ก่อนอื่นเลย อย่าขี้เกียจ ดูคลิปนี้ให้จบนะครับน้อง

การบัดกรีชิ้นส่วน SMD ที่บ้านเนี่ย ไม่ต้องใช้อุปกรณ์แพงๆหรูๆก็ทำได้ครับพี่น้อง แค่มีหัวแร้งก็จัดได้แล้ว

SMD ย่อมาจาก Surface Mount Device มันคือชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่เราบัดกรีลงบนพื้นผิวของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) นั่นแหละ

วันนี้พี่จะมาสอนวิธีบัดกรี SMD ด้วยหัวแร้งธรรมดาๆ ไปดูกันเลย อย่าหลับนะ!

อธิบายเพิ่มอีกนิด SMD มันคือชิ้นส่วนที่ติดตั้งบน *พื้นผิว* ของแผงวงจร ต่างจากชิ้นส่วนแบบมีขา (Through-hole) ที่ต้องเสียบลงรู

เครื่องมือที่ต้องมีติดบ้านไว้สำหรับบัดกรี SMD มีดังนี้ครับ:

• หัวแร้ง (ถ้ามีหัวเล็กๆ แบบปลายแหลมจะดีมาก)
• ตะกั่วบัดกรี
• ฟลักซ์ (Flux) (มีช่วยชีวิตมาก แต่ถ้าไม่มีก็รอดได้)
• คีมคีบ (Tweezers)
• กล้องจุลทรรศน์หรือแว่นขยาย (Loupe) (ตัวช่วยสำคัญ ตรวจงานละเอียด)

วิธีบัดกรีตัวต้านทาน SMD (Resistor)

มาเริ่มฝึกกันด้วยการบัดกรีตัวต้านทาน SMD ก่อนเลย งานเบสิคสุดๆ

เริ่มจากทาฟลักซ์ลงบนแผ่นสัมผัส (Pad) ด้านหนึ่งของแผงวงจร ฟลักซ์จะช่วยทำความสะอาดและทำให้ตะกั่วติดง่ายขึ้น

เอาแร้งจุ่มตะกั่วเล็กน้อย แล้วแตะลงบน Pad นั้น เพื่อให้ตะกั่วเกาะติด Pad บ้าง

วางตัวต้านทานลงตำแหน่งที่ถูกต้อง แล้วใช้คีมคีบจับไว้ให้มั่น ในขณะเดียวกันก็ใช้หัวแร้งแตะที่ Pad และขาของตัวต้านทานเพื่อให้ความร้อนทั้งสองจุด

ตอนนี้ตัวต้านทานควรจะติดอยู่ด้านหนึ่งแล้ว จุ่มแร้งกับตะกั่วอีกครั้ง แล้วไปบัดกรีที่ Pad ด้านตรงข้ามซะ

ตัวต้านทานน่าจะเรียบร้อยแล้วล่ะ แต่พี่แนะนำให้หยิบกล้องจุลทรรศน์หรือแว่นขยายมาตรวจสอบจุดบัดกรีด้วยนะ ว่าติดแน่นดี ไม่มีสะพานตะกั่ว (Solder Bridge) ละกัน

วิธีบัดกรีชิป SMD

วิธีบัดกรีชิป SMD ก็คล้ายๆกับการบัดกรีตัวต้านทานนั่นแหละครับ ใจเย็นๆ ทำตามขั้นตอน

เริ่มด้วยการทาฟลักซ์ลงบน Pad ทั้งหมดที่ชิปจะต้องนั่งลง

บัดกรีตะกั่วลงบน Pad มุมใดมุมหนึ่งของชิปก่อน (เพื่อใช้เป็นจุดยึดชั่วคราว)

ใช้คีมคีบวางและจัดตำแหน่งชิปให้ตรงกับ Pad พอดี

จับชิปให้อยู่กับที่ แล้วใช้หัวแร้งแตะที่ Pad มุมที่เราบัดกรีตะกั่วไว้แล้ว เพื่อให้ตะกั่วหลอมละลายยึดขาชิปกับ Pad เข้าด้วยกัน

