T.C. MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI MEGEP (MESLEKİ EĞİTİM VE ÖĞRETİM SİSTEMİNİN GÜÇLENDİRİLMESİ PROJESİ) ELEKTRİK ELEKTRONİK TEKNOLOJİSİ GSM TELEFONDA ARIZA GİDERME ANKARA 2007
Milli Eğitim Bakanlığı tarafından geliştirilen modüller; Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığının 02.06.2006 tarih ve 269 sayılı Kararı ile onaylanan, Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında kademeli olarak yaygınlaştırılan 42 alan ve 192 dala ait çerçeve öğretim programlarında amaçlanan mesleki yeterlikleri kazandırmaya yönelik geliştirilmiş öğretim materyalleridir (Ders Notlarıdır). Modüller, bireylere mesleki yeterlik kazandırmak ve bireysel öğrenmeye rehberlik etmek amacıyla öğrenme materyali olarak hazırlanmış, denenmek ve geliştirilmek üzere Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında uygulanmaya başlanmıştır. Modüller teknolojik gelişmelere paralel olarak, amaçlanan yeterliği kazandırmak koşulu ile eğitim öğretim sırasında geliştirilebilir ve yapılması önerilen değişiklikler Bakanlıkta ilgili birime bildirilir. Örgün ve yaygın eğitim kurumları, işletmeler ve kendi kendine mesleki yeterlik kazanmak isteyen bireyler modüllere internet üzerinden ulaşabilirler. Basılmış modüller, eğitim kurumlarında öğrencilere ücretsiz olarak dağıtılır. Modüller hiçbir şekilde ticari amaçla kullanılamaz ve ücret karşılığında satılamaz.
İÇİNDEKİLER AÇIKLAMALAR...ii GİRİŞ...1 ÖĞRENME FAALİYETİ-1...3 1. ŞEBEKE PROBLEMLERİNİ GİDERME...3 1.1. Verici-Alıcı Çıkış Katı...3 1.2. Çıkış Katı Frekans Ölçümü...11 1.3. Anten Konnektörü Lehimi Yenilenmesi...16 1.4. Anten Değişimi...17 UYGULAMA FAALİYETİ...19 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...21 ÖĞRENME FAALİYETİ-2...23 2. ARIZALI ENTEGRELERİN DEĞİŞİMİ...23 2.1. Entegre Sökme Teknikleri...23 2.1.1. PCB...23 2.1.2. SMD Entegre Sökme Cihazları ve Aparatları...25 2.1.3. Sıcak Hava İstasyonu ile Entegrenin Sökülmesi...27 2.1.4. İnfra-Red Isıtıcı ile Entegrenin Sökülmesi...28 2.1.5. Havya ile Entegrenin Sökülmesi...29 2.2. Lehimleme İşleminde Flax...30 2.3. Entegre Lehimleme Teknikleri...31 2.3.1. Havya ile Entegre Lehimleme Süreci...34 2.3.2. Sıcak Hava İstasyonu ile Entegre Lehimleme Süreci...35 2.3.3. İnfra-red Isıtıcı ile Entegre Lehimleme Süreci...36 UYGULAMA FAALİYETİ...37 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...41 ÖĞRENME FAALİYETİ-3...43 3. ARIZALI DEVRE ELEMANLARININ DEĞİŞİMİ...43 UYGULAMA FAALİYETİ...50 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...55 ÖĞRENME FAALİYETİ-4...56 4. ARIZALI MEKANİK PARÇALARIN DEĞİŞİMİ...56 4.1. Mobil Telefonu Oluşturan Parçalar...56 4.2. Mekanik Parçaların Sökülmesi...58 UYGULAMA FAALİYETİ...63 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...65 MODÜL DEĞERLENDİRME...66 CEVAP ANAHTARLARI...68 KAYNAKÇA...70 i
AÇIKLAMALAR KOD AÇIKLAMALAR 523EO0138 ALAN Elektrik Elektronik Teknolojisi DAL/MESLEK Haberleşme Sistemleri MODÜLÜN ADI GSM Telefonda Arıza Giderme Her model mobil telefonda, marka ve modelin MODÜLÜN TANIMI standartlarına uygun olarak arızayı giderebilmek için gerekli bilgi ve becelerin kazandırıldığı öğrenme materyalidir. SÜRE 40/16 ÖN KOŞUL YETERLİK GSM telefonun arızasını gidermek Genel Amaç Bu modül ile gerekli laboratuvar ortamı sağlandığında her model mobil telefonda marka ve modelin standartlarına uygun olarak arızayı giderebileceksiniz. MODÜLÜN AMACI EĞİTİM ÖĞRETİM ORTAMLARI VE DONANIMLARI ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME Amaçlar 1. Her model mobil telefon için devre şemasını okuyarak şebeke problemlerini giderebileceksiniz. 2. Her model mobil telefonda marka ve modele uygun lehimleme tekniğini kullanarak arızalı entegre değişimini yapabileceksiniz. 3. Her model mobil telefonda marka ve modele uygun lehimleme tekniğini kullanarak arızalı devre elemanı değişimini yapabileceksiniz. 4. Her model mobil telefonda marka ve modele uygun mekanik parça değişimini yapabileceksiniz. Havya Ekipmanı, Katalog, Flax, Servis Cihaz Kataloğu, Ayarlı Hava Tabancası, Tornavida Her faaliyet sonrasında o faliyetle ilgili değerlendirme soruları ile kendi kendinizi değerlendireceksiniz. Öğretmen, modül sonunda size ölçme aracı (uygulama, soru-cevap, test, çoktan seçmeli, doğru yanlış vb.) uygulayarak modül uygulamaları ile kazandığınız bilgi ve becerileri ölçerek değerlendirecektir. ii
GİRİŞ GİRİŞ Sevgili Öğrenci, Mobil telefon teknolojisi, tüm dünyada hızlı bir gelişim göstermektedir. Her gün basın ve yayın organlarında daha küçük, fakat çok daha fazla işleve sahip bir mobil telefonun reklamı ile karşılaşmaktayız. Bu ilerleme, yarı iletken teknolojisinin ve montaj teknolojilerinin yaşadığı hızlı gelişmenin sonucudur. Yaşanan bu değişim, mobil telefon yapısının ve elektronik eleman yapılarının da değişmesi demektir. Artık tüm elektronik cihazlarda çok katlı baskılı devre kartları, entegre boyutlarını küçültecek farklı kılıf yapıları kullanılmaktadır. Mobil telefon teknisyeni olabilmek için önce bu yapıları tanımak ve iyi bilmek gerekir. Mobil telefon onarım teknisyeni olmak, sadece lehim yapmayı bilmek ve elemanları tanımak anlamına gelmez. Aynı zamanda bu elemanların nasıl çalıştığını ve mobil telefon yapısındaki rollerini de bilmelisiniz. İyi bir mobil telefon onarım teknisyeninin başlıca yeterliği neyi, neden ve nasıl değiştireceğini bilmektir. Mobil telefon yapısında anlaşılması en zor konu ise kullanılan radyo frekans tekniğidir. Bu nedenle modülde ilk olarak bu konu anlatılmıştır. Teknoloji geliştikçe her gün daha gelişmiş bir elektronik ürünle karşılaşıyoruz, ve elimizdeki eskimiş ürünleri atarak yenilerini alıyoruz. Elektronik cihaz atıkları ise çevremizi kötü yönde etkiliyor. Buna bir önlem olarak, sağlığa zararlı etkilerinden dolayı aralarında kurşunun da yer aldığı bazı maddelerin kullanımı tüm dünyada kısıtlanmıştır. Bu, yıllardır kullanmakta olduğumuz kurşun kalay alaşımı lehimlerin yerini kurşun içermeyen lehimlere bırakması demektir. Teknolojinin yaşadığı hızlı değişim, yeni lehimleme tekniklerinin ortaya çıkması ve onarım esnasında havyanın yanında pek çok yeni lehimleme cihazının kullanılması sonucunu doğurmuştur. Bu modül sonunda kazanacağınız yeterliklerle doğru lehimleme tekniğini kullanarak her türlü mobil telefonda arızalı devre elemanlarını ve entegreleri değiştirebilecek, şebeke problemlerini giderebileceksiniz. 1
2
