تا به حال فکر کرده اید که تلفن هوشمند یا رایانه شما چگونه واقعاً کار می کند؟ این همه با چیزی به نام PCB Assembly شروع می شود - فرایندی که مدارهای الکترونیکی را زنده می کند. بدون آن ، دستگاه های مدرن وجود ندارند.
مونتاژ PCB تمام مؤلفه های اساسی را بر روی یک صفحه مدار متصل می کند. درک این فرآیند به شما کمک می کند تا بهتر طراحی کنید ، مشکلات را سریعتر برطرف کنید و از اشتباهات گران قیمت جلوگیری کنید.
در این پست ، شما می آموزید که مونتاژ PCB چیست ، چرا مهم است و چگونه هر مرحله کار می کند - از ابتدا تا پایان.
مونتاژ PCB چیست؟
تابلوهای مدار چاپی یا PCB در همه جا هستند. از تلفن ها تا یخچال ، تخته های نازک و اغلب سبز با خطوط مس که قطعات الکترونیکی مختلف را پیوند می دهند. اما به خودی خود ، PCB ها کاری نمی کنند. آنها فقط جاده های خالی هستند. آنچه باعث می شود آنها کار کنند ، روند PCB مونتاژ یا PCBA است.
اینجا جایی است که جالب می شود. PCB فقط پایه است - مانند بوم خالی. PCBA به این معنی است که ما در واقع اجزای ، مانند مقاومت ، تراشه و کانکتورها را بر روی آن صفحه اضافه می کنیم تا بتواند عملکرد آن را داشته باشد. این کار با استفاده از فناوری های مختلف ، اغلب SMT و THT انجام می شود و شامل لحیم کاری ، بازرسی و آزمایش است.
سردرگمی ساخت PCB با مونتاژ آسان است ، اما آنها یکسان نیستند. تولید بر روی ساخت تخته لخت با استفاده از لایه های مس ، فایبرگلاس ، ماسک لحیم کاری و صفحه ابریشمی متمرکز است. مونتاژ پس از آن اتفاق می افتد - همه چیز در مورد قرار دادن و ایمن سازی قطعاتی است که باعث می شود صفحه کار کند.
PCB های مونتاژ شده را در انواع الکترونیک پیدا خواهید کرد. به تلفن های هوشمند ، تلویزیون ، دوچرخه برقی ، ماشین لباسشویی ، روترها یا حتی ماشین آلات در کارخانه ها فکر کنید. برخی از آنها کوچک و بسته بندی شده با تراشه های کوچک هستند. برخی دیگر بزرگ و دارای قطعات قدرتمند هستند. مهم نیست که اندازه ، PCBA همان چیزی است که یک تخته آرام را به چیزی تبدیل می کند که دستگاه شما را پردازش ، متصل می کند یا از آن استفاده می کند.
نمای کلی از فرآیند مونتاژ PCB
قبل از اینکه یک برد مدار هر کار مفیدی را انجام دهد ، چندین مرحله کلیدی را پشت سر می گذارد. فرآیند مونتاژ PCB ترکیبی از مراحل خودکار و کار دستی است. همه این کارها با پیش از مونتاژ شروع می شود ، در مراحل SMT و THT حرکت می کند و به پردازش پس از پایان می رسد.
در طول قبل از مونتاژ ، تمرکز بر بررسی طرح است. این به معنای بررسی پرونده های Gerber و BOM یا صورتحساب مواد است. این پرونده ها به مونتاژ می گویند که چه چیزی را بسازند ، چه قطعات لازم است و چگونه آنها در کنار هم قرار می گیرند. بمب جامد بعداً از تأخیرها ، قطعات گمشده یا خطاها جلوگیری می کند. مهندسان همچنین چک های DFM را انجام می دهند تا مطمئن شوند که هیئت مدیره در واقع قابل ساخت است. اگر فاصله خاموش باشد یا لنت ها خیلی کوچک باشند ، مشکلات سریع به وجود می آیند.
