Ako sa pripraviť na prácu s doskou plošných spojov -dosky PCB

8.2.2022

PCB dosky (tlačené) nájdeme v akomkoľvek elektronickom zariadení. Práve na tie umiestňujeme všetky prvky. Spojenia medzi nimi majú formu medených ciest chránených pred vonkajšími podmienkami (napr. oxidáciou) takzvaným spájkovaním. Dosky plošných spojov môžu byť vyrobené z rôznych materiálov, hoci najčastejšie sa na tento účel používa PCB laminát zo sklolaminátu, kalený epoxidovou živicou. Takéto dosky môžu byť rezané do rôznych tvarov a veľkostí.

PCB DOSKY – AKO SA VYRÁBAJÚ?

Existujú rôzne procesy na výrobu dosiek plošných spojov – od plne automatizovaných výrobných liniek, z ktorých každý deň prichádzajú tisíce PCB, až po malé dielne, kde sa vyrábajú PCB dosky na kusy. Často sú okruhy navrhnuté a vyleptané v domácich podmienkach nadšencami a domácimi kutilmi. Existujú aj situácie, keď sa elektronické zariadenie pokazí. Niekedy stačí vymeniť jednu položku na PCB doske ale nezriedka sa musíme snažiť trochu viac.

V tomto článku sa budeme zaoberať veľmi rozsiahlou témou, ktorou je príprava pozície, vybavenia a samotnej PCB na prácu. Neberieme do úvahy profesionálne výrobné procesy, zameriavame sa skôr na prácu s doskami plošných spojov v malých dielňach a doma.

PRÍPRAVA PRIESTORU NA PRÁCU S PCB DOSKAMI

Pred začatím akejkoľvek práce stojí za to pripraviť si vhodný priestor. Ak chceme pracovať z domu, nemáme veľa priestoru na manévrovanie. Naša dielňa je zvyčajne v izbe, garáži alebo suteréne. Stojí za to sa postarať o konštantnú teplotu a vlhkosť v miestnosti. Okrem toho by podlaha mala mať vlastnosti ESD alebo (aspoň) byť odolná voči korózii.

Bezpochyby si práca s PCB doskami vyžaduje vhodné pracovné miesto. Pri práci sa zíde písací stôl alebo profesionálny pracovný stôl do dielne. Z bezpečnostných dôvodov by mal byť uzemnený. Pri organizovaní pracoviska sa oplatí postarať sa o úložný priestor – napríklad pridať ďalšie zásuvky, ako aj dostatočné osvetlenie. Môžete použiť lampy určené na takéto účely, ale ak má pracovisko ďalšiu policu umiestnenú nad pracovným priestorom, môžeme pod ne namontovať aj dodatočný LED pásik, ktorý výrazne zlepší osvetlenie hlavnej pracovnej dosky.

Práca s plošnými spojmi tiež vyžaduje vhodnú stoličku. Na trhu sú dielenské stoličky, ktorých povrchy sú správne kontúrované, takže práca pre nás nebude taká únavná, a čo je dôležitejšie, v budúcnosti sa vyhneme problémom s chrbticou.

Ak ste už pripravili správne pracovisko, stojí za to ho teraz vybaviť.

Prvé zariadenie, ktoré príde na myseľ v prípade elektronickej dielne, je samozrejme spájkovačka. Toto je bezpochyby najdôležitejšie zariadenie v dielni. Optimálny bude výber spájkovacej stanice s možnosťou regulácie teploty. Stojí za to venovať dodatočnú pozornosť sile spájkovačky. Veľmi zjednodušene: čím je väčšia, tým rýchlejšie hlava spájky dosiahne nastavenú teplotu. To je obzvlášť užitočné pri spájkovaní oblastí spojených s pomerne veľkou plochou hmoty.

Každá spájkovačka by mala byť vybavená sadou hrotov pre rôzne typy aplikácií. Pre spájkovanie SMD prvkov budú najužitočnejšie presné hroty – kužeľové alebo jednostranne zrezané. Malá veľkosť samotného hrotu umožní v ich prípade presne zahriať konkrétnu spájku. Pri práci s integrovanými obvodmi namontovanými na povrchu bude užitočný aj hrot známy ako mini vlna. To vám umožní ľahko spájkovať všetky ukončenia integrovaného obvodu na jednej strane dosky len jedným ťahom hrotu. Samozrejme, na trhu sú aj o niečo väčšie hroty, ktoré sú určené na spájkovanie a odspájkovanie prvkov, ktoré vyžadujú zahriatie oveľa väčšej plochy.