ÖĞRENME FAALİYETİ 1 ÖĞRENME FAALİYETİ-1 AMAÇ Her model mobil telefon için devre şemasını okuyarak şebeke problemlerini giderebileceksiniz. ARAŞTIRMA Modülasyon yöntemlerini önceki ders notlarınızdan tekrar ediniz. Mobil telefon üreticilerinin internet sitelerine girerek, mobil telefonların özelliklerini inceleyiniz. 1. ŞEBEKE PROBLEMLERİNİ GİDERME 1.1. Verici-Alıcı Çıkış Katı Mobil telefonlarda çıkış katı olarak da tanımlanan RF (Radyo Frekans Katı) mimarisi; RX (alıcı kısmı), TX (verici kısmı), kontrol çevrimi, osilatörler ve PLL den oluşur. Şekil 1.1: Mobil telefon RF blok diyagramı Şekil 1.1 RF blok diyagramını oluşturan RF-IC (RF entegresi -RF integrated circuit) RX ve TX fonksiyonlarını, PA (güç amplifikatörü-power amplifier), VCO (gerilim kontrollü osilatör-voltage controlled oscillator), VCTCXO (voltage controlled temperature 3
compensated crystal oscillator), alıcı ve verici kısımları SAW (surface aqoustic wave-yüzey ses dalgası) filtreleri ve LNA (düşük gürültülü kuvvetlendirici-low-noise amplifier) ları göstermektedir. Resim 1.1: Çıkış katında yer alan parçaların yerleşimi Resim 1.1, RF katında yer alan elemanların örnek yerleşim şemasını göstermektedir. RF elemanları, genellikle aynı yüzde yer alırlar ve sinyallerin katları ve birbirlerini etkilememesi için Resim 1.2 de gösterildiği gibi metal bir çerçeve ile ekranlanırlar. Mobil telefonlarda RF katının ekranlaması, sadece metal çerçeveler ile yapılmamakta; arka kapağın iç yüzeyine sürülen iletken boyalarlada aynı ekranlama sağlanabilmektedir. 4
Resim 1.2: RF katı elemanlarının ekranlanması Anten tarafından toplanan RF sinyali, anten anahtar modülünden birinci RX saw bant geçiren filtreye ve filtre üzerinden LNA ya gelir. Anten anahtar modülü, RX ve TX sinyalleri arasında anahtarlama görevi görür. Normal konumda anten anahtar modülünde RX aktif durumdadır. Mobil telefon, alıcı modundayken verici devrelerinin çalışmasına izin verilmez. RF-IC den gelen kontrol yolları ile TX aktif hâle getirilir ve RX devrelerinin çalışmasına izin verilmez. Bazı mobil telefon yapılarında, anten anahtar modülü ve birinci saw filtrelerin yerinde, bunları kendi iç yapısında içeren duplexer bulunur. Şekil 1.2: RX (alıcı kısmı) blok diyagramı Saw filtre; direnç, bobin ve kondansatör gibi pasif devre elemanları içermeyen bir filtre türüdür ve çoğunlukla RF uygulamalarında kullanılır. Saw filtre, aynı deniz yüzeyinde su dalgalarının hareketine benzer şekilde, elektriksel sinyallerin bir piezoelektrik kristalin yüzeyinde oluşturduğu enerji salınımlarının bir uçtan diğer uca yayılımı ile çalışır. Bu nedenle Saw (surface aqoustic wave-yüzey ses dalgası) filtre olarak adlandırılır. Kristal sadece belli bir frekans aralığında enerji salınımı oluşturur. Saw filtreler, çoğunlukla bant geçiren filtrelerdir. Kristalin sonunda enerji salınımları, tekrar elektriksel sinyallere dönüştürülür. Saw bant geçiren filtreler, diğer filtre türlerine göre daha keskin kenarlı çıkış değerlerine sahiptir. LNA (low-noise amplifier) lar düşük gürültülü kuvvetlendiricilerdir ve gelen sinyal zayıf bile olsa çok düşük bir gürültü seviyesine sahiptirler. LNA da düşük bir gürültü seviyesi ile güçlendirilen RF sinyali, ikinci Saw bant geçiren filtre üzerinden RF entegresine (RF-IC) gelir. Her iki Saw bant geçiren filtre beraberce sinyalin karakteristiğinin düzgün olmasını sağlar. 5
Şekil 1.3: TX (verici kısmı) blok diyagramı Mobil telefon sistemlerinde RF-IC den gelen TX sinyali PA (güç yükselteci) ile yükseltilerek anten anahtar modülüne gelir. Anten anahtar modülü ile güç yükselteci arasında kuplör (coupler) yer alır. Kuplör, PA tarafından güçlendirilen çıkış sinyalini örnekleyerek RF entegresine ileten pasif bir elemandır ve bir kontrol çevrimi sağlar. Kontrol çevrimi PA tarafından yükseltilen sinyalin kazanç değerini kontrol eder. PA çıkış gücünden alınan örnek değer, bir doğrultucu ile doğrultulup DC voltaj hâline getirilir. Detektörden gelen voltaj ile mobil telefonun ana katında yer alan DAC (dijital analog dönüştürücü-digital analog converter) den gelen TX güç kontrol voltajı, RF-IC içerisinde yer alan farksal kuvvetlendiricinin girişine gelir. Burada iki voltaj karşılaştırılır. Farksal kuvvetlendiricinin çıkışı, PA kazanç kontrol girişine giderek PA kazancını ayarlar. Şekil 1.4: Frekans sentezleyici blok diyagramı Alıcı-verici işareti, VCO modül tarafından üretilir. Şekil 1.4, VCO tarafından üretilen SHF frekansını ayarlayan frekans sentezleyici blok diyagramını göstermektedir. VCO girişine uygulanan DC voltaj değerine göre çıkışında frekans üretir. VCO frekansı bir PLL 6
(Faz kilitlemeli çevrim-phase locked loop) kullanılarak VCTCXO kararlı frekansına sabitlenmiştir. PLL, referans VCTCXO frekansı ile üretilen VCO frekansından bölücüler ile elde edilen frekans arasındaki faz farkını karşılaştırarak bir kontrol çevrimi oluşturur. VCTCXO çalışma frekansı 26 MHz dir. Isı etkisi AFC (otomatik frekans kontrol) sinyali ile kontrol edilir. AFC, telefonun ana katında bir DAC kullanılarak üretilir. PLL, RF-IC içerisine konuşlandırılmıştır ve seri bus ( yol ) üzerinden kontrol edilir. PLL sentezleyici aşağıdaki blokları içerir: 64/65 (P/P+1) çift kademeli önbölücü Programlanabilen N ve A bölücüleri Faz sezici ve şarj pompası VCO modül tarafından üretilen SHF lokal osilatör işareti ( LO ) önbölücüyü besler. Önbölücü, çift kademeli (64/65) bir bölücüdür. Önbölücünün çıkışı, faz sezicinin girişini oluşturan N ve A bölücülerini besler. Faz sezici, bu işareti VCTCXO çıkışının referans R bölücüsü ile bölünmesi sonucu elde edilen referans işaret ile karşılaştırır. Faz sezicinin çıkışı, ölçülen frekansın referans frekansa göre durumuna bağlı olarak çevrimsel filtredeki integratör kapasiteyi dolduran ya da boşaltan bir şarj pompasına bağlıdır. Çevrimsel filtre, çıkan darbeleri filtreler ve VCO için DC kontrol voltajı üretir. Programlanabilen bölücüler, (N ve A) seri bus üzerinden kontrol edilir. Bölücü değerleri elde edilmek istenen VCO frekansına göre telefonun ana katından gönderilir. VCO 3420-3840 MHz arasında frekans üretir. EGSM900 bandında 175, DCS1800 bandında ise 375 kanal bulunur. Her kanal 200 KHz lik taşıyıcı aralığına sahiptir. RX frekans bandı EGSM900 925...960 MHz GSM1800 1805 1880 MHz TX frekans bandı EGSM900 880 915 MHz GSM1800 1710 1785 MHz Şekilde PLL sentezleyici M bölücüsü blok diyagramı görülmektedir. Önbölücü çift kademeli (P veya P+1) bölücüdür ve ilk olarak (P+1) e sayar. (P+1) e kadar sayıp tekrar sıfıra döndüğünde A ve N bölücülerinin değerlerini 1 artırır. A bölücüsü, sayımı tamamlayıp tekrar sıfıra döndüğünde önbölücüye mod kontrol sinyali gönderir. Bu sürede M bölücüsü [(P +1). A] ya kadar saymış olacaktır. Önbölücü, mod kontrol sinyali ile mod değiştirerek P ye kadar saymaya başlar. A bölücüsü sıfırladıktan sonra P ye saymaya başlayan önbölücü A ve N bölücülerinin değerlerini artırmaya devam eder. N bölücüsü de sayımı bitirip değerini sıfırladığında hem kendine hem de A bölücüsüne reset sinyali gönderir. A bölücüsünün değeri tekrar sıfırlandığı için önbölücüye tekrar mod kontrol sinyali yollar. M bölücüsünün değeri, böylece sıfırlanmış olur. M bölücüsü, A bölücüsünün sıfırlanmasında sonra [(N-A). P]'ye kadar daha saymıştır. A bölücüsünün değeri, her zaman N bölücüsünün değerinden az veya N bölücüsünün değerine eşit olmalıdır. 7
