บทเรียน 6.2 — บัดกรีอย่างปลอดภัย

เป้าหมาย

เมื่อจบบทเรียนนี้ คุณจะ

1. บัดกรีหัวต่อ (header) หนึ่งแถวที่ไม่มีจุดเย็นหรือสะพานตะกั่ว และตรวจด้วยมัลติมิเตอร์
2. ระบุข้อปฏิบัติด้านความปลอดภัยของงานบัดกรีได้อย่างน้อยสี่ข้อ พร้อมเหตุผล

ก่อนเริ่ม

• หัวแร้งปรับอุณหภูมิได้, แท่นวาง, ฟองน้ำ/ฝอยทองเหลือง, ตะกั่วมีฟลักซ์ในแกน, ลวดซับตะกั่ว
• แผ่นฝึก (perfboard) หรือบอร์ดเซนเซอร์ราคาถูกที่ยังไม่บัดกรี, หัวต่อตัวผู้ 1×8 ขา
• แว่นตานิรภัย, สายรัดข้อมือกันไฟฟ้าสถิต, เครื่องดูดควัน

ห้ามฝึกบัดกรีบน TESAIoT Dev Kit หรือ Eva Kit ความร้อนที่ผิดจังหวะทำให้แผ่นทองแดงหลุดหรือชิปเสียได้ ฝึกบนแผ่นฝึกจนมั่นใจก่อน
ปลายหัวแร้งร้อนราวสามร้อยกว่าองศา — วางบนแท่นทุกครั้งที่ไม่ได้ใช้ ถ้าหล่น ห้ามคว้า

ดูของจริงก่อน

ส่องขาของหัวต่อบนบอร์ดสำเร็จรูปด้วยแว่นขยาย เทียบกับจุดบัดกรีของบอร์ดที่เพื่อนเพิ่งหัดบัดกรี

จุดของโรงงานมีรูปทรงเหมือนกันทุกจุด เป็นกรวยเรียบลาดจากขาลงไปถึงแผ่นทองแดง จุดที่ไม่ดีจะเห็นเป็นก้อนกลม ผิวขรุขระ มีช่องว่างระหว่างตะกั่วกับแผ่น หรือตะกั่วเชื่อมสองขาเข้าด้วยกัน — ข้อสังเกตนี้คือเครื่องมือตรวจชิ้นแรกของคุณ ตาที่ฝึกแล้วจะจับจุดเสียได้ก่อนมัลติมิเตอร์

แนวคิด (1) — ตะกั่ว อุณหภูมิ และฟลักซ์

• ตะกั่วมีสารตะกั่ว Sn63/Pb37 หลอมที่ 183 °C · ตะกั่วไร้สารตะกั่ว SAC305 หลอมราว 217–220 °C
• อุณหภูมิหัวแร้ง: ราว 320–350 °C (มีสารตะกั่ว), 350–380 °C (ไร้สารตะกั่ว)
• ฟลักซ์ ขจัดชั้นออกไซด์ ทำให้ตะกั่วเปียกและไหลเกาะผิว (wetting)

ขั้นตอนบัดกรีหนึ่งจุด

1. เช็ดและเคลือบตะกั่วบาง ๆ ที่ปลายหัวแร้ง (tinning)
2. แตะปลายหัวแร้งให้สัมผัสทั้งขาและแผ่นทองแดงพร้อมกัน รอราวหนึ่งวินาที
3. ป้อนตะกั่วที่จุดต่อ (ฝั่งตรงข้ามหัวแร้ง) ไม่ใช่ที่ปลายหัวแร้ง
4. ตะกั่วไหลรอบขาเป็นกรวย ดึงตะกั่วออกก่อน แล้วจึงดึงหัวแร้งออก (ราว 2-3 วินาที)
5. อย่าขยับชิ้นงานจนตะกั่วแข็งตัว

แนวคิด (2) — จุดที่ดี จุดที่เสีย

แนวคิด (3) — ตรวจด้วยมัลติมิเตอร์ (ถอดไฟแล้วเสมอ)

• ความต่อเนื่องจากขาถึงลายวงจร ต้องดัง ถ้าไม่ดังคือจุดเย็นหรือลายขาด
• ขาติดกันต้องไม่ต่อกัน แตะขาคู่ที่อยู่ติดกันทีละคู่ ต้องไม่ดัง (ยกเว้นวงจรตั้งใจให้ต่อกัน)

ไฟฟ้าสถิตตัวเลขเล็ก ผลใหญ่ แบบจำลองร่างกายคน: ตัวเก็บประจุ 100 pF คายผ่าน 1.5 kΩ

ที่ 2,000 V: พลังงาน = ½ × 100pF × (2000V)² = 0.2 mJ
             กระแสสูงสุด ≈ 2000V / 1.5kΩ = 1.33 A