ตรวจสอบการจัดตำแหน่งของชิปอีกที ถ้ายังไม่ตรง ให้ใช้หัวแร้งละลายตะกั่วจุดนั้นแล้วจัดใหม่ให้ตรงเป๊ะ

ต่อไป บัดกรีที่มุมตรงข้าม โดยเอาตะกั่วติดหัวแร้งนิดหน่อย แล้วไปแตะที่ Pad และขาชิปพร้อมกัน ทำแบบนี้กับขาทุกขาของชิปไปเรื่อยๆ ไล่ไปทีละขา

หลังจากบัดกรีครบทุกขาแล้ว อย่าลืมตรวจสอบจุดบัดกรีอย่างละเอียดด้วยกล้องจุลทรรศน์หรือแว่นขยายอีกครั้งนะ ดูให้ชัวร์ว่าไม่มีจุดบัดกรีที่เสีย (Cold Joint) หรือสะพานตะกั่ว (Solder Bridge) เผื่อไว้ก่อน งานจะได้ไม่พัง ฮ่าๆ

เทคนิคการประกอบชิ้นส่วนแบบติดพื้นผิว (Surface-Mount)

โปรเจคนี้เป็นคู่มือจัดเต็มสำหรับการย่อขนาดโปรเจค Arduino ของคุณให้จิ๋วแต่แจ๋ว ด้วยการเปลี่ยนจากชิ้นส่วนแบบรูทะลุ (DIP) มาเป็นชิ้นส่วนแบบติดพื้นผิว (SMD) กัน

• การเชื่อมต่อแพ็คเกจ TQFP-32: โฟกัสไปที่การบัดกรีชิป ATmega328P-AU แบบแม่นยำสุดๆ ครอบคลุมตั้งแต่การใช้หัวแร้งปลายแหลม, เพสต์บัดกรี, และเทคนิคการรีโฟลว์ด้วยลมร้อน เพื่อให้ขาที่ห่างกันแค่ 0.8mm จัดเรียงตัวได้เป๊ะเวอร์
• วงจรแบบมินิมอล: อธิบายการจัดวางชิ้นส่วน SMD สำคัญๆ เช่น ตัวเก็บประจุบายพาส (Decoupling Capacitor) ขนาด 0603 และคริสตัลออสซิลเลเตอร์จิ๋ว ซึ่งช่วยลดขนาดของแผ่น PCB ลงได้อย่างมาก

วิธีอื่นๆ

ยังมีวิธีบัดกรี SMD อีกหลายแบบ ด้านล่างนี้พี่จะอธิบาย 2 วิธีที่พี่ใช้บ่อยๆ

ใช้เพสต์บัดกรี

เริ่มต้นด้วยการทาฟลักซ์ลงบนแผ่นวงจรก่อน จากนั้นก็ปาดเพสต์บัดกรีลงบนแผ่นสัมผัส (Pad) ทั้งหมดของชิ้นส่วนที่ต้องการบัดกรี

ใช้ปากคีบวางชิ้นส่วนให้อยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้อง แล้วคีบไว้ให้มั่น วางหัวแร้งลงบนแผ่นสัมผัสแต่ละจุดเพื่อให้ตะกั่วหลอมละลายและเชื่อมต่อระหว่างชิ้นส่วนกับแผ่นวงจรได้ดี

วิธีเทตะกั่วท่วม

วิธีนี้ใช้สำหรับบัดกรีชิปโดยเฉพาะ

เริ่มเหมือนเดิมคือทาฟลักซ์บนแผ่นวงจรก่อน จากนั้นยึดขามุมหนึ่งของชิปให้ติดกับแผ่นวงจรด้วยตะกั่วเล็กน้อย ตรวจสอบให้แน่ใจว่าชิปจัดวางตรงตำแหน่งพอดีกับแผ่นสัมผัสแล้ว

ทีนี้ก็ใช้หัวแร้ง เทตะกั่วให้ท่วมขาทั้งหมดเพื่อให้ขาทุกขาเชื่อมต่อกัน ในรูปด้านล่างจะเห็นว่าเทแค่บางขา แต่แนวคิดคือให้เทให้ท่วมขาทั้งหมดเลย