Şekil 1.5: M bölücüsü blok diyagramı A: Programlanabilir bölücü M = ( P + 1 ). A + ( N A ). P N: Programlanabilir bölücü M = A. P + A + N. P A. P P / P+1: Çift kademeli önbölücü M = N. P + A A <= N olmalı 8
M bölücüsünün değerine bağlı olarak VCO tarafından üretilen SHF frekansları aşağıdaki Tablo 1.1 de gösterilmiştir. EGSM RX Frekans Kanal nu VCO frekansı M bölücüsü 925 MHz 925.2 MHz 925.4 MHz 960 MHz EGSM TX 1 2 3 175 3700 MHz 3700.8 MHz 3701.6 MHz 3840 MHz 18500 18504 18508 19200 Frekans Kanal nu VCO frekansı M bölücüsü 880 MHz 880.2 MHz 880.4 MHz 915 MHz DCS1800 RX 1 2 3 175 3520 MHz 3520.8 MHz 3521.6 MHz 3840 MHz 17600 17604 17608 18300 Frekans Kanal nu VCO frekansı M bölücüsü 1805 MHz 1805.2 MHz 1805.4 MHz 1880 MHz DCS1800 TX 1 2 3 375 3610 MHz 3610.4 MHz 3610.8 MHz 3760 MHz 18050 18052 18054 18800 Frekans Kanal nu VCO frekansı M bölücüsü 1710 MHz 1710.2 MHz 1710.4 MHz 1785 MHz 1 2 3 375 3420 MHz 3420.4 MHz 3420.8 MHz 3570 MHz 17100 17102 17104 17850 Tablo 1.1: M bölücüsüne bağlı VCO değerleri 9
Şekil 1.6: RF Frekans planı VCO tarafından üretilen LO sinyali, kullanılan banda göre (EGSM900 veya DCS1800 ) RF-IC içerisinde ikiye veya dörde bölünür. Bu sinyal, RF-IC içerisinde yer alan I/Q demodülatör tarafından antenden gelen RX sinyali ile çarpılır ve alçak geçiren filtreden geçirilir. Çıkan sinyal, ana kata giden I ve Q sinyallerini oluşturur. Ana kattan gelen I ve Q sinyalleri ise I/Q modülatör tarafından bu sinyal ile çarpılır ve PA ya giden TX sinyalini oluşturur. I/Q (in Pase-ouadrature) modülasyonu her biri birbirinden 90 derece faz farklı iki sinyal tarafından taşıyıcı sinyalin modüle edildiği modülasyon tekniğidir. Modülasyon; yüksek frekanslı bir sinyali, düşük frekanslı bir sinyalin bir bölümüne (faz, frekans, genlik) değiştirme işlemidir. Yüksek frekanslı sinyal, taşıyıcı sinyal olarak bilinir ve düşük frekans sinyali ise mesaj sinyali, bilgi sinyali veya modüle edici sinyal olarak bilinir. Taşıyıcı sinyalimiz VCO tarafından üretilen LO sinyalinin RF-IC içerisinde ikiye veya dörde bölünmesi ile edilen sinyal; modüle edici sinyallerimiz, ana kata giden veya ana katdan gelen birbirinden 90 derece faz farklı I ve Q verileridir. I/Q veri RF haberleşme sistemlerinde çok yaygındır ve özellikle modüle edici sinyalleri desteklemeye uygunluğu nedeniyle mobil telefon haberleşmesinde kullanılır. 10
1.2. Çıkış Katı Frekans Ölçümü Resim 1.3: Mobil telefon çıkış katı Mobil telefonun RF katında ölçüm yapılırken ölçüm noktaları ve bu noktalarda ölçülmesi gereken değerler bilinmelidir. Resim 1.3, bir mobil telefona ait örnek sinyal ölçüm noktalarını göstermektedir. Değerler, servis kılavuzlarından elde edilebilir. Servis kılavuzundan elde edilemeyen değerler ise sağlamlığına emin olunan bir başka aynı model telefon ile karşılaştırılarak ölçülebilir. Sinyal ölçüm noktalarından sinyalin frekansı ve seviyesi ölçülür. VCO gibi çok yüksek frekanslar üreten elemanların çıkış sinyallerini ölçmek için yeterli ekipman (spektrum analizörü gibi) yok ise, bu noktalarda DC voltaj değerleri ölçülebilir. Telekomünikasyon sistemlerinde, radyo frekans katlarında seviye ölçü birimi olarak dbm kullanılır. dbm (+) ve (-) seviyeler ile ifade edilir. 1 miliwat a oranlanmış desibel (dbm), miliwatt cinsinden bir gücün ondalık logaritmasının 10 katıdır. dbm = 10 * log P ( mw) Mobil telefon çıkış katında yapılan onarım sonrasında, telefonun RX ve TX değerleri mutlaka tekrar kalibrasyona tabi tutulmalıdır. RX ve TX değerlerinin kalibrasyonu ve fekans ölçümü için RF sinyal jeneratörü, servis kalibrasyon programı ve spektrum analizörü gerekir. Kalibrasyon yapılmaz ise sinyallerin frekanslarındaki az miktardaki sapmalar dahi sinyallerin filtrelenmesine, dolayısı ile telefonun zayıf servis almasına, hatta hiç servis almamasına neden olabilir. Referans osilatör VCTCXO sinyalinin spektrum analizöründe görünüşü şekilde gösterilmiştir. VCTCXO tarafından üretilen sinyalin DC voltaj değeri 11
ölçülmeli, DC voltaj değeri normal olsa bile, spektrum analizöründe ölçülen sinyalin sapma miktarı 100 Hz den fazla olmamalıdır. Resim 1.4 te spektrum analizörü ile ölçülen VCTCXO sinyali gösterilmiştir. Resim 1.4: VCTCXO sinyali VCTCXO sinyali, hatasız ise telefonun RX I/Q ve TX I/Q sinyalleri normal değerlerde çıkmalıdır. 1 numaralı ölçüm noktasından TX I/Q sinyali ölçülür. Osilaskop ile ölçülen örnek RX I/Q ve TX I/Q sinyalleri, Resim 1.5 ve 1.6 da gösterilmiştir. Resim 1.5: RX I/Q sinyali 12
Resim 1.6: TX I/Q sinyali RX I/Q veya TX I/Q sinyalleri gözlenemiyor ise antenden gelen RX sinyali veya antene giden TX sinyali, spektrum analizörü ile kontrol edilir. 2 ve 5 numaralı ölçüm noktalarından gözlenen örnek TX GSM900 ve TX GSM1800 sinyalleri Resim 1.7 ve 1.8 de gösterilmiştir. Resim 1.7: GSM900 TX sinyali 13
Resim 1.8: DCS1800 TX sinyali 3 ve 4 numaralı ölçüm noktalarından GSM900 bandında TXC sinyalinin 5. ve 19. güç seviyesindeki (Resim 1.9 ve 1.10) kontrol sinyalleri ölçülür. Resim 1.9: TXC sinyalinin 19. seviye sinyali 14
Resim 1.10: TXC sinyalinin 5. seviye sinyali Mobil telefonlar, 5. güç seviyesinde EGSM900 bandında +33 dbm e kadar, DCS1800 bandında +30 dbm e kadar güç basabilir. Kalibrasyon esnasında telefon TX moduna alındığında tüm güç seviyelerinin normal olduğu kontrol edilmelidir. TX sinyalleri normal çıkmıyor ise kontrol çevrimi elemanları ve çevrime giren sinyallerin kontrolü yapılmalıdır. Spektrum analizörü kullanılarak ölçülen örnek EGSM900 RX sinyali, Resim 1.9 da gösterilmiştir. RX LNA lar yaklaşık - 45 dbm den sonra kazanç moduna geçer. Resim 1.11: GSM900 RX sinyali Spektrum analizörü kullanılarak ölçülen örnek VCO frekansı Resim 1.10 da gösterilmiştir. Hiçbir sinyal gözlenmiyor ise SHF yerel işareti kontrol edilmelidir. Spektrum 15