พลังงานน้อยจนคนไม่รู้สึก แต่กระแสระดับแอมแปร์วิ่งผ่านโครงสร้างจิ๋วในชิปเพียงเสี้ยว µs ก็ทำให้ขาเสื่อมได้

แนวคิด (4) — ความปลอดภัยของคนและของบอร์ด

ตัวอย่างสมบูรณ์ — บัดกรีหัวต่อ 1×8 ขา

1. เตรียมพื้นที่  เปิดดูดควัน ใส่แว่น+สายรัดข้อมือ ตั้งหัวแร้ง 330°C (มีสารตะกั่ว)
2. จัดแนว        เสียบหัวต่อ ยึดด้วยเทป
3. ขาแรก         บัดกรีขา 1 ตรวจแนว แล้วบัดกรีขา 8
4. ขาที่เหลือ     ไล่ขา 2-7 ใช้เวลาจุดละ 2-3 วินาที เช็ดหัวแร้งทุกสองสามจุด
5. ตรวจด้วยตา     ส่องทุกจุดด้วยแว่นขยาย
6. ตรวจด้วยมิเตอร์ ขาทุกขาถึงลายวงจร (8 ครั้ง) คู่ขาติดกันไม่ต่อกัน (7 ครั้ง)
7. แก้           เติมฟลักซ์ ให้ความร้อนใหม่ หรือซับตะกั่วออก แล้วตรวจซ้ำ
8. ปิดงาน        ปิดหัวแร้ง ทำความสะอาด ล้างมือ

ฝึกเติม / แล็บ

ฝึกเติม

1. จับคู่ลักษณะกับชื่อ: ก้อนกลมด้านมีร่อง / ตะกั่วเชื่อมขา 3-4 / แผ่นทองแดงยก / กรวยเว้าเรียบ
2. ทำไมต้องป้อนตะกั่วที่จุดต่อ ไม่ใช่ที่ปลายหัวแร้ง

แล็บ

1. ฝึกบนแผ่นฝึกก่อน (อย่างน้อย 10 จุด) จนจุดสุดท้ายเหมือนภาพจุดที่ดี
2. บัดกรีหัวต่อ 1×8 ขาตามตัวอย่างสมบูรณ์ ถ่ายภาพระยะใกล้ทุกจุด แล้วตรวจด้วยมัลติมิเตอร์
3. ฝึกแก้ ตั้งใจทำสะพานตะกั่วหนึ่งจุด วัดยืนยันว่าต่อกัน แล้วแก้ วัดยืนยันว่าแยกกันแล้ว

เช็กความเข้าใจ

1. จุดบัดกรีที่ดีของขาหัวต่อบนแผ่นทองแดงมีลักษณะอย่างไร

   • ก) ก้อนกลมใหญ่ครอบขา · ข) กรวยเว้าเข้าเรียบ ตะกั่วเกาะทั้งขาและแผ่นทองแดงโดยไม่มีร่อง · ค) ผิวขรุขระด้านและมีร่องรอบแผ่น · ง) ตะกั่วเชื่อมไปถึงขาข้าง ๆ

2. หลังบัดกรีหัวต่อหนึ่งแถว จะตรวจหาสะพานตะกั่วด้วยมัลติมิเตอร์อย่างไร

   • ก) เปิดไฟแล้ววัดแรงดันทุกขา · ข) ถอดไฟ ใช้โหมดความต่อเนื่องวัดคู่ขาที่ติดกันทีละคู่ ต้องไม่ดัง · ค) วัดกระแสผ่านแต่ละขา · ง) วัดความต่อเนื่องจากขาไปลายวงจร

3. ข้อใดเป็นข้อปฏิบัติด้านความปลอดภัยที่ถูกต้องในงานบัดกรี (เลือกได้มากกว่าหนึ่งข้อ)

   • ก) ดูดควันออกจากจุดทำงาน และไม่ก้มหน้าเข้าหาควัน · ข) ใส่สายรัดข้อมือกันไฟฟ้าสถิตและจับบอร์ดที่ขอบ · ค) กินขนมที่โต๊ะบัดกรีได้ถ้าใช้ตะกั่วไร้สารตะกั่ว · ง) ใส่แว่นตานิรภัย · จ) ถ้าหัวแร้งหล่น รีบคว้าไว้ก่อนตกพื้น

ไปต่อ

บัดกรีเป็นแล้ว ต่อไปต้องรู้ว่าจะต่ออะไรเข้ากับอะไร บทเรียนถัดไป อ่านแผนผังวงจร จะฝึกตามสัญญาณจากขาของไมโครคอนโทรลเลอร์ไปถึงชิ้นส่วนบนแผนผังจริงของบอร์ด