SMD (Surface Mount Device) คืออะไร (ตอนจบ)

เรามาติดตามต่อจากบทความ SMD (Surface Mount Device) คืออะไร จากตอนแรก กันครับ

เริ่มต้นออกแบบด้วย SMD
สำหรับโครงงานที่ใช้แผ่น PCB เอนกประสงค์ (ปรินท์ไข่ปลา) อุปกรณ์ SMD อาจจะไม่เหมาะสมนัก แต่สำหรับโครงงานที่ต้องออกแบบลายวงจรเองแล้ว การออกแบบโดยใช้อุปกรณ์ SMD ไม่ใช่เรื่องยากเลย โดยทั่วไปแล้วโปรแกรมสำหรับออกแบบลายวงจร จะมีFootprint ของอุปกรณ์เหล่านี้ให้อยู่แล้ว ไม่ว่าจะเป็นตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ ไปจนถึงไอซีรูปแบบต่างๆ สิ่งสำคัญคือเราต้องรู้ว่าอุปกรณ์ที่เราจะนำมาใช้นั้นเป็น Package อะไร ซึ่งสามารถหาได้จาก Datasheet ของอุปกรณ์นั้นๆ
  ตัวต้านทาน Package ของตัวต้านทานจะบอกเป็นขนาดด้านยาวและด้านกว้าง เช่น 0603 มีความยาวประมาณ 0.06 นิ้ว หรือ 60 mil (1 mil คือ 1/1000 นิ้ว) กว้างประมาณ 0.03 นิ้ว หรือ 30 mil โดยกำลังที่ทนได้ ก็จะเพิ่มขึ้นตามขนาด เช่น 0603 ทนได้ประมาณ 1/10W, 0805 ทนได้ประมาณ 1/8W, 1206 ทนได้ประมาณ 1/3W เป็นต้น (กำลังงานที่ตัวต้านทานทนได้ไม่เท่ากันในแต่ละยี่ห้อ)
  ตัวเก็บประจุ เนื่องจากมีรูปร่าง เช่นเดียวกับตัวต้านทาน จึงใช้ชื่อPackage เดียวกัน โดยตัวเก็บประจุที่มีค่าความจุสูง หรือทนแรงดันได้สูง ก็จะยิ่งมีขนาดใหญ่ขึ้น
          หมายเหตุ Package ของตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ (หรืออุปกรณ์อย่างอื่นที่มีลักษณะเดียวกัน) สามารถเรียกได้สองหน่วย คือ หน่วยเซนติเมตร และหน่วยนิ้ว เช่น 0603 ในหน่วยที่เป็นนิ้ว หมายถึง 1608 ในหน่วยเซนติเมตร ซึ่งชื่อ Package ทั้งสองแบบนี้จะคล้ายคลึงกัน อาจทำให้เกิดความสับสนได้ โดยทั่วไปนิยมใช้หน่วยเป็นนิ้ว
  ไดโอด โดโอดชนิดที่มีสองขา (มีตัวเดียวใน 1 Package) ก็ใช้ชื่อเรียกเช่นเดียวกับตัวต้านทาน เช่น ไดโอดเบอร์ 4148 อาจอยู่ในรูปแบบ 0603 หรือ 0805 หรือถ้าเป็นชนิดที่มี 2 ตัวใน Package เดียว ก็อาจอยู่ใน Package SOT-23
  ทรานซิสเตอร์ สำหรับทรานซิสเตอร์ที่ใช้ในงานดิจิตอลทั่วไป สามารถใช้ในรูปของ SOT-23 หรือถ้าใช้งานที่กระแสมากขึ้น อาจอยู่ใน Package SOT-223, D-PAK ข้อดีอย่างหนึ่งของการใช้ทรานซิสเตอร์ที่เป็น SMD คือ การจัดเรียงขาที่เหมือนกัน ทำให้สามารถเปลี่ยนเบอร์ได้ โดยไม่ต้องแก้ลายวงจร
  ไอซี สำหรับPackageของไอซีนี้มีมากมายหลายรูปแบบ ขึ้นอยู่กับจำนวนขา เช่น ถ้ามีขาตั้งแต่ 6 ไปจนถึง 32 มักเป็น Package SSOP, TSSOP หรือ SOIC ถ้ามีขาตั้งแต่ 32 ขาขึ้นไปจนถึงประมาณ 200 ขา มักเป็น Package TQFP, PLCC, PQFP แต่ถ้ามากกว่านั้นโดยส่วนใหญ่จะเป็น Package BGA ซึ่งอาจมีมากกว่า 1,000 ขา