analizörü mevcut değil ise avometre ile osilatörlerin çıkışındaki DC voltaj değerleri kontrol edilebilir. Resim 1.12: VCO sinyali 1.3. Anten Konnektörü Lehimi Yenilenmesi Resim 1.13: Anten konnektörü Şekil 1.7: Anten konnektörü bağlantı diyagramı Mobil telefonlarda, araç kitleri ve harici antenlere çıkış amacı ile anten konnektörü bulunur. Telefon, harici antene veya araç kitine bir kablo ile anten konnektörü üzerinden bağlanır. Çoğu mobil telefonda da RX ve TX değerleri, bu konnektör üzerinden kalibre edilir. Bağlantı sağlandığında anten konektörü, dâhili antenin anten anahtar modülü ile olan bağlantısını açık devre yaparak harici anteni devreye sokar. 16
Resim 1.14: Anten konnektörünün lehimlenmesi Anten konnektörünün PCB ye lehimli ayaklarından birinin bağlantısı koparsa veya anten konnektörü arızalanarak sürekli açık devre konumunda kalır ise telefon yeterli düzeyde sinyal alamaz. Bu da telefonun zayıf servis almasına, hatta hiç servis almamasına neden olur. Öncelikle anten konnektörünün avometre ile sağlamlığı ölçülmeli (kısa devre gösterip göstermediğine bakılır), konnektör sağlam ise ayak lehimleri yenilenmelidir. 1.4. Anten Değişimi Mobil telefon antenleri, sabit antenler ve dâhili antenler olarak iki çeşittir. Sabit antenler aşağıda gösterildiği gibi telefona bakıldığında gözle fark edilir. Resim 1.15: Sabit antenler Genellikle vidalı veya tırnaklıdırlar. Vidalı antenler, rahatlıkla telefonun diğer parçaları sökülmeden döndürülerek çıkarılabilir. Tırnaklı antenler ise arka kapak söküldükten sonra, tırnak tornavida yardımı ile itilerek kolaylıkla arka kapaktan ayrılır. 17
Resim 1.16: Vidalı sabit antenler Resim 1.17: Vidalı antenin sökülmesi Resim 1.18: Tırnaklı anten Dâhili antenler ise mobil telefonun dış kapaklarının içerisinde veya üzerinde yer alır. Bu tür antenler, dışarıdan görülebildiği gibi kapak içerisinde de yer alabilirler. Aşağıda kapak içerisinde veya üzerinde yer alan dâhili antenler ve söküm şekilleri gösterilmiştir. Resim 1.19: Dâhili antenlerin sökülmesi 18
UYGULAMA UYGULAMA FAALİYETİ FAALİYETİ İşlem Basamakları Öneriler Onaracağınız mobil telefonun servis kılavuzunu açınız. Servis kılavuzundan telefonun arıza takip diyagramını bulunuz. Onarıma başlamadan önce gerekli ESD önlemlerini alınız. Telefonun PCB sini sökünüz. PCB yi test jigine takınız. RX ve TX değerlerini kalibrasyona tabi tutunuz. Kalibrasyon değerlerinde sorun yok ise telefonun antenini değiştirerek sorunun giderilip giderilmediğini görünüz. Anten değiştirmek çözüm sağlamaz ise anten konnektörünü kontrol ediniz. Anten konektörünün lehimlerini yenileyiniz. Anten konnektörü açık devre ise sıcak hava tabancası ile sökünüz. Artık lehimleri, lehim çekme teli veya lehim pompası ile temizleyiniz. Yüzeyde kalan kalıntıları, alkol veya tiner ile temizleyerek yeni elemana hazır hâle getiriniz. Lehimlenecek yüzeye flax uygulayınız. Lehim, flax içeriyor ise gerek yoktur. Yeni anten konnektörünü yerine dikkatlice yerleştiriniz. Servis kılavuzu bize mobil telefonun sinyal ölçüm noktalarını, arıza takip diyagramını, ayrıca tespit edilen arızaya göre hangi elemanın değişeceğini gösterir. Radyo frekans katlarında onarım yaparken servis kılavuzunun kullanımı şarttır. Bölüm 1.4 e bakınız. Anten konektörü, harici anten bağlı olmadığı sürece iki ucu arasında kısa devre göstermelidir. Resim 1.14 e bakınız. Anten konnektörünün yenisi takılırken mümkün olduğu kadar havya kullanmalısınız. Havya ile lehimlenemeyen noktalarda sıcak hava tabancasının ısısını çok düşük tutmalısınız. Aksi hâlde konnektörün plastik kısımları eriyecek ve takılması sırasında tekrar arızalanacaktır. Anten konnektörünün bağlantı ayaklarını lehimleyiniz. RX ve TX kalibrasyonları yapılamıyor ise arıza takip diyagramında belirtilen adımlara uyarak sinyal takibi yapınız. Arıza takip diyagramına göre arızalı olduğu tespit edilen malzemeleri değiştiriniz. VCTCXO sinyalini spektrum analizörü ile ölçünüz. 19 Resim 1.14 e bakınız. Resim 1.4 e bakınız.
Arızalı ise sıcak hava tabancası ile sökünüz. Artık lehimleri, lehim çekme teli veya vakumlu pompa ile çekerek temizleyiniz. Yüzeyde kalan kalıntıları, alkol veya tiner ile temizleyerek yeni elemana hazır hâle getiriniz. Metal yüzeye flax uygulayınız. Yeni elemanı yerine dikkatlice yerleştiriniz. Arızalı devre elemanları değiştirilirken mümkün olduğu kadar havya kullanınız. Havya ile sökülemeyen elemanları, sıcak hava tabancası ile sökünüz. Eleman ayaklarını lehimleyiniz. Sorun RF-IC den kaynaklanıyor ise lehimlenmesi veya değiştirilmesi gerekir. Arızalı entegre değişimi, bir sonraki faaliyette anlatıldığı için uygulamayı burada bitiriniz. Onarım sonrasında telefonun RX ve TX değerlerini tekrar kalibre ediniz. RX ve TX kalibrasyonları yine yapılamaz ise sinyal takibine devam ediniz. Test ekipmanı kullanarak telefonun servis probleminin giderildiğinden emin olunuz. Arızalı elemanların yerine lehimlenmesi sırasında da mümkün olduğu kadar havya kullanınız. Ancak havya ile lehimi eritecek yeterli sıcaklığa ulaşamıyorsanız sıcak hava tabancası kullanınız. 20
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME ÖLÇME SORULARI 1. Aşağıdakilerden hangisi mobil telefonun alıcı kısmını oluşturan elemanlardan değildir? A) LNA B) PA C) SAW D) RF-IC 2. Aşağıdakilerden hangisi TX kontrol çevrimi içerisinde yer almaz? A) PA B) RF-IC C) Kuplör D) VCO 3. Aşağıdakilerden hangisi frekans sentezleyiciyi oluşturan elemanlardan değildir? A) Kuplör B) Şarj pompası C) Faz sezici D) VCTCXO 4. Aşağıdakilerden hangisi RX ve TX değerlerinin kalibrasyonu için gerekli değildir? A) Servis kalibrasyon programı B) Spektrum analizörü C) Avometre D) RF sinyal jeneratörü 5. EGSM900 bandında kaç taşıyıcı kanal bulunur? A) 175 B) 375 C) 125 D) 350 6-10 nu.lu soruları doğru/yanlış olarak cevaplandırınız. 6. VCO frekansı kararlı VCTCXO frekansına PLL kullanılarak sabitlenir. (D) (Y) 7. VCO tarafından üretilen frekans 26 MHz dir. (D) (Y) 8. dbm, miliwatt cinsinden bir gücün ondalık logaritmasının 10 katıdır. (D) (Y) 9. Her bir taşıyıcı kanal, 200 khz lik taşıyıcı aralığına sahiptir. (D) (Y) 10. Anten konnektörü boşta iken avometre ile ölçüldüğünde açık devre göstermelidir. (D)(Y) 11-15 numaralı sorularda boşlukları doldurunuz. 11. Telekomünikasyon sistemlerinde, radyo frekans katlarında seviye ölçü birimi olarak kullanılır. 12. Mobil telefon antenleri, antenler ve dahili antenler olarak iki çeşittir. 13. Mobil telefon haberleşmesinde, özellikle modüle edici sinyalleri desteklemeye uygunluğu nedeniyle verileri kullanılır. 14. Anten tarafından toplanan RF sinyali, anten anahtar modülünden birinci RX saw bant geçiren filtreye ve filtre üzerinden ya gelir. 15. Mobil telefon sistemlerinde RF-IC den gelen TX sinyali, ile yükseltilerek anten anahtar modülüne gelir. 21