مرحله بعدی مرحله SMT می آید. اینجاست که اجزای ریز روی سطح تخته قرار می گیرند. ماشین آلات خمیر لحیم کاری را در نقاط خاص اعمال می کنند ، سپس قطعات را با دقت روباتیک انتخاب کرده و قرار دهید. پس از آن ، تخته به یک اجاق گاز می رود تا خمیر ذوب شود و به اتصالات جامد سخت شود.
اگر قسمتهای بزرگتر وجود داشته باشد که نمی توانند روی سطح نصب شوند ، ما به سمت THT حرکت می کنیم. در اینجا ، قطعاتی با سربهای طولانی از سوراخ های صفحه عبور می کنند. اینها به صورت دستی یا با لحیم کاری موج لحیم می شوند ، جایی که لحیم کاری مذاب در پایین تخته جریان می یابد.
بعد از مونتاژ ، وقت آن رسیده است که پس از پردازش. این شامل تمیز کردن تخته ، برنامه نویسی هر تراشه ، انجام آزمایشات عملکردی و گاهی اضافه کردن یک پوشش محافظ است. این مراحل اطمینان حاصل می کند که هیئت مدیره نه تنها کار می کند ، بلکه در هنگام استفاده در دنیای واقعی قابل اعتماد است.
مراحل اصلی مونتاژ PCB
مرحله 1: آماده سازی قبل از مونتاژ
قبل از اینکه هر مؤلفه ای را به صفحه لمس کند ، مرحله قبل از مونتاژ لحن را برای هر آنچه در زیر می آید تعیین می کند. در این مرحله ، پرونده های طراحی به صورت دوبل بررسی می شوند ، قطعات تهیه می شوند و زمینه های اساسی برای جلوگیری از مشکلات در خط گذاشته می شود.
تجزیه و تحلیل DFM/DFA چیست؟
DFM مخفف طراحی برای تولید است. این فرایندی است که مهندسان طرح مدار و مکان های مؤلفه شما را مرور می کنند تا هر چیز مشکل یا خطرناک برای ساخت آن را مشخص کنند. شاید دو پد خیلی نزدیک باشد. شاید آثار نتوانند جریان را اداره کنند. DFM به زود گرفتن این مسائل کمک می کند.
DFA ، یا طراحی برای مونتاژ ، نگاه می کند که واقعاً همه چیز را در کنار هم قرار می دهد. حتی اگر طراحی روی کاغذ باشد ، آیا در مونتاژ پر سرعت کار می کند؟ آیا می تواند در طول بازتاب چیزی تغییر کند یا در حین بازرسی مسدود شود؟ این همان چیزی است که DFA به پاسخ دادن کمک می کند.
هر دو DFM و DFA از بازپرداخت ، تأخیر و نقص ها جلوگیری می کنند. آنها با اطمینان از طراحی هیئت مدیره در هنگام تولید ، باعث صرفه جویی در وقت و مواد می شوند.
تهیه مؤلفه و کنترل کیفیت
هنگامی که طراحی از بازرسی عبور می کند ، وقت آن است که قطعات را جمع کنید. صورتحساب مواد یا BOM ، هر مقاومت ، خازن ، تراشه و کانکتور موجود در مونتاژ را لیست می کند. اما سفارش آنها فقط روی یک دکمه کلیک نمی کند.
تولید کنندگان باید تأمین کنندگان قابل اعتماد را ارائه دهند که قطعات اصلی و آزمایش شده را ارائه می دهند. بدون حذفی پس از رسیدن قطعات ، کنترل کیفیت ورودی وارد می شود. این مرحله اندازه ، بسته بندی و وضعیت هر دسته را تأیید می کند. قطعاتی با سربهای خم شده یا قرقره های شکسته روی تخته نمی روند.
داشتن مؤلفه های تأیید شده در دست به این معنی است که مراحل SMT و THT می توانند به طور هموار شروع شوند - بدون اینکه قابلیت اطمینان یا انطباق را به خطر بیاندازند.