จากนั้นเริ่มจากปลายด้านหนึ่ง อุ่นตะกั่วให้ละลายประมาณ 2-3 ขา แล้วใช้เครื่องดูดตะกั่วดูดตะกั่วส่วนเกินออก

ทำแบบนี้ไปเรื่อยๆ ตลอดแถว โดยอุ่นทีละ 2-3 ขาพร้อมกับดูดตะกั่วออก หลังจากดูดตะกั่วส่วนเกินออกหมดแล้ว อย่าลืมตรวจสอบรอยบัดกรีลัดวงจร (Solder Bridge) ด้วยกล้องจุลทรรศน์ด้วยล่ะ

ยังมีวิธีบัดกรี SMD อีกวิธีที่ไม่ได้พูดถึงคือการใช้เตาอบรีโฟลว์ (Reflow Oven)

นี่เป็นวิธีบัดกรีที่พบได้บ่อยที่สุดในระดับการผลิตเชิงพาณิชย์เลย

การใช้สเตนซิล

ความพร้อมสำหรับการผลิต

• การใช้สเตนซิล: รวมคู่มือการใช้สเตนซิลตัดเลเซอร์สำหรับการปาดเพสต์บัดกรีอย่างรวดเร็ว ช่วยให้คุณเปลี่ยนจากโปรโตไทป์ DIY ชิ้นเดียวไปสู่การผลิตแบบมืออาชีพเป็นล็อตเล็กๆ ได้

เครื่องมือที่ต้องเตรียม:

• สเตนซิล
• แผ่น PCB ที่ตรงกับสเตนซิล
• เพสต์บัดกรี (แนะนำ Kester Easy 256)
• ที่ปาดหรือใบมีดบางๆ
• พื้นที่ผิวเรียบ/โต๊ะ
• แสงสว่างที่เพียงพอ!
• แอลกอฮอล์ล้างแผ่นวงจร
• กระดาษทิชชู่เยอะๆ

ของเสริม (มีก็ดี):

• กล่องทุปเปอร์แวร์
• ตู้เย็นเล็ก
• ไขควงหรืออุปกรณ์สำหรับคนเพสต์
• แผ่น PCB เสียสำหรับทำกรอบยึด

ซอลเดอร์เพสต์ (Solder Paste)

ซอลเดอร์เพสต์คือสารสีเทาเหนียวๆ ที่ค่อนข้างเหลว - อ่อ นั่นมันเพสต์นี่หว่า... โดยหลักก็คือตะกั่วกับดีบุกผสมกับฟลักซ์และส่วนผสมวิเศษอื่นๆ เราของเราใช้ Easy 256 จาก Kester ทำไมเหรอ? มันเป็นแบบ No-Clean แปลว่าพอรีโฟลว์บอร์ดเสร็จ ก็จบ! ไม่ต้องล้างบอร์ดให้วุ่นวาย ซอลเดอร์เพสต์ยี่ห้อไหนก็ใช้ได้ทั้งนั้นแหละ

ปัญหาหลักอย่างนึงคือการหาซื้อมันมา ไห 500g อาจจะราคาตั้งแต่ $50-$200 ซึ่งก็แย่พออยู่แล้ว บริษัทที่เราซื้อมักจะคิดค่าส่งแพงหูฉี่ ทั้งส่งด่วนข้ามคืน, บรรจุภัณฑ์ควบคุมอุณหภูมิ, และค่าจัดการสารอันตราย ใช่แล้ว ตะกั่วนี่ถือเป็นสารอันตราย ใครจะไปรู้? ที่แย่กว่านั้นคือ พอเราเล่าเรื่อง "ตะกั่วเป็นสารอันตราย" ให้พี่สาวที่เป็นพยาบาลฉุกเฉินฟัง เธอบอกว่าโรคพิษตะกั่วมันไม่มีอาการชัดเจนหรอก นอกจากสมองเสื่อมเท่านั้น ต้องเจาะเลือดตรวจหาโดยเฉพาะถึงจะรู้ว่าเป็นหรือเปล่า เราเลยไม่แน่ใจว่านี่แปลว่าเรายังโอเคอยู่ หรือว่าเรากำลังเป็นพิษอยู่แล้ว และธรรมชาติที่ดูตลกของบทเรียนพวกนี้คือหลักฐาน...