DEĞERLENDİRME Sorulara verdiğiniz cevaplar ile cevap anahtarını karşılaştırınız. Cevaplarınız doğru ise yeterlik ölçmeye geçiniz. Yanlış cevap verdiyseniz öğrenme faaliyetinin ilgili bölümüne dönerek konuyu tekrar ediniz. YETERLİK ÖLÇME DEĞERLENDİRME ÖLÇÜTLERİ Evet hayır 1 Servis kılavuzunu kullanabildiniz mi? 2 Arıza takip diyagramını takip edebildiniz mi? 3 Telefonun RX ve TX değerlerini kalibre edebildiniz mi? 4 Sinyal ölçümü yapabildiniz mi? 5 Anteni değiştirirken kapakları hasarsız sökebildiniz mi? 6 Sıcak hava tabancasını kullanabildiniz mi? 7 Sistem modül, onarım sonrasında onarıma başlamadan önceki kadar temiz miydi? 8 Onarım sonrasında arıza tamamen giderildi mi? 9 Onarım sonrasında telefonu problemsiz kullanabildiniz mi? DEĞERLENDİRME Yaptığınız değerlendirme sonunda "Hayır" şeklindeki cevaplarınızı bir daha gözden geçiriniz. Kendinizi yeterli görmüyorsanız öğrenme faaliyetini ve uygulama faaliyetini tekrar ediniz. Cevaplarınızın tamamı "Evet" ise bir sonraki faaliyete geçiniz. 22
ÖĞRENME FAALİYETİ 2 ÖĞRENME FAALİYETİ-2 AMAÇ Her model mobil telefonda marka ve modele uygun lehimleme tekniği kullanarak arızalı entegre değişimini yapabileceksiniz. ARAŞTIRMA Okul atölyesinde kullandığınız lehimin etiketinden özelliklerini okuyunuz. Havya nasıl kullanılır? Önceki ders notlarınızdan tekrar ediniz. 2. ARIZALI ENTEGRELERİN DEĞİŞİMİ 2.1. Entegre Sökme Teknikleri 2.1.1. PCB Mobil telefonun tüm elektronik donanımı, PCB (printed circuit board-baskılı devre kartı) üzerinde bulunur. PCB, entegre ve diğer elemanların monte edildiği yüzeyler ile bakır elektronik devre yollarının yalıtkan katmanlarla ayrılarak birbirinin üzerine yerleştirilmesi ile oluşur. Bakır yollar ve yüzeye monteli elemanlar birbirlerine yalıtkan katmanların üzerindeki deliklerden geçen iletken yollar ( Via olarak da adlandırılır ) ile bağlanır. Mobil telefon PCB lerinin yapısı, günümüzde 8 katmana kadar çıkmıştır. PCB üzerinde yer alan elemanların tümü, SMT teknolojisi ile yerleştirilmiştir. SMT teknolojisinde elektronik elemanlar, doğrudan yerleştirilecekleri yüzeye lehimlenirler. Bu teknolojiye uygun elektronik elemanlara, SMD (surface mount devices-yüzey montaj bileşenleri) denir. SMD elemanlar, minyatür yapılıdır; fakat yüksek performans gösterirler. Boyutlarının küçük olması, bağlantı ayaklarının daha küçük olmasından veya hiç olmamasından kaynaklanır. SMD elemanların PCB üzerinde lehimlendikleri bakır noktalara PAD adı verilir. SMT teknolojisi, cep telefonu boyutlarını küçülten en önemli etken olmuştur. 23
Resim 2.1: Örnek mobil telefon PCB si Mobil telefon PCB lerinde yer alan entegreler, çeşitli kılıf yapıları içerisinde yer alırlar. En yaygın kullanılanlar QFP (quad flat package) ve BGA (ball grid array) kılıflardır. Resim 2.2: QFP entegre kılıf yapısı Günümüzde mobil telefon PCB leri, tamamıyla BGA entegrelerden oluşmaktadır. Başka kılıf yapılarındaki entegrelere az da olsa rastlanır. BGA (ball grid array), entegrenin alt yüzeyinde düzenli olarak sıralanmış ve doğrudan entegreye bağlı lehim topları içeren bir kılıf türüdür. Lehim toplarının doğrudan entegreye montajı, entegre boyutunun daha da küçülmesini sağlar. Lehim toplarının 1 mm den daha ince olduğu yapılar ise µbga olarak adlandırılır. 24
Resim 2.3: BGA entegre kılıf yapısı 2.1.2. SMD Entegre Sökme Cihazları ve Aparatları SMD entegreler sökülürken entegrelerin ısıtılması için kullanılan cihazlardan bir tanesi sıcak hava istasyonudur. Sıcak hava istasyonu, sökülecek entegrenin üzerine sıcak hava üfleyerek lehimleri eritir. Sıcak hava istasyonu üzerinde, hava akış hızı ayar düğmesi ve sıcaklık ayar düğmesi bulunur. Aynı zamanda dâhili lehim emici pompaya da sahiptir. Sıcaklık derecesi, istasyon üzerinde bulunan dijital ekrandan okunur. Resim 2.4: Sıcak hava istasyonu Sıcak hava ile entegre sökülürken, sıcak hava istasyonunun ucuna sökülecek entegrenin PCB ile temas yüzeyine uygun aparat takılması tercih edilmelidir. Aparat kullanılmadığı taktirde sıcak hava, etrafa kontrolsüz yayılarak ısıtılan elemanın etrafında ve sıcak havanın ulaştığı bölgelerde bulunan monteli elemanlar ve lehimler zarar görebilir. Özellikle büyük elemanların sökümü sırasında süre uzadığından hava akışından dolayı hafif 25
elemanlar yerlerinden kopup uçabilir. Aparat kullanılmasıx sıcak havanın gereksiz kısımlara yayılmasını azaltır ve onarım esnasında PCB üzerinde oluşabilecek hasarları en aza indirir. Resim 2.5: Sıcak hava üfleyici aparatlar SMD entegrelerin sökülmesinde kullanılan bir diğer cihaz infra-red ısıtıcıdır. infra-red ısıtma sistemi; bir ön ısıtıcı, PCB tutucu, elde tutulan infra-red ısıtıcı ve fan içeren tutucudan oluşur. Resim 2.6: İnfra-red ısıtıcı 26
2.1.3. Sıcak Hava İstasyonu ile Entegrenin Sökülmesi Sıcak hava istasyonu ile entegre sökülürken aşağıdaki süreç takip edilir: Sökme işlemine geçmeden önce entegreye mutlaka flax uygulayınız. Sıcak hava istasyonunun sıcaklık ve hava akış hızını ayarlayınız. Lehimin erime sıcaklığına, üflenen havanın sıcaklığı ve havanın akış hızı ayarlanarak ulaşılır. Lehimin erime sıcaklığına ulaşma süresi sökülecek elemanın boyutlarına ve PCB ile temas yüzeyine bağlıdır. Çalışma sıcaklığı çok yüksek olursa, PCB yüzeyindeki bölgesel ısı farklılıklarından dolayı bükülebilir ve PCB nin ara katmanları da bu durumdan zarar görebilir. Sıcaklık kontrolü sağlanamaz ise PCB ve üzerindeki elemanlar yanarak onarılması mümkün olmayan hasarlar görebilir. Resim 2.7: Yanık devre elemanları Sıcak hava ile entegre sökülürken istasyon çalıştırıldıktan sonra sıcaklık göstergesinden havanın ayarlanan sıcaklığa gelmesini bekleyiniz. Kısa bir süre sonra ayarlanan sıcaklığa ulaşılınca ısıtma işlemine geçiniz. Aparatı, tam olarak entegre üzerine hizalamaya dikkat ediniz. Resim 2.8: Entegrenin sıcak hava ile ısıtılması Lehim, erime sıcaklığına ulaştığında bir cımbız yardımı ile entegreyi PCB yüzeyinden ayırınız. Lehim erime sıcaklığına ulaşmadan entegreyi PCB den ayırmaya çalışmamak gerekir. Aksi hâlde PCB üzerindeki PAD (lehimlenecek etal nokta yüzey) ler ve pad lere bağlı yollar kalkabilir, hatta kopabilir. 27