مرحله 2: مونتاژ فناوری سطح سطح (SMT)
فناوری سطح سوار ، یا SMT ، اجزای ریز و درشتی را که روی تخته مسطح می نشینند ، کنترل می کند. این موارد شامل بیشتر مقاومت ها ، دیودها و مدارهای مجتمع است. این روش کارآمدترین و به طور گسترده ترین روش برای مونتاژ الکترونیکی مدرن است.
SMT در مونتاژ PCB چیست؟
SMT به ماشین آلات اجازه می دهد تا قطعات را با دقت باورنکردنی قرار دهند. SMT بر خلاف روش قدیمی تر از طریق سوراخ ، که نیاز به سرب دارد ، قطعات را مستقیماً روی سطح تخته قرار می دهد. این سریع ، جمع و جور و برای چیدمان های با چگالی بالا عالی است.
مرحله 1: برنامه خمیر لحیم کاری
هر مؤلفه به یک مکان فرود چسبنده نیاز دارد. این جایی است که خمیر لحیم کاری وارد می شود. این خمیر ترکیبی از فلز پودر - عمدتا قلع - با کمی نقره و مس است. شار برای کمک به ذوب شدن و جریان بعداً اضافه می شود.
یک استنسیل فلزی روی PCB برهنه قرار می گیرد و خمیر با دقت روی لنت ها چاپ می شود. ماشین آلات خمیر را به طور مساوی با استفاده از تیغه پخش می کنند. پس از برداشتن استنسیل ، تخته فقط در صورت لزوم حباب های کمی از خمیر را نگه می دارد.
رب خیلی زیاد؟ این می تواند دو پد کوتاه باشد. خیلی کم؟ یک مفصل ضعیف یا بدون اتصال. به همین دلیل این مرحله بسیار مهم است.
مرحله 2: وانت و محل اجزای SMD
اکنون که هیئت مدیره آماده شده است ، اسلحه های روباتیک به سر کار می روند. با استفاده از نازل های خلاء ، دستگاه وانت و مکان هر قسمت را از حلقه می گیرد و آن را روی تخته قرار می دهد. هر حرکتی بر اساس پرونده طراحی از قبل برنامه ریزی شده است. دستگاه دقیقاً می داند که هر قسمت به کجا تعلق دارد.
قطعات کوچک مانند 01005 مقاومت ، که به سختی از یک دانه گرد و غبار بزرگتر هستند ، مشکلی ندارند. تراشه ها یا اتصالات بزرگتر نیز فقط با نازل های مختلف قرار می گیرند.
این فرآیند می تواند با سرعت رعد و برق - قرار دادن هزاران مؤلفه در ساعت - بدون اشتباه و خستگی اتفاق بیفتد.
مرحله 3: فرآیند لحیم کاری بازتاب
اکنون قطعات باید ایمن شوند. این کار اجاق گاز بازتاب است. کل تخته از طریق یک محفظه بلند که در مراحل گرم می شود ، روی یک کمربند نقاله حرکت می کند.
در ابتدا ، درجه حرارت به تدریج افزایش می یابد تا تخته گرم شود. سپس برای ذوب شدن لحیم ، بالای 217 درجه سانتیگراد قله می شود. سرانجام ، به آرامی خنک می شود تا لحیم کاری بدون ترک خوردگی جامد شود.
نتیجه؟ هر مؤلفه توسط یک مفصل لحیم کاری تمیز و براق در محل قفل می شود. در تابلوهای دو طرفه ، ابتدا یک طرف انجام می شود ، سپس روند برای طرف دیگر تکرار می شود. برنامه ریزی دقیق مانع از سقوط قطعات در طول پاس دوم می شود.
مرحله 4: بازرسی نوری (AOI)
بعد از Reflow ، وقت آن است که مشکلات را بررسی کنیم. اجزای ممکن است کمی تغییر کنند یا در لحیم کاری ناکام باشند. اینجاست که بازرسی وارد می شود.
دسته های کوچک ممکن است ظاهری دستی در زیر بزرگان داشته باشند. برای حجم بالاتر ، بازرسی نوری خودکار یا AOI - بیش از حد است. این دستگاه ها تخته را با دوربین های پر سرعت اسکن می کنند. آنها بازتاب هایی را از لحیم کاری به مفاصل سرد یا قطعات نادرست تشخیص می دهند.
