به انقباض دارد را دچار کاهش دمای نقطه‌ای و ناگهانی می‌کند. این موضوع عاملی برای ترک خوردن نوک هویه و یا ایجاد حفره در آن می‌شود. این حفره و ترک‌های سطحی باعث می‌شوند کیفیت اتصال لحیمی به شدت افت کند. همچنین استفاده از اسفنج خیس برای تمیز کردن هویه عمر مفید آن را کاهش می‌دهد.

روش اصولی پاک کردن نوک هویه استفاده از اسفنج برنجی است. این اسفنج مخصوص در ظاهر شبیه سیم ظرفشویی است اما جنس آن از فلز برنج است که باعث فرسایش و از بین رفتن نوک هویه نمی‌شود و صرفا لحیم اضافی و اکسید ناخواسته را از نوک آن می‌زداید. همچنین دمای نوک هویه را دچار تغییر نمی‌کند.

نوک دیگری از اسفنج پاک کننده نوک هویه نیز وجود دارد که به آن اسفنج صابونی می‌گویند. این اسفنج مخصوص از مواد شیمیایی خاصی ساخته شده که بدون ایجاد تغییر در دمای نوک هویه، بدون نیاز به رطوبت و بدون بر جای گذاشتن اثری از خود به سادگی اکسیدهای اضافی را پاک می‌کند. به این نوع اسفنج پاک نوک صابونی یا ژله‌ای هم گفته می‌شود.

پاک نوک صابونی خشک

اسفنج برنجی . اگر پایه  هویه‌ی شما محلی برای قرار دادن اسفنج برنجی ندارد، شما می توانید یکی از آنها را با پایه خودش تهیه کنید.

ابزار جانبی لحیم کاری

پس از آشنایی با بخش‌های اصلی لحیم کاری به سراغ ابزارهای کمکی می‌رویم که به کیفیت کار ما کمک می‌کنند.

قلع کش سیمی (Solder Wick):

جذب کننده لحیم، پاک کننده‌ای مناسب برای اصلاح خط قلع است. این ابزار زمانی بسیار پرکاربرد است که شما نیاز به اصلاح یا تعویض قطعات لحیم شده داشته باشید. این نوع از قلع‌کش به صورت رشته‌های مسی نازک به هم تابیده شده است که در مجاورت قلع مذاب آن را به خود جذب می‌کند و در نتیجه بُرد از لکه‌های اضافی لحیم پاک می‌شود.

قلع کش سیمی مسی

احیاکننده نوک هویه (Tip Tinner):

احیاکننده هویه یک خمیر شیمیایی است که برای تمیز کردن نوک هویه از اکسید و پوشش دوباره آن برای جلوگیری از اکسید شدن استفاده می شود. این ماده در اصل یک اسید ضعیف است که به پاک کردن اجزا باقیمانده بر روی هویه کمک می‌کند. همچنین به جلوگیری از اکسید شدن نوک هویه شما در حالتی که بی استفاده است ، کمک می کند.

احیاکننده نوک هویه

قلع‌کش پمپی( Solder vacuum/sucker ):

قلع کش  پمپی وسیله‌ای بسیار کاربردی برای پاک کردن لحیم اضافه است. همچنین در تعویض قطعات و تعمیرات بردها نیز بسیار کاربرد دارد. اساس کار این وسیله بسیار ساده است. همانطور که از اسم آن مشخص یک پمپ داخل آن وجود دارد که با استفاده از فنر در اصل مانند یک پمپ خلا عمل می‌کند و با مکش قلع آب شده در محفظه خود جمع می‌کند. برای عملکرد بهتر قلع کش معمولا از شلنگ نسوز در قسمت نوک آن استفاده می‌شود.

یک نمونه از قلع کش پمپی

ماژیک ذوب کنند لحیم ( Water Soluble Flux Pen )  :

همانطور که در ابتدای این مقاله شرح دادیمFlux  یک ماده شیمیایی است که به ذوب شدن لحیم بدون سرب کمک می کند. ماژیک های Flux به شما کمک می کند تا قطعات سرسخت را با Flux مایع، نرم کنید و اتصالات لحیمی بهتری ایجاد کنید. توصیه می شود که باقیمانده های مایع flux  را از روی برد کاملا پاک کنید. برای اینکار توصیه می‌شود از ایزوپروپیل الکل(IPA)  استفاده نمایید. البته برخی از انواع ماژیک فلاکس وجود دارد که نیازی به پاک کردن پس از استفاده نمی‌باشد (No clean flux pen)

ماژیک حاوی روغن فلاکس

صفحه عایق سیلیکونی مخصوص لحیم کاری ( Insulated Silicone Soldering Mat ) :

با استفاده از صفحه ی عایق سیلیکونی مخصوص لحیم کاری، می‌توانید از میزتان در برابر سوختن و آسیب‌های دیگر محافظت کنید و آن را تمیز نگه دارید.