Resim 2.9: Lehim eridiğinde entegrenin bir cımbız yardımı ile alınması Entegre alındıktan sonra sıcak hava istasyonunu kapatınız. Söküm işlemi sonrasında metal lehimleme yüzeyini, lehim çekme teli veya lehim pompası ile kalan artık lehimlerden temizleyiniz. Lehimler temizlendikten sonra kalan artıkları alkol veya tiner ile temizleyerek lehimleme yüzeyini yeni takılacak eleman için temiz bırakınız. 2.1.4. İnfra-Red Isıtıcı ile Entegrenin Sökülmesi İnfra-red ısıtıcı ile entegre sökülürken aşağıdaki süreç takip edilir: PCB yi ön ısıtıcı üzerinde yer alan PCB tutucuya yerleştiriniz. İnfrared ile entegre sökmeden önce PCB yi alt yüzeyinden yaklaşık 90 saniye ön ısıtmaya tabi tutunuz. Böylece lehim yüzeyi, önceden belirli bir sıcaklığa ulaşacaktır. Bu durum, entegre yüzeyine uygulanacak ısının daha düşük olmasını sağlar. İnfra-red ile çalışma ve PCB nin ön ısıtmaya tabi tutulması, PCB üzerinde sıcak hava ile çalışılırken oluşan ısı farklılıklarını en aza indirir. Sökme işlemine geçmeden önce entegrenin lehimlerine mutlaka flax uygulayınız. Flax, ısıtma esnasında entegre etrafında oluşabilecek oksitlenmeleri önleyecektir. Elde tutulan ısıtıcı ile entegreyi üst yüzeyden ısıtmaya başlayınız. Resim 2.10: Infra-red ile entegrenin ısıtılması 28
Lehim, erime sıcaklığına ulaştığında bir cımbız yardımı ile entegreyi PCB yüzeyinden ayırınız. Resim 2.11: Lehim eridiğinde entegrenin alınması Entegre alındıktan sonra sıcak hava istasyonunu kapatınız. Söküm işlemi sonrasında metal lehimleme yüzeyini, lehim çekme teli veya lehim pompası ile kalan artık lehimlerden temizleyiniz. Lehimler temizlendikten sonra kalan artıkları, alkol veya tiner ile temizleyerek lehimleme yüzeyini yeni takılacak eleman için temiz bırakınız. 2.1.5. Havya ile Entegrenin Sökülmesi Bir diğer söküm yöntemi havya kullanmaktır. Ancak havya sadece bacak sayısı az, fakat boyutu büyük kılıfa sahip entegrelerin sökülmesi için kullanılabilir. Mobil telefon PCB leri üzerindeki entegrelerin sökülmesinde havya kullanışlı değildir. Mecbur kalınmadıkça kullanılmamalıdır. Resim 2.12: Entegrenin bacaklarına şekilde gösterildiği gibi komple lehim veriniz. Resim 2.13: Entegrenin bir tarafındaki lehimleri ısıtırken alttan bir cımbız ile kaldırınız. Resim 2.14: Lehimi emerek bacakların pad den ayrıldığını görünüz. Ayrılmayanları kaldırınız. 29
Resim 2.15: Bir tarafı pad lerden ayrılan entegrenin diğer tarafını havya ile ısıtarak entegreyi cımbız ile kaldırın. Resim 2.16: Entegre söküldükten sonra kalan lehimler temizlenmelidir. 2.2. Lehimleme İşleminde Flax Başarılı bir lehim için mutlaka lehimlenecek yüzeyin temiz olması gerekir. Çoğu metaller, hava ile temas ettiğinde kimyasal tepkimeye girer ve oksit tabakası ile kaplanır. Oksit tabakası ile kaplı bir yüzeye lehimin yapışması çok zordur. Flax, lehimlenecek metal yüzeyin üzerindeki oksit tabakasını temizleyen ve lehimleme sırasında sıcaklıktan dolayı oluşabilecek yeni oksitlenmeleri engelleyen kimyasal bir bileşiktir. Lehimleme esnasında doğru flaxın seçimi, en az lehimleme sürecini oluşturan diğer aşamalar kadar önemlidir. Flaxlar reçine tabanlı ve suda çözünebilir olarak iki grupta toplanır. Elektronik cihazlarda reçine tabanlı flax tercih edilmelidir. Reçine, çam ağaçlarında oluşan katı veya yarı akışkan organik salgı maddesidir. Suda çözünebilir flaxlar, reçine tabanlı flaxlardan daha aktif olmalarına rağmen korrozif etkilerinin yüksek olması nedeni ile elektronik cihazlarda kullanılmaz. Daha çok elektronik sanayi ile ilgisi olmayan tenekeci işleri, metal eşyalar, bakır teller ve otomobil gövdesi gibi metal işlerinde kullanılırlar. Bu tür flaxlar kullanıldığında çok iyi yüzey temizleyicileri kullanılmalıdır. Korozyon, metallerin içinde bulundukları ortam ile kimyasal veya elektrokimyasal reaksiyonlara girerek metalik özelliklerini kaybetmeleridir. Metallerin büyük bir kısmı, su ve atmosfer etkisine dayanıklı olmayıp, normal koşullar altında dahi korozyona uğrarlar. Reçine tabanlı olmayan flaxlar asit gibi rutubet çeken maddeler içerir. Lehimleme sonrasında flax artıkları, iyi temizlenmez ise lehimlenen yerlerde korozyon oluşur. En iyi flaxlar şu üç özelliğe sahiptir: Lehimlenecek metal yüzey üzerindeki tüm oksit tabakasını yok eder. Lehimleme esnasında oluşabilecek yeni oksitlenmeleri önler. Lehimlemeden sonra kolaylıkla temizlenir ve ilerleyen zamanda hiçbir korozyona yol açmaz. Reçine tabanlı flaxların oksitleri yok etme yeteneklerini artırmak ve lehimleme sonrasında çok daha kolay temizlenmelerini sağlamak amacı ile içerisine flaxın aktifliğini artıran maddeler katılır. Oluşan yeni bileşimler, geniş bir uygulama alanında kullanılır ve üç farklı grupta toplanır: 30
R (sadece reçine-rosin only): Bu flax türü, reçine tabanlı flaxlar içerisinde en az aktif olandır. Çok temiz olması gereken metal yüzeyler için önerilir. Lehimleme sorasında hemen hemen hiç kalıntı bırakmaz. Korrozif etkisi yoktur. RMA (biraz aktif hâle getirilmiş reçine-rosin mildly activated): Bu flax türünde, oksitleri yok etme yeteneğini artırmak ve temizlenmesini kolaylaştırmak amacı ile içerisine bir miktar aktiflik artırıcı madde eklenmiştir. Lehimleme sonrasında arkasında kimyasal tepkimeye girmeyen çok az bir kalıntı bırakır. Kolaylıkla temizlenir. Temizlenmese bile korrozif bir etkisi yoktur. RA (aktif hâle getirilmiş reçine-rosin activated): Reçine tabanlı flaxlar içerisinde en etkilisidir. İçerisine daha fazla aktiflik artıran madde eklenmiştir. Arkasında kalıntı bıraksa da bu kalıntılar uygun flax temizleyiciler ile kolaylıkla kaldırılabilir. Kullanılacak flax türü lehimlenecek elemanın yapısı, lehimin erime sıcaklığı, lehimleme metodu, flaxın korrozif etkisi ve uygulamanın ekonomikliği göz önüne alınarak seçilir ve üç farklı yapıda kullanıma sunulur: Sıvı flax, en yaygın olarak kullanılandır. Çok kolay temizlenir. Ancak çok ince olduğu için çabuk buharlaşma eğilimindedir ve lehimleme sürecinde tekrar tekrar uygulamak gerekebilir. Uygulandığı noktaların etrafına da yayılır ve akar. Jel flax, lehimlenen yüzeye daha iyi yapışır. Sıvı flax kadar kolay buharlaşmaz. Ancak gerektiğinden fazla kullanılmamalıdır. Genellikle kurşunsuz lehimlemede jel flax tercih edilir. Macun flax, sıvı flax ve jel flaxa göre çok daha yoğundur. Uygulandığı yerde kalır ve kolaylıkla buharlaşmaz. Ancak macun flaxların temizlenmesi zor olabilir. 