چگونه بردهای چندلایه Multilayer PCB را تعمیر کنیم

برد‌های چندلایه (Multilayer PCB) چگونه ساخته می‌شوند و چرا تعمیرشان سخت است؟

برد های چندلایه (Multilayer PCB) محصول پیشرفت مهندسی الکترونیک برای افزایش چگالی قطعات و کاهش ابعاد هستند. این بردها از چند لایه نازک فایبرگلاس (FR-4) و مس تشکیل شده‌اند که با استفاده از حرارت و فشار تحت یک فرآیند پیچیده به هم لمینیت (Laminated) می‌شوند. هر PCB چندلایه شامل لایه‌های زیر است:

• لایه سیگنال (Signal Layers): وظیفه انتقال داده‌ها و سیگنال‌های الکتریکی را دارند.
• لایه زمین (Ground Plane): برای ایجاد یک سطح مرجع و کاهش نویز الکترومغناطیسی (EMI).
• لایه تغذیه (Power Plane): برای توزیع ولتاژهای مختلف به قطعات.

دلیل اصلی پیچیدگی تعمیر برد های چندلایه Multilayer PCB، اتصالات میان لایه‌ها است. سیگنال‌ها از طریق سوراخ‌های فلزی کوچکی به نام ویا (Via) از یک لایه به لایه دیگر منتقل می‌شوند. آسیب به یک ویا در لایه‌های داخلی (که قابل مشاهده نیست)، به معنای قطع شدن مدار است و شناسایی و بازسازی آن نیازمند تجهیزات تصویربرداری و میکروسکوپی حرفه‌ای است.

مهم‌ترین مشکلات رایج در PCB‌های چندلایه که منجر به خرابی می‌شوند

شناسایی نوع خرابی اولین گام در تعمیرات موفق است. مشکلات رایج در این بردها، ریشه در ساختار چندلایه و فشردگی حرارتی/الکتریکی دارند:

• شکست لایه‌ای و ترک‌های حرارتی (Thermal Stress Cracks): ناشی از انبساط و انقباض متفاوت مواد در دمای بالا یا پایین (مثل زمانی که دستگاه بیش از حد داغ می‌شود). این ترک‌ها اغلب در اطراف ویاها یا نقاط لحیم‌کاری بزرگ ایجاد می‌شوند.
• خوردگی ویا (Via Corrosion) و از دست دادن اتصال داخلی: نفوذ رطوبت یا مواد شیمیایی که به‌مرور زمان باعث خوردگی فلز در دیواره ویاها شده و اتصال بین لایه‌ها را قطع می‌کند.
• خرابی زیر چیپ‌های BGA: در بردهای چندلایه، چیپ‌های BGA (Ball Grid Array) بسیار رایج هستند. لحیم سردی یا ترک خوردگی زیر این چیپ‌ها که به‌صورت سطحی قابل مشاهده نیست، عامل اصلی بسیاری از خرابی‌ها است.
• آسیب‌های فیزیکی و مکانیکی: شکستگی، خم شدن یا ایجاد خط و خش روی سطح که می‌تواند لایه‌های بالایی سیگنال را مختل کند.
• آسیب‌های ولتاژی (Surge Damage): سوختن قطعات محافظتی یا ایجاد اتصال کوتاه (Short) بین لایه‌های برق و زمین به دلیل نوسانات شدید ولتاژ.

 مراحل اصولی و فرآیند دقیق تعمیر برد های چندلایه Multilayer PCB

تعمیر برد های چندلایه یک فرآیند چند مرحله‌ای است که به هیچ وجه نباید بدون رعایت اصول پیشرفته انجام شود. در صورت عدم رعایت استانداردها، ممکن است آسیب لایه‌های داخلی را تشدید کنید. تعمیر برد های چندلایه Multilayer PCB به ترتیب زیر انجام می‌پذیرد:

ابزارها و تجهیزات لازم برای تعمیر حرفه‌ ای Multilayer PCB

تعمیر موفق برد های چندلایه Multilayer PCB بدون در اختیار داشتن ابزار و تجهیزات تخصصی تقریباً غیرممکن است. این ابزارها تضمین می‌کنند که عملیات تعمیر بدون آسیب به لایه‌های مجاور یا سوختن قطعات حساس انجام پذیرد. تجهیزات ضروری عبارتند از:

برای مشاهده دقیق‌تر، ابزارهایی چون فلکس‌های کم دود و مخصوص لحیم‌کاری که در ابزارهای مهم در تعمیر برد های چندلایه معرفی شده‌اند، به همراه تجهیزات مناسب لحیم‌کاری، حیاتی هستند.

چرا دستگاه BGA ری‌ورک برای تعمیر PCB‌های چندلایه اجتناب‌ناپذیر است؟

در بردهای مدرن، چیپ‌های اصلی مانند پردازنده‌ها و تراشه‌های حافظه از بسته‌بندی BGA استفاده می‌کنند. حرارت دادن به این چیپ‌ها با هویه معمولی نه تنها کارساز نیست، بلکه باعث می‌شود به دلیل انتقال حرارت نامتوازن، لایه‌های داخلی PCB از هم جدا شده (Delamination) یا ویاهای داخلی آسیب ببینند.

دستگاه BGA ری‌ورک با استفاده از هیترهای بالا و پایین، دما را با دقت بسیار بالا و مطابق با یک پروفایل حرارتی (Thermal Profile) استاندارد کنترل می‌کند. این تکنیک تضمین می‌کند که چیپ بدون آسیب به زیرلایه جدا شود و عملیات جایگزینی قطعات آسیب‌دیده در برد های چندلایه با حفظ یکپارچگی ساختاری انجام پذیرد. بدون این دستگاه، تعمیر چیپ‌های اصلی در بردهای چندلایه یک ریسک بزرگ و غیرحرفه‌ای است.

نکاتی برای افزایش طول عمر و نگهداری صحیح برد های چندلایه پس از تعمیر

پایان تعمیر، به معنای پایان مسئولیت نیست. برای تضمین طول عمر بالا و جلوگیری از خرابی مجدد، به‌خصوص در محیط‌های صنعتی یا با نوسانات برق، رعایت نکات نگهداری زیر حیاتی است:

با رعایت این نکات، می‌توان عمر مفید برد های چندلایه Multilayer PCB را به حداکثر رساند و هزینه‌های مربوط به خرابی‌های مجدد را کاهش داد.