ساخت مدار با استفاده از نوار مسی و پدهای PCB

استفاده از نوار مسی

در سال ۲۰۱۸ مقاله‌ای از بونی هوانگ خواندم که درباره ایجاد مدارها با استفاده از نوار چسب مسی و مقوا بود. این موضوع کنجکاوی من را برانگیخت—استفاده از بردهای سوراخ‌دار همیشه باعث اتلاف زمان زیادی می‌شد و چشمانم را خسته می‌کرد.

نوار مسی بسیار ارزان است و در پلتفرم‌هایی مثل eBay و Aliexpress با قیمت چند دلار می‌توان چند متر از آن تهیه کرد. پیشنهاد می‌کنم نوار عریض‌تر بخرید و با قیچی به اندازه‌های دلخواه برش دهید.

احتیاط: بسیاری از فروشندگان به اشتباه نوار پلی‌آمید (کاپتون) را به عنوان “نوار مسی” یا حتی “نوار رسانا” می‌فروشند. هنگام خرید دقت کنید.

لزومی ندارد روی مقوا باشد

در اینجا یک تقویت‌کننده صوتی می‌بینید که برای آزمایش درایو بارهای خازنی ساختم. این دستگاه از ماژول‌های نوار مسی و تخته سه‌لا ساخته شده است.

زیرلایه‌های پلاستیکی نیز (به‌طور شگفت‌آوری) جواب می‌دهند، ولی باید سریع لحیم‌کاری کنید. اگر نوار پلی‌آمید (کاپتون) داشته باشید، نتیجه بهتری می‌گیرید.

این دستگاه از چندین ماژول نوار مسی و تخته سه‌لایی ساخته شده است. اگرچه کاغذ و مقوا بسیار ارزان و راحت هستند، اما متأسفانه هنگام لحیم‌کاری خم می‌شوند و اگر در مجاورت آب قرار بگیرند، به مرور زمان چروک می‌شوند. من بسته به شرایط، از ترکیبی از زیرلایه‌های مختلف استفاده می‌کنم.

زیرلایه‌های پلاستیکی هم (به طرز شگفت‌آوری) جواب می‌دهند، اما فقط اگر فرآیند لحیم‌کاری سریع انجام شود. حتی می‌توان یک زیرلایه از نوار چسب (PVC) روی سطوح دیگر ایجاد کرد، ولی پلی‌آمید (کاپتون) اگر در دسترس باشد، عملکرد بهتری دارد.

برای کسانی که درباره تصویر بالا کنجکاو هستند: جفت فشار/کشش اصلی به صورت یک آرایش totem-pole طراحی شده است تا بتواند با مدارهای کنترلی با ولتاژ پایین‌تر کار کند.

می‌توانید بی‌نهایت لایه‌گذاری کنید

یکی از اولین مدارهای نوار مسی من یک تولیدکننده موج مثلثی بود:

توجه داشته باشید که از نوار زرد استفاده شده است. این نوار لایه‌های مختلف مس را از هم جدا می‌کند. می‌توانید از هر نوار معمولی استفاده کنید، حتی نوار چسب شفاف استاندارد هم به‌خوبی کار می‌کند، البته تا زمانی که مراقب باشید.

محدودیت لایه‌گذاری به دو چیز بستگی دارد:

1. برجستگی: چسباندن نوار روی اتصالات لحیم می‌تواند باعث شود نوار به‌خوبی در تماس باقی نماند.
2. ترس: این‌که مجبور شوید لایه‌های درهم را برای برطرف کردن یک اشتباه زیرین جدا کنید.

تا اینجا، ماهیت پراکنده این تکنیک نمونه‌سازی باعث شده که مشکل خاصی در لایه‌گذاری نداشته باشم.

فقط یک طرف وجود دارد. بدون نیاز به برگرداندن برد

برخلاف لحیم‌کاری با پروتوبرد protoboard و وروبرد veroboard: شما هرگز مجبور نیستید پروژه نوار مسی خود را برگردانید و از طرف دیگر لحیم‌کاری کنید. این بزرگ‌ترین مزیت این روش نمونه‌سازی است.