برای اتصالات پنهان در زیر تراشه هایی مانند BGA ، از بازرسی اشعه ایکس استفاده می شود. این امکان را به تکنسین ها می دهد که از طریق تخته دیدن کنند تا نقص هایی را که نمی توانید از سطح آن مشاهده کنید ، بگیرند.
مرحله 3: مونتاژ فناوری سوراخ (THT)
همه مؤلفه ها سطح نصب نشده اند. برخی هنوز هم باید از طریق تخته عبور کنند. این جایی است که فن آوری با سوراخ وارد می شود. اجزای برق ، اتصالات یا ترانسفورماتورها اغلب از این روش استفاده می کنند.
THT در مونتاژ PCB چیست؟
THT شامل مؤلفه هایی با سربهای طولانی است که از سوراخ های PCB عبور می کنند. این سرب ها از طرف دیگر لحیم می شوند تا یک اتصال مکانیکی و الکتریکی قوی ایجاد کنند. این برای قطعات استرس بالا که ممکن است با لرزش یا گرما روبرو باشند بسیار عالی است.
درج دستی اجزای سوراخ
بیشتر آنها با یک تکنسین شروع می شود که قطعات را با دست قرار می دهد. این به اندازه SMT سریع نیست ، اما انعطاف پذیری را ارائه می دهد. اسمبلر از راهنمای قرارگیری پیروی می کند ، تماشای جهت گیری ، قطبیت و فاصله را دارد.
اقدامات احتیاطی ضد استاتیک ضروری است ، به خصوص برای تراشه های حساس. یک Zap اشتباه می تواند یک مؤلفه گران قیمت را خراب کند.
پس از قرار دادن ، تخته به منطقه لحیم کاری منتقل می شود.
لحیم کردن موج توضیح داد
برای دسته های بزرگتر ، لحیم کاری موج روش Go-to است. تابلوها از روی حمام لحیم کاری مذاب حرکت می کنند. موجی بالا می رود و قسمت زیرین را لمس می کند ، و همه در معرض دید در چند ثانیه قرار می گیرد.
این روش سریع و قابل اعتماد است-اما فقط برای مجامع یک طرفه یا انتخابی است. تابلوهای دو طرفه برای جلوگیری از آسیب رساندن به قطعات در حال حاضر ، به دستکاری ویژه یا لحیم کاری دستی نیاز دارند.
مرحله 4: روشهای پس از آمان
هنگامی که تمام قسمت ها روشن و لحیم شده اند ، هنوز کارهای بیشتری باید انجام شود. پس از پردازش تضمین می کند که تخته تمیز ، کاربردی و محافظت شده است.
تمیز کردن و حذف شار
لحیم کاری باعث می شود که جریان باشد. به نظر می رسد بی ضرر است اما می تواند با گذشت زمان اتصالات را خراب کند. همچنین رطوبت و گرد و غبار را به دام می اندازد. به همین دلیل تمیز کردن ضروری است.
تکنسین ها از آب دیونیزه شده و واشرهای فشار قوی استفاده می کنند. هیچ یون به معنای مدار کوتاه نیست. پس از آن ، هوای فشرده شده رطوبت را از بین می برد تا تخته را خشک و آماده کند.
بازرسی نهایی و لمس کردن
قبل از هر چیزی ، یک بازرسی دیگر وجود دارد. تکنسین ها به دنبال پل های لحیم کاری ، قطعات از دست رفته یا نقص آرایشی هستند. در صورت لزوم دوباره از اشعه ایکس استفاده می شود.
در صورت مشاهده هر مشکلی ، آنها به صورت دستی ثابت هستند. آهن لحیم کاری و مقداری شار می تواند اتصالات سرد را ترمیم کند یا مناطق ضعیف را پر کند.
برنامه نویسی IC
برخی از تابلوها به مغز احتیاج دارند. این جایی است که سیستم عامل وارد می شود. با استفاده از یک رابط USB ، نرم افزار در IC روی صفحه بارگذاری می شود.