2.3. Entegre Lehimleme Teknikleri PCB üzerinde yer alan SMD entegreler, BGA kılıf içerisinde üretilmedi ise havya, sıcak hava istasyonu ve infra-red ısıtıcıdan herhangi biri kullanılarak lehimlenebilir. BGA entegrelerde havya kullanılamaz, sıcak hava istasyonu veya infra-red ısıtıcı kullanılır. Lehim, kalay ile başka bir metalin belli oranlarda alaşımından meydana gelir. Günümüze kadar en çok kullanılan lehim, kalay ve kurşun alaşımı olmuştur. Kalay ile kurşunun veya başka bir metalin alaşım oranı, lehimin erime sıcaklığını belirler. Örnek verecek olursak saf kalay 232 derecede, kurşun ise 327 derecede erir. Fakat bu iki maden karıştırılırsa daha düşük sıcaklıkta erir. %63 kalay ve %37 kurşun şeklinde karıştırılır ise 183 derecede eriyen bir lehim elde edilir. Kalay miktarı arttıkça lehimin kalitesi artar. Kalay miktarı azaltılıp kurşun miktarı artırıldıkça lehimin erime derecesi yükselir. Erime sıcaklığının artması, çalışma sıcaklığının artması anlamına gelir. Lehimin alaşım oranı Erime sıcaklığı Lehimleme sıcaklığı % Sn % Pb ( C ) 63 37 183 60 40 190 50 50 215 40 60 238 Tablo 2.1: Kurşun kalay alaşımı lehimler 31 ( C ) 220 240 230 250 260 280 280 300
Kalay kurşun alaşımı hem bu metallerin doğada bolca bulunması nedeni ile maliyetinin düşük olması hem de kalay kurşun alaşımından oluşan lehimin kolay uygulanabilmesinden ötürü pek çok uygulamada olduğu gibi mobil telefon teknolojisinde de yaygın şekilde kullanılmıştır. Ancak kurşun sağlığımız açısından zararlı bir maddedir. Kurşunun hem solunum hem de sindirim yolu ile alınması, insan üzerinde sağlık sorunları yaratır. Bu yüzden pillerdeki, boyalardaki, borulardaki ve benzindeki kurşun kullanımı yakın geçmişte büyük ölçüde terk edilmiştir. Elektronik malzemelerdeki kurşun bize nasıl bulaşır? Çöpe atılan elektronik malzeme ve cihazların içinde bulunan kurşun, asitli yağmur sularıyla (hava kirliliğinden dolayı yağmur suları toprağa düşmeden önce asit içerecek hâle gelebilmektedir) yıkanarak toprak altındaki su havzalarına karışmaktadır. Bu suyu kullanan canlılar ise suyun içinde bulunan kurşundan etkilenmektedir. RoHS (restriction of the use of certain hazardous substances-sağlığa zararlı maddelerin kullanımının kısıtlanması); Avrupa Birliği tarafından dikte edilen, elektronik cihaz üretiminin çevreye zarar vermemesi için sağlığa zararlı maddelerin elektrikli ve elektronik ürünlerdeki kullanım miktarlarını kısıtlayan kurallardır. Sağlığa zararlı maddelerin kısıtlanması hem transistör, entegre devre, konnektör vb. gibi elektronik malzeme üreticileri için hem de bu ürünleri kullanarak baskılı devre, yarı mamul veya mamul (örneğin, mobil telefon) ürün yapan üreticiler için geçerlidir. Artık zararlı maddelerin kullanımına eski ürünlerin tamiri nedeniyle müsaade edilebilmekte, ancak yeni üretimlerde RoHS kurallarına uyulması istenmektedir. Kurşunun insan sağlığı açısından zararlı bir madde olması ve gelişmiş ülkelerde kanunlarla kullanımının kısıtlanması, kurşunsuz lehim (Lead-free solder) olarak da adlandırılan kalay ve diğer metal karışımlarının kullanılması sonucunu doğurmuştur. Bu durum sonucunda lehimleme konusunda karışık teknolojilerin (yani kurşunlu lehimle RoHS uyumlu yüzey, RoHS uyumlu lehimle de kurşunlu yüzey) kullanılabilirliği konusunda değişik görüşler oluşmuştur. Bazı makaleler kurşunsuz lehim için tasarlanmış yeni ürünlere kurşunlu lehim bulaşırsa lehimlenen kontaktların güvenirliğinin önemli ölçüde azalacağını belirtmektedir. Bazı makaleler, ise RoHS uyumlu pasif elektronik malzemede kurşunlu lehimin başarıyla kullanılabildiğini söylemektedir. Gene de en doğru yöntem, ürünlerin kendi teknolojisine uygun lehim kullanmaktır ( yani, eski ürünlerde kurşunlu lehim, yeni ürünlerde ise kurşunsuz lehim ). Eğer kurşunlu ve kurşunsuz teknolojiler karışık olarak kullanılacaksa malzeme üreticisinin bu konudaki önerilerinin incelenmesi önerilmektedir. Ancak mobil telefon teknolojisinde yaygın olarak kullanılan Ball Grid Array (BGA-kare entegre devrelerin altındaki yuvarlak lehim topları) türündeki lehim toplarında karışık teknoloji kullanılır ise problem yaşanacağına dair tüm üreticiler hemfikir olmuştur. Lehimlemenin başarılı olabilmesi için sıcaklık çok iyi ayarlanmalıdır. Lehimin başarılı olması için lehimleme sıcaklığının çok iyi ayarlanmış olması gerekir. Sadece lehimin değil, lehimlenecek yüzeyin de lehimin erime sıcaklığına ulaşması gerekmektedir. Özellikle kurşunsuz lehim için daha yüksek erime sıcaklıkları gerekir. Bunun için PCB yi ön ısıtmaya tabi tutmak bir çözüm sunar. Kurşunsuz lehimleme için artırılan ısı, çok yükseltilirse PCB üzerindeki elektronik malzemelere zarar verebilir; hatta PCB üzerinde onarılması mümkün olmayan hasarlar oluşturabilir. Kalayın bazı maddeler ile alaşımı daha düşük erime 32
sıcaklıkları temin etse de bu maddelerin doğada az bulunması, maliyeti artırmakta ve kullanımını kısıtlamaktadır. Bazı kalay alaşımları ve erime dereceleri aşağıda gösterilmiştir: Tablo 2.2: Lehimlerin erime sıcaklıkları RoHS standardına göre hangi sıcaklıkların uygulanacağı, ne tür lehim kullanılacağı konusunda PCB üzerinde bilgi veren bir yer ayrılması gerekmektedir. Bu bilgiler, lehimleme yöntemlerini de (SMT ve havya ile lehim) kapsayacak kadar detaylı olabilmektedir. RoHS için standart bir işaretleme olmayıp her firma kendisine göre bir amblem seçmiştir. Bazı firmalar "kurşunsuz" anlamında üstü çizili Pb sembolünü kullanırken, bazı firmalar da zararlı maddelerin sadece kurşundan ibaret olmadığını vurgularcasına RoHS kelimesi içeren semboller kullanmaktadır. Resim 2.17: Zararlı madde kullanılmadığını gösteren semboller Baskılı devre üzerinde hangi lehim alaşımı kullanılması gerektiği ile ilgili olarak elips içine yerleştirilen bir "e" harfi ve yanında da bir numara kullanılmaktadır. Resim 2.18: Örnek lehim alaşımı belirteci Tablo 2.3: Lehim alaşımları ve belirteçleri 33