Kester Easy Profile 256 - สังเกตว่าเพสต์เราหมดอายุแล้ว...

ผู้ขายซอลเดอร์เพสต์มักจะยืนยันให้ส่งแบบควบคุมอุณหภูมิและส่งด่วนข้ามคืน เพราะถ้าอุณหภูมิไม่คงที่ ซอลเดอร์เพสต์อาจจะ 'ใช้ไม่ได้' แน่นอนว่าเราไม่เจอเคสแบบนั้นหรอก - แต่ก็อีกนั่นแหละ เราไม่ได้ผลิตบอร์ดเป็นหมื่นๆ แผ่น ลองนึกภาพดูสิ ถ้าคุณสกรีนและวางชิ้นส่วนกับ PCB มูลค่า $40,000 ไปแล้ว แต่เพสต์มันเสียไปทั้งแบทช์ คุณจะไปฟ้องใคร? ตอนนี้รู้แล้วใช่ไหมว่าทำไมผู้ขายถึงเครียด แต่เราไม่จำเป็นต้องเครียดตามหรอก...

เราเคยสังเกตว่าเพสต์จะเปลี่ยนสภาพไปเรื่อยๆ ถ้าไม่แช่ตู้เย็น ซอริงจ์หรือหลอดเพสต์ควรจะเก็บในภาชนะปิดสนิท ในที่เย็นๆ (เช่นห้องใต้ดิน) ได้หลายสัปดาห์ ซื้อให้พอดีกับงานที่ทำนะ อาจจะคุ้มที่จะซื้อตู้เย็นเล็กๆ แบบที่เราซื้อจาก Tar-chet มาเก็บ $60 ในยุคนี้ก็พอใช้ได้อยู่นะ

มีเรื่องเศรษฐศาสตร์นิดหน่อยที่เราไม่อยากคำนวณ แต่เราประหยัดเงินได้โดยการซื้อเพสต์ปริมาณมาก แล้วจ่ายเพิ่มสำหรับการเก็บรักษา (เงินซื้อตู้เย็นและค่าไฟ) สุดท้ายแล้วเพสต์อยู่ได้นานขึ้น และเราคิดว่าในระยะยาวมันถูกกว่า คุณอาจจะเก็บซอลเดอร์เพสต์ในตู้เย็นปกติก็ได้ แต่เว็บไซต์ทุกแห่งบอกว่านี่เป็นความคิดที่แย่ เราก็เห็นด้วยเพราะมันไม่เสียอะไรเราเลย จำเรื่องสมองเสื่อมได้ไหม?

เครื่องมือ

พวกนี้ก็พื้นฐานดีนะ แต่อย่างหนึ่ง เรายังหาตะเกียบ (squeegee) ดีๆ ราคาถูกมาทดแทนของเราไม่ได้เลย

หลักๆ แล้วคุณต้องมีไม้คน (ไขควง), ผ้าทิชชู่ทั้งกอง, แอลกอฮอล์ล้างทำความสะอาด, และอะไรสักอย่างที่เป็นตะเกียบ/ไม้ปาด เราแนะนำให้ใช้ไขควงที่คุณไม่คิดจะใช้ทำอย่างอื่นอีกแล้ว และพูดถึงเรื่องนี้ อะไรๆ รอบๆ พื้นที่ทำสเตนซิลก็มักจะเลอะเทอะไปด้วยเพสต์แห้งๆ หลังจากใช้ไปสักสองสามวัน