برای من، مدام برگرداندن بردهای نمونه‌سازی هنگام کار روی آن‌ها دیوانه‌کننده است؛ به‌ویژه زمانی که تلاش می‌کنم سیم‌های کوچک را از یک طرف به طرف دیگر عبور دهم و در آینه‌های ذهنی جای پای قطعات گم می‌شوم. هر بار که سوراخ‌های براق را می‌شمارید، در موقعیت متفاوتی قرار می‌گیرید، آزاردهنده است.

لحیم‌کاری به‌خودی‌خود نیاز به سه دست دارد و من توان مالی برای خرید گیره‌های حرفه‌ای و پایدار PCB برای چرخاندن برد ندارم. یکی از آن‌ها می‌تواند تا حدی این مشکل را کاهش دهد، اما کاملاً آن را برطرف نمی‌کند. استفاده از نوار مسی این مشکل را حل می‌کند.

کار با قطعات SMD آسان است
برای قطعات SMD با تعداد پایه کم می‌توان به این صورت عمل کرد:

1. قرار دادن یک قطعه بزرگ از نوار
2. بریدن این نوار به صورت یک طرح گسترش یافته با استفاده از چاقو
3. جدا کردن قسمت‌های اضافی نوار

قطعات SMD با تعداد پایه زیاد داستان متفاوتی دارند. تلاش برای بریدن ۱۴ سیم کوچک موازی از جای پای قطعه واقعاً دردناک است؛ همچنین چسباندن نوارهای مسی نازک به‌طور معادل دشوار است. چسب در این مقیاس خوب عمل نمی‌کند و تکه‌های نازک به مارپیچ تبدیل می‌شوند.

ابتدا به سراغ بردهای تبدیل SMD رفتم تا راه‌حلی برای این مشکل پیدا کنم، هرچند شک داشتم که ارزش زحمتی که می‌کشند را داشته باشند یا خیر. در اینجا یک دیود دتکتور و تقویت‌کننده صوتی را می‌بینید که چند ماه پیش برای دریافت AM ساختم و از برد تبدیل در آن استفاده کرده‌ام:

 

همان‌طور که مشخص شد، این روش فوق‌العاده هوشمندانه است. این روش به‌مراتب آسان‌تر از استفاده از قطعات DIP واقعی است (با اینکه هر دو فاصله پایه/پد 2.54 میلی‌متری دارند)، زیرا ویای مادگی (به‌جای پین‌های نری) برای لحیم‌کاری فراهم می‌کند. اساساً شما این کارها را انجام می‌دهید:

1. پای یک مقاومت یا دیود را در یکی از سوراخ‌ها قرار می‌دهید.
2. آن را لحیم می‌کنید.
3. پایه را به جایی که نیاز دارید خم می‌کنید و به اندازه مناسب کوتاه می‌کنید.
4. سر دیگر را لحیم می‌کنید.

این روش مثل بهشت مونتاژ است. این سیم‌های کوتاه خیلی راحت می‌توانند خم شوند و از بالا یا اطراف همدیگر عبور کنند — جزئیات عکس بالا را با دقت ببینید.

اگر از لحیم‌کاری قطعات SMD مانند این چیپ SOP/SOIC می‌ترسید، نترسید. نکات کلی:

• از یک نوک لحیم‌کاری بزرگ استفاده کنید. هیچ‌وقت از نوک کوچک استفاده نکنید مگر اینکه نوک گران‌قیمت و ایستگاه لحیم‌کاری گران‌قیمت داشته باشید؛ در غیر این صورت کاملاً بی‌فایده و بدون انتقال حرارت مناسب خواهد بود.
• یکی از گوشه‌ها را لحیم کنید.
• گوشه دیگر را لحیم کنید.
• بقیه پایه‌ها را با لحیم پر کنید و در صورت نیاز تمیزکاری کنید.

مراحل به‌صورت تصویری:

همان‌طور که مشخص شد، این روش واقعاً نابغه‌وار است. استفاده از این روش به‌مراتب راحت‌تر از استفاده از قطعات DIP واقعی است (با اینکه هر دو فاصله پایه/پد 2.54 میلی‌متری دارند)، زیرا به‌جای پین‌های نری، ویای مادگی برای لحیم‌کاری فراهم می‌کند. در اصل شما مراحل زیر را انجام می‌دهید:

• پای یک مقاومت یا دیود را در یکی از سوراخ‌ها قرار می‌دهید.
• آن را لحیم می‌کنید.
• پایه را به جایی که لازم است خم کرده و به اندازه مناسب کوتاه می‌کنید.
• سر دیگر را لحیم می‌کنید.