سیلیکون پد لحیم کاری

سایر ابزار های پیشنهاد شده برای لحیم کاری

ابزارهای دیگری نیز برای انجام لحیم کاری وجود دارند. استفاده از این ابزارهای جانبی بستگی به نوع کار شما دارد و استفاده از آن‌ها ضروری و واجب نیست. صرفا انجام کار لحیم کاری را ‌آسان‌تر می‌نماید. از جمله این وسایل می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

• گیره مونتاژ (جهت نگه داشتن PCB، سیم و یا هر قطعه‌ای که آن را لحیم کاری می‌کنید)
• سیم چین، کف چین، دم‌باریک (به طور مثال اگر بخواهید پایه قطعات لحیم شده را هم سطح برد کنید کف چین استفاده کنید )
• عینک ایمنی (جلوگیری از برخورد پایه کوتاه شده قطعات با چشم)
• ذره بین و میکروسکوپ (لحیم کاری قطعات ریز SMD)
• پایه نگه دارنده قرقره سیم لحیم

گیره مونتاژ

کف چین

عینک ایمنی

جمع بندی و نکات اصلی لحیم کاری

لحیم کردن قطعات در اصل کار ساده‌ایست اما این عمل ساده نیاز به پیروی از اصول و رعایت برخی نکات دارد:

• هنگام کار کردن با هویه داغ بسیار مراقب دست خود باشید.
• برای گرفتن برد یا سیم و ... درحین لحیم کاری از گیره یا کمک افراد استفاده کنید.
• دمای هویه تان را روی یک دمای متعادل تنظیم کنید. (325-375 درجه سلسیوس)
• اگر از هویه قابل تنظیم شما دود بلند می‌شود دمای آن را کم کنید.
• از قسمت کناری نوک هویه استفاده کنید نه نوک تیز هویه. در این حالت محل مورد نظر اتصال بهتر گرم می‌شود همچنین زاویه در دست گرفتن هویه در این حالت نیز مطمئن تر است.
• هم محل قرار دادن قطعه(پد) و هم قطعه‌ای که لحیم می‌کنید را همزمان و به اندازه مساوی گرم کنید تا از آسیب و حرارت بیش‌از حد به برد و قطعه جلوگیری نمایید.
• پس از انجام لحیم کاری ابتدا سیم لحیم را کنار بکشید سپس هویه را. در غیر اینصورت سیم لحیم به محل اتصال می‌چسبد.
• یک اتصال خوب باید شبیه کوه آتشفشان باشد، نه شبیه یک گوی یا مشت.
• اگر از اتصال درست قطعه لحیم شده مطمئن نیستید می‌توانید با مولتی متر محل اتصال را چک کنید.

برای درک بهتر نکات و اصول لحیم کاری به تصویر زیر دقت کنید:

اصول عملی لحیم کاری

نکته مهم در لحیم کاری:

زمانی که با لحیم بدون سرب کار می‌کنید،Flux  (روغن لحیم) تمایل دارد در هر جایی پخش شود، چه این Flux داخل لحیم باشد و یا توسط کاربر به صورت خارجی اضافه شده باشد. در طول زمان flux می تواند باعث خوردگی و فرسایش PCB (برد مدار چاپی) و قطعات شود. بنابراین دانستن چگونگی تمیز کردن PCB و پاک کردن آن از Flux حیاتی است. ساده ترین روش برای تمیز کردن برد استفاده از یک مسواک کوچک نرم (مسواک دندان بسیار عالی عمل می‌کند) و مقداری الکل ایزوپروپیل است. اگر شما درحال لحیم کردن تعداد زیادی برد هستید، ممکن است نیاز به تمیز کردن دسته‌ای آن‌ها داشته باشید. برای این کار ما به شما یک دیگ پرشده از آب مقطر را پیشنهاد می‌کنیم، آب مقطر همچنین مدار شما را از سایر ناخالصی‌ها و آلودگی‌ها حفاظت می‌کند.

تمیز کردن کامل بردتان یک امر ضروری نیست، اما این کار به میزان شگرفی طول عمر مدار شما را افزایش می‌دهد.

برای خرید و بررسی انواع محصولات مربوط به لحیم کاری می توانید به فروشگاه آنلاین پارتینه سر بزنید.

منبع مقاله: SparkFun