การลงและการถอดอุปกรณ์ SMD
หัวแร้งที่ใช้ในการลงอุปกรณ์ที่เป็น SMD ควรจะร้อนพอสมควร เช่น หัวแร้งขนาด 30W ขึ้นไปเพื่อที่จะส่งความร้อนไปยังขาอุปกรณ์ได้เพียงพอ สำหรับตะกั่ว สามารถใช้ได้ทั้งที่เป็นแบบมีสารตะกั่ว หรือแบบไม่มีสารตะกั่ว (Pb-free) แต่สำหรับมือใหม่แล้ว แนะนำให้ใช้ตะกั่วธรรมดา เนื่องจากจะละลายและเชื่อมกับอุปกรณ์ได้ง่ายกว่า นอกจากหัวแร้งกับตะกั่วแล้ว เครื่องมือที่สำคัญที่สุดในการลงอุปกรณ์ที่เป็น SMD คือ แหนบ ซึ่งใช้ในการคีบและจับอุปกรณ์ให้อยู่บนแผ่น PCB อย่างมั่นคง เทคนิคการลงอุปกรณ์ SMD ก็คือ ให้บัดกรีตะกั่วลงไปบนแผ่น PCB จุดหนึ่งก่อน จากนั้นคีบอุปกรณ์มาวาง และบัดกรีตำแหน่งที่มีตะกั่วอยู่แล้ว เพื่อให้อุปกรณ์อยู่กับที่ แล้วจึงบัดกรีตำแหน่งที่เหลือ การบัดกรีอุปกรณ์ที่มีขาจำนวนมากๆ จำเป็นที่จะต้องใช้ ฟลักซ์ และทำการบัดกรีที่ขาอุปกรณ์หลายๆรอบ เพื่อให้ขาอุปกรณ์ร้อนพอที่จะดึงตะกั่วไว้ ไม่ให้ตะกั่วช็อตข้ามระหว่างขาอุปกรณ์ หรือถ้าไม่สามารถแก้ไขไม่ให้ตะกั่วช็อตข้ามขา ก็อาจใช้ลวดซับตะกั่ว หรือที่ดูดตะกั่วช่วยได้

รูปที่1 ลายทองแดงบน PCB

รูปที่2 บัดกรีตะกั่วลงไปก่อน

รูปที่3 นำอุปกรณ์มาวาง และบัดกรีที่จุดเดิม

รูปที่4 บัดกรีขาอุปกรณ์ที่เหลือจนครบ

ข้อควรระวังอย่างหนึ่งในการบัดกรีไอซีที่เป็น SMD คือไม่ควรรูดหัวแร้งไปกับด้านข้างของ IC เพราะอาจจะทำให้ขาเอียงได้ แต่ให้เคลื่อนหัวแร้งในแนวตั้งฉากกับขาอุปกรณ์แทน
สำหรับการถอดไอซีที่เป็น SMD นั้น วิธีการที่ง่ายที่สุดคือ ใช้เครื่องเป่าลมร้อน ซึ่งสามารถเปลี่ยนหัวตามรูปแบบของไอซีชนิดต่างๆได้ แต่ถ้าเรามีแค่หัวแร้งกับตะกั่ว ก็สามารถทำได้เช่นกัน หลักการที่สำคัญคือ ต้องทำให้ตะกั่วร้อนพร้อมๆกันทุกขาของไอซี ซึ่งก็ไม่ใช่เรื่องยากนัก โดยให้บัดกรีตะกั่วลงเพิ่มลงไปที่ขาอุปกรณ์ทุกด้าน จนกระทั่งตะกั่วละลายเป็นก้อนเดียวกัน (ในแต่ละด้าน) ไหลอยู่บนขาอุปกรณ์ ตะกั่วที่เป็นก้อนเหลวนี้จะกระจายความร้อนไปยังตะกั่วที่ยึดขาไอซีไว้กับ PCB ทำให้ละลายไปพร้อมๆกัน เมื่อบัดกรีสลับไปมา จนกระทั่งทุกด้านร้อนพร้อมๆกันแล้ว ก็จะสามารถคีบเอาไอซีออกมาได้ นอกจากการถอดไอซีแล้ว สำหรับอุปกรณ์อื่นๆ ก็ใช้วิธีเดียวกันนี้ได้เช่นกัน