این مرحله بسته به پروژه می تواند شامل کالیبراسیون یا بررسی نسخه باشد. بدون برنامه نویسی ، تخته ممکن است عالی به نظر برسد اما هیچ کاری انجام ندهد.
آزمایش عملکردی (FCT)
آخرین تست بزرگ استفاده از دنیای واقعی را شبیه سازی می کند. قدرت اعمال می شود سیگنال ها ارسال می شوند. تکنسین ها تماشا می کنند که چگونه هیئت مدیره پاسخ می دهد. آیا ولتاژ ثابت است؟ آیا صفحه نمایش روشن می شود؟ آیا دکمه ها کار می کنند؟
اگر چیزی خاموش باشد ، ذکر شده و برطرف شده است. این آخرین مرحله قبل از اینکه تابلوها به محصولات بروند یا شکست خورده و از بین بروند.
مونتاژ PCB ممکن است در ابتدا ساده به نظر برسد ، اما هر مرحله با جزئیات و دقت بسته بندی می شود. هر قسمت ، مفصل و ردیابی در کار کردن الکترونیک به روشی که انتظار آنها را داریم ، نقش دارد.
SMT در مقابل THT VS فناوری مختلط در مونتاژ PCB
هنگام مونتاژ PCB ، هیچ روش یک اندازه ای وجود ندارد. فن آوری Surface Mount (SMT) ، فناوری از طریق سوراخ (THT) و فناوری مختلط هر کدام بسته به پروژه دارای نقاط قوت و محدودیت خاص خود هستند.
SMT سریع ، جمع و جور و بسیار خودکار است. این برای قطعات کوچک مانند مقاومت یا IC مناسب است ، به خصوص هنگامی که در حال تولید دسته های بزرگ هستید. ماشین آلات تقریباً همه چیز را اداره می کنند ، که باعث کاهش هزینه های نیروی کار می شود. اما برای اجزای بزرگ و سنگین که به قدرت مکانیکی نیاز دارند ، خوب کار نمی کند.
این جایی است که THT وارد می شود. برای اتصالات ، کویل ها یا قطعات نیرو که نیاز به اتصال محکم دارند ، عالی است. مؤلفه ها از طریق صفحه عبور می کنند و از طرف دیگر لحیم می شوند. بیشتر طول می کشد و هزینه های بیشتری دارد ، به خصوص هنگامی که به صورت دستی انجام می شود ، اما پشتیبانی جسمی قوی تری را ارائه می دهد.
فناوری مختلط از هر دو استفاده می کند. این در طرح های مدرن است که در آن تابلوها تراشه های منطق کوچک و قطعات قدرت بزرگ را حمل می کنند. اگر درست برنامه ریزی شده باشد ، هر دو روش با هم کار می کنند. قطعات SMT را ابتدا با استفاده از Reflow قرار دهید ، سپس قطعات THT را اضافه کرده و لحیم کاری موج را اجرا کنید - یا در صورت کم بودن مقدار از لحیم کاری استفاده کنید.
برای جلوگیری از مشکلات ، طراحان باید قطعات را در کنار هم جدا کنند ، از فاصله تنگ در نزدیکی سوراخ ها خودداری کنند و دنباله مونتاژ مناسب را دنبال کنند. انجام این کار ، ساخت را صاف نگه می دارد و کار مجدد را کاهش می دهد.
نقص مونتاژ PCB مشترک و نحوه جلوگیری از آنها
حتی پیشرفته ترین خطوط مونتاژ می تواند دچار مشکل شود. دانستن رایج ترین نقص مونتاژ PCB به گرفتن مشکلات زودرس و جلوگیری از تابلوهای هدر رفته کمک می کند. در اینجا چند مورد وجود دارد که اغلب نشان می دهند.