Stojí za zmienku, že každý spájkovací hrot vyžaduje správnu údržbu, čo vám umožní výrazne predĺžiť ich životnosť. Najobľúbenejším spôsobom, ako ošetriť hrot, je použiť špecializované kovové čistiace prostriedky alebo špeciálne špongie namočené vo vode. Okrem toho stojí za to venovať pozornosť chemickým prípravkom na regeneráciu hrotov.

Tiež sa odporúčajú spájkovacie podložky, ktoré sa umiestňujú na pracovnú dosku. Niekedy sú vybavené malými priehradkami, čo výrazne uľahčuje udržiavanie poriadku počas spájkovania a odpájkovania obvodov, s ktorými pracujeme.

STANICE NA HORÚCI VZDUCH

V procese spájkovania alebo odpájkovania sa zídu aj tzv. stanice na horúci vzduch. Sú užitočné nielen pri montáži a spájkovaní malých povrchovo montovaných komponentov (SMT), ale aj pri zmršťovaní zmršťujúcich sa rúrok.

Pri diskusii o teplovzdušných staniciach stojí za zmienku aj kaptónová páska, ktorá nám vďaka svojej odolnosti voči vysokým teplotám umožňuje chrániť určité prvky, ktoré by sme nechceli odpájkovať. Tento typ pásky je obzvlášť užitočný pri práci s malými doskami, na ktorých je väčšina komponentov vyrobená technológiou SMD. Najčastejšie ňou pokrývame oblasť okolo spájkovaného prvku, takže prvky umiestnené pod páskou nebudú náhodne presunuté alebo odpájkované.

Vysokoteplotná páska

Vo vyššie uvedenom procese odpájkovania, prostredníctvom ktorého môžeme odstrániť akýkoľvek komponent z dosky plošných spojov bude užitočný odsávač cínu a odpájkovacia páska, bežne nazývaná pletencom. Vďaka nim budete môcť ľahko odstrániť prebytočný cín zo spájkovacieho poľa, čo uľahčí demontáž elektronického prvku. Ak si chcete postaviť naozaj profesionálnu dielňu, stojí za to premýšľať o odpájkovej stanici. Treba však mať na pamäti, že takáto stanica vyžaduje pravidelné čistenie.

Ďalšie zariadenie môže byť užitočné pri vytváraní vlastnej dosky plošných spojov. Je to mini vŕtačka. Ak chcete umiestniť komponenty cez otvor (montáž typu THT) na dosku, musíte v nej urobiť vhodné otvory. Ich priemer je zvyčajne veľmi malý, navyše, akonáhle sú umiestnené pomerne husto, je neraz potrebné presné zariadenie, aby takéto otvory dokázalo vyrobiť. Ak chcete pracovať s mini vŕtačou, mali by ste sa tiež vybaviť sadou malých presných vrtákov.

ZAČÍNAME PRACOVAŤ S PCB DOSKOU

Ak je už vaša dielňa vybavená základným vybavením, teraz sa môžete začať venovať samotnej doske plošných spojov. V závislosti od toho, či chcete len spájkovať už hotovú dosku alebo si ju pripraviť od nuly, musíte podniknúť príslušné kroky.

PRÍPRAVA PCB DOSKY OD NULY

Na čistý laminát je potrebné nejako umiestniť všetky trasy spojov a spájkovacie polia dosky plošných spojov. Na tento účel sa používa takzvaný proces leptania dosky. Spočíva v nanesenie ochrannej vrstvy, aby sa meď umiestnená na nej neznehodnotila. Existuje mnoho spôsobov, ako aplikovať spoje, najjednoduchšie je ich nakresliť značkovačom alebo vytlačiť obrázok trás na kriedový papier a potom ich odtlačiť na dosku.

Ak sú spoje nanesené, môžete prejsť na samotné leptanie. Doska sa umiestni do špeciálneho roztoku B327 alebo chloridu železitého. Táto látka odstráni meď na miestach, kde sme neumiestnili spoje.

Akonáhle je obvod pripravený, musí byť riadne zabezpečený. Na tento účel sa doska podrobí procesu cínovania , to znamená nanesenia vrstvy cínu na medenú vrstvu. To sa dá urobiť ručne alebo použiť hotové chemické prípravky.

Na samom konci stojí za to pokryť navrhnutú dosku takzvanou spájkovacia maska. Je to chemická elektricky inertná vrstva, ktorá okrem ochrany pred oxidáciou chráni obvod aj pred náhodným skratom.