ตะเกียบราคา $35 จาก Madell Tech มันมากับเครื่องพิมพ์สเตนซิลของเรา (เห็นอยู่ทางขวาในรูปด้านบน) แม้ว่าเครื่องพิมพ์จะเป็นการเสียเงิน $300 ไปฟรีๆ แต่เราใช้ฐานโลหะเรียบๆ ของมันนะ - ถึงแม้ว่าคุณจะใช้พื้นผิวเรียบๆ อะไรก็ได้ก็ตาม ปัญหาของเครื่องพิมพ์คือมันใช้ได้แค่สเตนซิลแบบมีกรอบเท่านั้น ตอนแรกเราไม่รู้เรื่องนี้ มันก็ดูโอเค แต่เราไม่เคยซื้อสเตนซิลแบบมีกรอบจริงๆ เลย (>$150) เครื่องพิมพ์สเตนซิลจะยึดสเตนซิลแบบมีกรอบไว้ในที่ ในขณะที่ผู้ใช้งานปรับตำแหน่งฐานโลหะ (ที่มี PCB วางอยู่ด้านบน) ใต้สเตนซิลด้วยปุ่มปรับเล็กๆ รอบฐาน นี่คงจะเหมาะถ้าเราต้องทำสเตนซิลบอร์ดจำนวนมากด้วยมือ แต่สำหรับทำแค่ชิ้นเดียว การถือสเตนซิลให้อยู่กับที่ง่ายกว่ามาก

ตะเกียบอันนี้มีใบมีดโลหะบางๆ ที่เปลี่ยนได้ มันยืดหยุ่นได้ดีเวลาคุณปาดเพสต์ ถึงแม้ว่าเราจะไม่รู้สึกต่าง แต่เบนบอกว่าใบมีดมันเริ่มสึกแล้ว - และนี่เป็นเรื่องปกติกับตะเกียบระดับสูง - แต่คุณคิดว่าเราจะเปลี่ยนมันไหม? อาจจะไม่... พอใบมีดสึก ความหนาของรูสเตนซิลจะไม่สม่ำเสมอ : ใบมีดจะดันลงไปในบางรู ในขณะที่ลอยสูงเหนือรูอื่นๆ พอทำ PCB สักสองสามแผ่น คุณก็จะเห็นเองว่ามันไม่ได้สำคัญถึงขั้นเป็นภารกิจเสี่ยงตายเลย เราได้ผลลัพธ์ดีมากกับชิ้นส่วน 0603, QFN พิทช์ 0.5mm และ BGA เลย! ถ้าหาตะเกียบซอลเดอร์เพสต์ไม่ได้ง่ายๆ เราเคยใช้ใบมีดโกนแทนก็ได้ผลดีเหมือนกัน

ซอลเดอร์เพสต์เก็บอยู่ในกล่องทับเปอร์แวร์ แล้วก็เอาไปใส่ในถุงซิปล็อคอีกที แพ็คเกจปิดสนิทนี้จะถูกเก็บในตู้เย็นเมื่อไม่ใช้ ทุกครั้งที่ใช้เพสต์ เราจะคนให้ดีด้วยไขควง ถ้าเพสต์ดูแห้งหรือเหนียวเกินไป เราก็เติมเพสต์ใหม่จากหลอดใหญ่ โดยใช้ไขควง (ที่สะอาดกว่า) ดันที่กั้นให้เพสต์ออกมา วิธีนี้ขัดกับคำแนะนำทั้งหมดเลยนะ ระวังหน่อย - เรากำลังทำให้เกิดการปนเปื้อนโดยการผสมเพสต์ใหม่กับเพสต์เก่า เรายังใช้เพสต์ที่ค่อนข้างเย็นด้วย - เราชอบให้ความข้นหนืดมันมากหน่อยเวลาทำสเตนซิล อีกแล้ว พวกมืออาชีพตัวจริงบอกว่าควรให้มันอยู่ที่อุณหภูมิห้อง เดาเอาเองแหละน้อง - ฝึกฝนบ่อยๆ เข้าไว้

นี่คือตะเกียบหลังจากใช้ครั้งแรก สังเกตเห็นชั้นเพสต์ที่ติดอยู่บนใบมีดไหม มันพร้อมจะลุยอีกแล้ว!

สเตนซิล -

เป็นแหล่งที่ดีในการหาสเตนซิลพลาสติกราคาถูก มีค่าทำแบบ $20 และ $1 ต่อนิ้วหลังจากนั้น เขาใช้แผ่นไมลาร์หนา 3 หรือ 4 มิล และได้ความแม่นยำที่ค่อนข้างดี โอเค อ่านอีกที: $20 ค่าทำแบบ และ $1 ต่อนิ้ว นั่นหมายความว่าถ้า PCB ของคุณขนาด 3x4 นิ้ว และคุณมีไฟล์เจอร์เบอร์สำหรับเพสต์ด้านบน (*.gtp Protel) หรือด้านล่าง (*.gbp) คุณก็ได้สเตนซิลในราคา $32 $32! นั่นคือ 1/5 ของราคาที่อื่น!