اتصالات لحیم کاری سرد
این اتفاق می افتد که لحیم به طور کامل ذوب یا پیوند نشود. به نظر می رسد کسل کننده یا دانه دار است و باعث اتصالات الکتریکی ضعیف یا غیرقابل اعتماد می شود. معمولاً از گرمایش ضعیف در هنگام بازتاب یا لحیم کاری موج ناشی می شود. برای جلوگیری از آن ، پروفایل دما را بررسی کرده و اطمینان حاصل کنید که فر به درستی کالیبره شده است.
مقبره
Tombstoning نام خود را از این که قطعات کوچک مانند مقاومت در یک انتها مانند یک سنگ مزارع ایستاده اند ، می گیرد. یک طرف از مؤلفه به دلیل گرمایش ناهموار یا تنش بیش از حد سطح از لحیم ، از پد بلند می شود. در هنگام استفاده از خمیر ، در تراشه های ریز متداول است. طراحی استنسیل خوب و کنترل بازتاب به جلوگیری از آن کمک می کند.
پلک زدن
هنگامی که Solder دو پد را که نباید لمس کنند ، به هم وصل می کند ، یک پل ایجاد می کند. این می تواند مدارهای کوتاه ایجاد کند. رب بیش از حد لحیم یا تراز ضعیف در هنگام قرارگیری دلایل متداول است. استفاده از دستگاه های AOI و تنظیم ضخامت استنسیل می تواند این خطر را کاهش دهد.
اجزای نادرست
اگر یک مؤلفه در حین قرارگیری یا بازتاب تغییر کند ، ممکن است به هیچ وجه وصل نشود. ماشین ها باید به خوبی کالیبره شوند و خمیر باید به طور مساوی اعمال شود تا قطعات در محل نگه داشته شوند تا لحیم کاری آنها را به پایین قفل کند.
پایان
فرآیند مونتاژ PCB شامل چندین مرحله ، از بررسی های طراحی و قرار دادن مؤلفه گرفته تا لحیم کاری و آزمایش نهایی است. هر مرحله - چه SMT ، THT یا یک مخلوط - توجه به جزئیات و دقت را جلب می کند. انتخاب روش مناسب ، بازرسی اغلب و اطمینان از مونتاژ تمیز به جلوگیری از مشکلات پر هزینه کمک می کند. برای پروژه های پیچیده ، همیشه هوشمندانه است که با متخصصانی که هم فناوری و هم استانداردهای کیفیت را درک می کنند ، اطمینان حاصل کنند که هر PCB مطابق انتظار کار می کند. خوش آمدید برای بررسی محصولات پشتیبانی شرکت ما ، مانند دستگاه مسواک زدن به سنگ زنی PCB, تجهیزات خشک کردن اشعه ماوراء بنفش.
متداول
تفاوت بین PCB و PCBA چیست؟
PCB به برد مدار چاپی لخت و بدون هیچ مؤلفه ای اشاره دارد. PCBA به این معنی است که هیئت مدیره تمام مؤلفه های مونتاژ شده و آماده استفاده است.
چرا SMT و THT در مونتاژ PCB استفاده می شوند؟
SMT برای اجزای کوچک و سبک بسیار عالی است. THT برای قطعاتی که نیاز به پشتیبانی مکانیکی قوی دارند بهتر است. بسیاری از تابلوها از هر دو روش استفاده می کنند.
هدف از لحیم کاری بازتاب چیست؟
بازتاب لحیم کاری خمیر لحیم کاری را ذوب می کند ، بنابراین اجزای آن را به هیئت مدیره پیوند می دهد. این مهم برای ایمن سازی دستگاه های سطح نصب شده است.
چگونه از نقص لحیم کاری مانند پل جلوگیری می کنید؟
از ضخامت استنسیل مناسب استفاده کنید ، خمیر را با دقت بمالید و بازرسی های منظم مانند AOI را انجام دهید تا زودتر مشکلات را بدست آورید.
آیا یک PCB می تواند از هر دو طرف مؤلفه هایی داشته باشد؟
بله ، تخته های دو طرفه متداول هستند. هر طرف به طور جداگانه مونتاژ و لحیم می شود ، که اغلب از طرف ساده تر شروع می شود.