Kurşunsuz lehimleme esnasında daha fazla flax kullanımı ve havya ucunun lehimlenecek yüzeye daha uzun süre temas etmesi (ısısını aktarabilmesi için) gerekmektedir. Ayrıca kurşunsuz lehim, diğeri kadar akışkan değildir. Kurşunsuz lehimlemeden sonraki görünüm, kurşunlu lehimin parlaklığına sahip değildir. Malzemeye bulaşan lehim de kurşunlu lehimde olduğu gibi araları yumuşak meyillerle doldurmaz, daha keskin hatlarla ve daha ince bir tabaka olarak lehim yapılan yüzeyi kaplar. Bu da sanki sağlıklı bir lehim yapılmamış izlenimini vermektedir. Ancak bu görünüm, yanıltıcıdır ve lehim kalitesinden endişe etmeye gerek yoktur. 2.3.1. Havya ile Entegre Lehimleme Süreci QFP entegrelerin lehimlenmesi için en uygun metot havya ile lehimlemektir. Havya ile SMD entegreler lehimlenirken aşağıdaki süreç takip edilir: Havya ile lehimlemede havya ucu, mutlaka entegrenin bacak boyutlarına uygun incelikte olmalıdır. Aksi hâlde entegre bacakları arasında lehim köprüleri oluşabilir. Kısa devreleri temizlemek için entegreyi lehimlerken harcayacağınızdan daha fazla zaman harcayabilirsiniz. PCB üzerindeki SMT pad lere flax uygulayınız. Kullandığınız lehim flax içerebilir. Bu durumda ihtiyaç duymadığınız sürece flax kullanmayınız. SMD entegrelerin pinleri çok ince ve birbirine yakın olduğu için mikroskop altında çalışmalısınız. Pad üzerine elemanınızı yerleştiriniz. Pad de merkezlenmiş görünecek şekilde dikkatlice pinleri hizalayınız. Elemanınızın 1.pinini PCB üzerindeki 1.pin üzerine özenle hizalayarak yerleştiriniz. Elemanı hizalamak biraz sabır ister, fakat zor değildir. Havyanızın ucunu ıslak bir sünger ile temizleyiniz. Elemanınızı karttaki yerine tutturmalısınız. Bir sonraki adımda hizalamayı kontrol edebilmek için sadece SMD entegrenizin 1. pinini lehimleyiniz. Çapraz köşedeki pin için işlemi tekrarlayınız. Tüm pinlerin hizalamasını tekrar kontrol ediniz. Pad lerin tamamı hizalandığında, elemanınızın her bir pinini lehimleyebilirsiniz. Lehimi yeteri kadar vermeye dikkat ediniz. Fazla lehim, genellikle lehim köprüleri ile sonuçlanır. Her pinin lehimlenmesi birkaç saniye alır. Lehimleme esnasında sık sık geriye dönerek lehimlerinizi kontrol ediniz. Çalışmanızı dikkatle inceleyerek herhangi bir yerinde lehim köprüsü oluşup oluşmadığını görmek için mutlaka mikroskop altında kontrol ediniz. Eğer lehim köprüleri kontrol edilmez ise PCB ye enerji verildiğinde PCB üzerindeki elemanlar ve PCB zarar görebilir. Kullandığınız lehim, kalıntı bırakacak flax içerebilir. Lehimlenen yüzeyleri kalıntı bırakmayacak şekilde alkol veya tiner ile temizleyiniz. Yandaki şekilde lehimleme sonrasında lehim Resim 2.19: Hatasız lehimleme artıkları ve tüm kalıntılardan temizlenmiş yüzey gösterilmiştir. 34
2.3.2. Sıcak Hava İstasyonu ile Entegre Lehimleme Süreci Sıcak hava istasyonu ile lehimleme, tüm entegrelere uygulanabilir. Sıcak hava istasyonu ile BGA entegreler lehimlenirken aşağıdaki süreç takip edilir: PCB yi düz bir zemin üzerine yerleştiriniz. Entegrenin yerleştirileceği pad lere flax uygulayınız. Kurşunsuz lehim, daha yüksek erime sıcaklıklarına sahip olduğundan jel flax kullanmak daha iyidir. Entegreyi lehimlenecek yüzey üzerinde bulunan kılavuz çizgilerin arasında tam merkezlenmiş görünecek şekilde dikkatlice hizalayınız. Yeterince düzgün hizalanmamış entegrenin lehim topları arasında lehim köprüsü oluşabilir. BGA entegrelerin alt kısmı çıplak gözle görülemediğinden, onarım sonrasında lehim köprülerinin oluşturabileceği hasarları önlemek için hizalama çok dikkatli yapılmalıdır. Sıcak hava istasyonunun sıcaklık ve hava akış hızı ayarlarını yapınız. Bu ayarlar; entegrenin boyutu, kullanılan lehimin cinsi ve entegre etrafındaki elemanların yoğunluğuna bağlıdır. Entegreyi ısıtmaya başlayınız. Isıtma esnasında PCB nin oynamamasına dikkat ediniz. Isıtma süresini çok fazla tutmayınız. Lehimin erime sıcaklığına ulaştığından emin olduğunuzda ısıtma işlemini kesiniz. Kurşun kalay alaşımı lehimlerde entegreye çok yakın elemanların lehimleri parlaklaştığında, entegre altındaki lehimlerin de eridiğini anlayabilirsiniz. Sıcaklığın çok fazla olması veya ısıtma süresinin uzaması, PCB yüzeyindeki ısı farklılıklarının artmasına ve PCB nin bükülmesine neden olabilir. Isıtma işlemi sonrasında hemen PCB yi kaldırmayınız. Soğumasını bekleyiniz. Kurşunsuz lehim, soğuma esnasında daha fazla büzülür ve baskılı devre üzerindeki lehim adacığından yükselir. Bazı durumlarda yükselen lehim PCB üzerindeki adacıktan uzaklaşır, hatta adacığı da yanında kaldırıp koparabilir. Bu nedenle mümkün olduğu kadar hızlı soğumasını sağlamak gereklidir. Üfleyerek soğumasına yardımcı olmak bir çözüm olabilir. Lehimleme sonrasında flax artıkları kaldıysa alkol veya tiner ile temizleyiniz. Resim 2.20: Flax kalıntıları Tüm basamakları tamamladıktan sonra PCB yi son kez görsel kontrole tabi tutunuz. Görsel kontrol aşamasında mümkün olduğu kadar mikroskop kullanınız. 35
2.3.3. İnfra-red Isıtıcı ile Entegre Lehimleme Süreci Infra-red lehimleme de tüm entegrelere uygulanabilir. İnfra-red ısıtıcı ile BGA entegreler lehimlenirken aşağıdaki süreç takip edilir: PCB yi ön ısıtıcı üzerindeki PCB tutucuya yerleştiriniz. PCB yüzeyinin lehimlerden tamamen temizlenmiş olmasına dikkat ediniz. Pad lerin üzerinde kalan az miktardaki lehimler dahi lehim topları arasında yükseklik farkı oluşturarak, soğuma esnasında lehim toplarının büzülerek pad lerden ayrılmasına neden olur. Entegrenin yerleştirileceği pad lere flax uygulayınız. Kurşunsuz lehim, daha yüksek erime sıcaklıklarına sahip olduğundan jel flax kullanmak daha iyidir. Entegreyi lehimlenecek yüzey üzerinde bulunan kılavuz çizgilerin arasında tam merkezlenmiş görünecek şekilde dikkatlice hizalayınız. Resim 2.21: Kılavuz çizgiler arasına hizalanmış entegre Ön ısıtıcıyı çalıştırınız. Ön ısıtma PCB nin tüm yüzeyini ısıtıcak, bu sayede daha düşük lehimleme sıcaklıklarında çalışmak mümkün olacaktır. PCB nin ön ısıtmaya tabi tutulması, PCB yüzeyindeki sıcaklık farklılıklarını da en aza indirerek ısıtma esnasında bükülmesini önler. Yaklaşık 90 saniye ön ısıtma yapınız. Entegreyi elde tutulan infra-red ısıtıcı ile ısıtmaya başlayınız. Isıtma esnasında PCB nin oynamamasına dikkat ediniz. Isıtma süresini çok fazla tutmayınız. Lehimin erime sıcaklığına ulaştığından emin olduğunuzda ısıtma işlemini kesiniz. Isıtma işlemi sonrasında hemen PCB yi kaldırmadan soğumasını bekleyiniz. Lehimleme sonrasında flax artıkları kaldıysa alkol veya tiner ile temizleyiniz. Tüm basamakları tamamladıktan sonra PCB yi son kez görsel kontrole tabi tutunuz. Görsel kontrol aşamasında mümkün olduğu kadar mikroskop kullanınız. 36