SPÁJKOVANIE HOTOVÉHO PCB OBVODU

Držiak PCB

Aby ste si uľahčili prácu dosku PCB bude najlepšie upevniť do špeciálneho držiaka. Môže mať rôzne formy, avšak najbežnejšia je takzvaná tretia ruka vybavená lupou.

Držiaky na prácu s PCB

Akonáhle je doska plošných spojov stabilná, môžeme začať proces spájkovania. Na tento účel bude potrebným prvkom spájkovacie tavidlo. Na trhu existujú dva typy spojovacieho materiálu – olovené a bezolovené. Olovené cíny sa vďaka obsahu škodlivých prvkov používajú čoraz menej – najmä v lekárskych alebo vojenských aplikáciách, kde je dôležitá spoľahlivosť. Bezolovnaté spojivo sa spájkuje o niečo ťažšie, ale nevytvára také nezdravé výpary.

Počas spájkovania sa tvoria prchavé látky škodlivé pre naše telo. Stojí za to vybaviť sa takzvaným odsávačom výparov. Vďaka tomu sa nedostanú do nášho dýchacieho systému, pretože budú odsaté. Tieto zariadenia sú k dispozícii v troch formách: stôl namontovaný na pohyblivom ramene a ako skrinka s potrubím, ktoré môže byť inštalovaná kdekoľvek.

Odsávače pár

V procese spájkovania sú užitočné aj všetky druhy tavidiel. Ich použitie výrazne uľahčuje proces spájkovania, najmä SMD prvkov.

Akonáhle je doska PCB spájkovaná s dostatočnou pevnosťou, je pravdepodobne pokrytá zvyškami tavidla alebo inými usadeniami, ktoré je potrebné odstrániť. Na tento účel môžeme použiť najbežnejší izopropylalkohol, takzvaný IPY alebo špecializované čistiace prostriedky vo forme aerosólu. Tieto typy výrobkov majú často trysku, ktorá končí kefkou na jednoduché čistenie obvodov dosiek plošných spojov. Dosky môžu byť tiež čistené ultrazvukovým čističom, ale na tento účel budete potrebovať čistič venovaný danému typu zariadenia. Za zmienku stojí takisto ponuka tavidiel typu no-clean, ktoré vďaka svojmu zloženiu nevyžadujú čistenie.

PCB dosku po vyčistení a vysušení môžeme pokryť špeciálnou vrstvou laku na PCB, ktorý ochráni plošný spoj pred nežiaducimi vonkajšími podmienkami. Na ochranu tiež môžeme použiť gély a pasty. Je to užitočné najmä vtedy, keď je stroj určený na prevádzku vonku alebo za nepriaznivých výrobných podmienok. Takto pripravená doska môže byť považovaná za dokončenú a môže byť vložená do puzdra zariadenia.

NÁSTROJE A CHÉMIA PRE PRÁCU S DOSKAMI PLOŠNÝCH SPOJOV

Pri práci s PCB môžu byť pre nás užitočné presné pinzety. Môžeme ich použiť ako na spájkovanie, tak aj na odpájkovanie daného spoja. Najužitočnejšie budú pinzety s „ostrým" ukončením, pomocou ktorých budeme môcť prispôsobiť prvok spájkovaciemu poľu.

Väčšina PCB dosiek je umiestnená v rôznych typoch zariadení, ktoré je potrebné otvoriť. Na tento účel budú užitočné nástroje, ako sú skrutkovače s rôznymi hrotmi, kliešte alebo cvikacie nožnice. Ide však o nástroje, ktoré sú zvyčajne už súčasťou elektronickej dielne. Pri práci s PCB budú užitočné aj rôzne druhy chemikálií, medzi ktoré patria už vyššie: izopropylalkohol, tavidlo a látky na regeneráciu hrotov alebo PCB lak. Okrem nich sa zíde aj kolofónia, ktorá rovnako ako tavidlo uľahčuje spájkovanie, sprej/kvapalný "kontakt" používaný na regeneráciu, napr. potenciometrov alebo teplovodné lepidlá umožňujúceho pripojenie chladiča odvádzajúceho teplo.

Téma vybavenia dielne a práce s doskami je veľmi široká. Musíme si pripraviť správne pracovisko a vybaviť ho nástrojmi a materiálmi, ktoré nám umožnia pracovať presne a bezpečne. S takouto prípravou budeme môcť začať pracovať s PCB bez problémov.

Predchádzajúci článok Ďalší článok

Prihlásenie k vášmu účtu