สเตนซิลมาหมุนเป็นแผ่นพลาสติกใสๆ เขามักจะตัดสเตนซิลให้เราได้ภายในวันเดียวกันหรือวันถัดไป ส่ง USPS Priority จากเนวาดาก็ 3 วัน ไม่เลวเลย

เราใช้สเตนซิลหนา 4 มิล สำหรับชิ้นส่วนใหญ่ๆ อย่าง 0805-1206 และหนา 3 มิล สำหรับชิ้นส่วนพิทช์แน่นๆ ถามทางนั้นดูว่าเขาแนะนำอะไร ยิ่งสเตนซิลบาง ยิ่งใส่เพสต์น้อย ยิ่งเพสต์บาง โอกาสเกิดการลัดวงจร (jumper) ก็ยิ่งน้อย แต่โอกาสขาดการเชื่อมต่อก็ยิ่งสูง

สเตนซิลซอลเดอร์เพสต์ทำจากไมลาร์ใส ตัดด้วยเลเซอร์

คุณอาจสังเกตว่ามีดีไซน์หลายแบบและดีไซน์ต่างกันบนสเตนซิลแผ่นเดียวกัน คุณสามารถช่วยลดค่าทำแบบ $20 ได้โดยการรวมดีไซน์ต่างๆ ของคุณไว้บนสเตนซิลแผ่นเดียว แม้ว่ามันอาจจะไม่ช่วยนักเล่นมือใหม่ที่ทำแค่ 1 หรือ 2 ลายวงจรในแต่ละครั้ง แต่เรายัด 6 หรือ 8 ดีไซน์ลงในแผ่นเดียว! มันใช้ได้ - เรารับประกัน

ใต้สเตนซิลคือแผง MiRF ขนาด 2x4 แผ่นแน่นมาก ใช้ชิ้นส่วน 0603 กับ IC QFN nRF2401A เรารวมลายวงจรเป็นแผงแล้วส่งไฟล์แผงนั้นไปที่ Gold Phoenix จากนั้นเราส่งเลเยอร์เพสต์ด้านบน (เราไม่ค่อยใส่ชิ้นส่วนด้านหลัง PCB สมัยนี้แล้ว) ไปที่ Pololu เพื่อให้เขาตัดสเตนซิล สเตนซิลมักจะมาถึงทางไปรษณีย์ก่อน PCB เสมอ

ได้เวลาเพสต์! -

พูดมามากแล้ว - ถึงเวลาลงมือ! ก่อนอื่นเราต้องล้อมบอร์ดที่เราจะทำสเตนซิลด้วยบอร์ดอื่นๆ ที่มีความหนาใกล้เคียงกัน เนื่องจากเราใช้แต่บอร์ดหนา 0.062" เรื่องนี้ก็ง่ายมาก

ทำไมต้องมีบอร์ดเพิ่ม? เพราะเวลาคุณลากตะเกียบผ่านสเตนซิล สเตนซิลต้องอยู่แบนราบไม่งั้นมันจะงอ/เป็นคลื่น และเพสต์จะถูกบีบเข้าไปในและรอบๆ รูที่มันไม่ควรจะอยู่! วิธีนี้คุณสามารถลากตะเกียบผ่านพื้นผิวที่แบนราบสนิทซึ่งก็คือชุดบอร์ดจิ๊กซอว์นั่นเอง ใช้ PCB เศษอะไรก็ได้ - เห็นไหม เรามีเพียบ

เห็นสเตนซิลไหม? ดีไซน์ที่เราต้องการบนสเตนซิลนี้ถูกจัดเรียงคร่าวๆ ให้ตรงกับบอร์ดที่อยู่ตรงกลาง

ต่อไป ก็ปาดเพสต์ที่ผสมใหม่แล้วลงไปก้อนใหญ่ๆ นี่ดูเหมือน