این فرآیند مثل بهشت مونتاژ است. این سیم‌های کوتاه به‌راحتی می‌توانند خم شوند و از بالا یا اطراف هم عبور کنند. عکس بالا را با دقت ببینید.

اگر از لحیم‌کاری قطعات SMD مانند این چیپ‌های SOP/SOIC ترس دارید، نگران نباشید. نکات کلی:

1. از نوک لحیم‌کاری بزرگ استفاده کنید. هرگز از نوک‌های کوچک استفاده نکنید مگر اینکه نوک و ایستگاه لحیم‌کاری گران‌قیمت و باکیفیت داشته باشید؛ در غیر این صورت، انتقال حرارت بسیار ضعیف و بی‌فایده خواهد بود.
2. یکی از گوشه‌ها را با لحیم محکم کنید.
3. گوشه دیگر را هم لحیم کنید.
4. سایر پایه‌ها را به‌طور کامل لحیم کرده و در صورت نیاز تمیزکاری کنید.

مراحل به‌صورت تصویری نمایش داده می‌شوند.

پدهای لحیم‌کاری PCB
روش نمونه‌سازی به سبک منهتن در میان علاقه‌مندان به رادیو بسیار رایج است. w3aew یک ویدئوی عالی ارائه داده که چندین روش مختلف را نشان می‌دهد.

(متأسفانه در اینجا عکس ندارم. دفعه آخر که با ساخت پد PCB کار کردم خیلی عصبانی شدم و آن را دور انداختم.)

---

روش پانچ سوراخ

بهترین راه برای شروع این تکنیک استفاده از یک پانچ معمولی (مخصوص کاغذ) بر روی یک صفحه مسی خالی است. این کار به شما جزایر کوچک و دایره‌ای شکل می‌دهد که می‌توانید آنها را چسبانده و لحیم کنید. صفحات FR2 با روکش مس معمولاً از منابع معمول بازار خاکستری (مانند eBay، Aliexpress و غیره) ارزان هستند. اما باید مطمئن شوید که پانچ شما ضخامت این صفحات (معمولاً 1.6 میلی‌متر) را قبول می‌کند.

مشکل اینجاست که پانچ من باعث می‌شود پشت پدها کمی ناصاف باشد، بنابراین باید آنها را سنباده بکشم تا سطح‌شان صاف و چسبندگی‌شان بهتر شود.

---

مقایسه با نوار مسی

این روش نیاز به تلاش بیشتری دارد و انعطاف‌پذیری کمتری دارد. من همچنان گاهی برای قطعات خاص از این روش استفاده می‌کنم، اما به‌طور کلی استفاده از چسب نواری مسی را برتر می‌دانم.

اگر نیاز دارید روی یک زمین (ground plane) بسازید، می‌توانید همچنان از نوار مسی استفاده کنید؛ فقط کافی است ابتدا یک لایه نوار معمولی (عایق) را روی کل برد بچسبانید. سپس مربع‌های کوچکی را از آن برش دهید تا قسمت‌هایی که نیاز دارید به زمین متصل شود، مشخص شوند.

---

چسب‌ها

در ابتدا از چسب قطره‌ای (Superglue) استفاده می‌کردم، اما آن را توصیه نمی‌کنم. وقتی برای لحیم‌کاری پدها را گرم می‌کنید، چسب قطره‌ای ذوب شده و تبخیر می‌شود. این کار باعث می‌شود:

1. پدها به‌طور کامل از سطح جدا شوند.
2. مقدار زیادی بخار سیانواکریلات (که اصلاً برای بدن لازم نیست!) در هوا تولید شود.

از بین همه چسب‌ها، چسب حرارتی (Hot Glue) واقعاً خوب عمل می‌کند. بله، کاملاً جدی می‌گویم! این چسب خیلی راحت ذوب می‌شود، اما وقتی پد خنک می‌شود دوباره سخت شده و به خوبی می‌چسبد. برخلاف چسب قطره‌ای، کاملاً ناپدید نمی‌شود، احتمالاً محصولات فرار آن هم خیلی سمی نیستند و حتی این مزیت را دارد که می‌توانید پدها را عمداً دوباره جابجا کنید.

---

نکته پایانی

بروید و چیزی بسازید! 🚀