مونتاژ PCB توضیح داده شده: جریان فرآیند، روش‌های لحیم کاری و آزمایش

مونتاژ PCB (اغلب به اختصار PCBA) فرآیند پر کردن یک برد مدار چاپی خالی با قطعات الکترونیکی - مقاومت ها، خازن ها، آی سی ها، کانکتورها - و لحیم کردن آنها در محل برای ایجاد یک مدار کاربردی است. خود تخته لخت، که گاهی PCB نامیده می شود، فقط یک بستر است که آثار مس در آن حک شده است. تنها پس از اتمام مونتاژ، لحیم کاری و آزمایش به یک دستگاه کار تبدیل می شود.

PCB در مقابل PCBA: درک تفاوت

اصطلاحات "PCB" و "PCBA" اغلب به جای یکدیگر استفاده می شوند اما به مراحل مختلف یک محصول اشاره می کنند. الف PCB (برد مدار چاپی) خود تخته خالی است - لایه‌هایی از فایبرگلاس یا سایر مواد زیرلایه با مسیرهای رسانای مسی، ماسک لحیم کاری، و علامت‌های صفحه ابریشمی، اما هیچ جزء متصل نیست. الف PCBA (مجموعه برد مدار چاپی) همان برد پس از نصب و لحیم کاری تمام اجزای مورد نیاز، آماده نصب در محصول نهایی یا آزمایش به عنوان یک مدار مستقل است.

این تمایز در هنگام تامین منابع خدمات تولید اهمیت دارد، زیرا "تولید PCB" معمولاً فقط به ساخت برد خالی اشاره دارد، در حالی که "مجموعه PCB" یا "خدمات PCBA" شامل منبع یابی، قرار دادن و لحیم کاری در بالای آن برد ساخته شده است.

جریان فرآیند تولید و مونتاژ PCB

یک فرآیند کامل PCB به PCBA معمولاً دنباله‌ای از مراحل متمایز را دنبال می‌کند که هر کدام دارای نقاط بازرسی کیفیت خاص خود هستند قبل از اینکه برد به مرحله بعدی حرکت کند:

1. بررسی طراحی و DFM: طراحی مدار (فایل‌های شماتیک و طرح‌بندی، معمولاً فرمت Gerber) از نظر قابلیت ساخت بررسی می‌شود - عرض ردیابی، اندازه سوراخ‌ها و فاصله اجزا باید با قابلیت‌های سازنده مطابقت داشته باشد.
2. ساخت تخته لخت: لایه‌های مس حکاکی می‌شوند، لایه‌ها برای تخته‌های چندلایه با هم لمینت می‌شوند، سوراخ‌ها سوراخ می‌شوند و آبکاری می‌شوند، ماسک لحیم کاری و سیلک‌اسکرین اعمال می‌شود و تخته به شکل نهایی برش می‌شود.
3. کاربرد خمیر لحیم کاری: برای مونتاژ روی سطح، خمیر لحیم کاری از طریق یک شابلون با استفاده از چاپگر صفحه روی پدها اعمال می شود و رسوبات دقیقی را در هر مکان جزء ایجاد می کند.
4. محل قرارگیری اجزا: دستگاه انتخاب و جاسازی اجزای نصب شده را روی خمیر لحیم کاری مرطوب با استفاده از نازل‌های خلاء قرار می‌دهد که توسط برنامه قرارگیری ایجاد شده از فایل‌های طراحی هدایت می‌شود.
5. لحیم کاری مجدد: تخته پر شده از یک اجاق گاز با نواحی دمایی متعدد عبور می کند، خمیر لحیم کاری را ذوب می کند تا اتصالات الکتریکی و مکانیکی دائمی ایجاد شود، سپس خنک می شود تا اتصالات جامد شود.
6. وارد کردن قطعات از طریق سوراخ و لحیم کاری موجی / دستی: اجزای بزرگتر با سرب که از سوراخ های حفر شده عبور می کنند وارد می شوند، سپس با لحیم کاری موجی (تخته از روی موجی از لحیم مذاب عبور می کند) یا با دست برای قطعات کم حجم یا حساس لحیم کاری می شوند.
7. بازرسی و آزمایش: بازرسی خودکار نوری (AOI)، بازرسی اشعه ایکس برای اتصالات مخفی (مانند بسته های BGA) و آزمایش عملکردی یا درون مدار، مونتاژ مطابق با مشخصات را تأیید می کند.
8. تمیز کردن و بسته بندی نهایی: بقایای فلاکس در صورت نیاز تمیز می شود و تخته ها - اغلب در کیسه ها یا سینی های ضد الکتریسیته ساکن - برای حمل و نقل یا یکپارچه سازی بیشتر بسته بندی می شوند.

SMT در مقابل لحیم کاری از طریق سوراخ: انتخاب روش مناسب

اکثر مجموعه‌های PCB مدرن دو رویکرد لحیم کاری را با هم ترکیب می‌کنند، و درک زمان استفاده از هر کدام به توضیح اینکه چرا یک برد اغلب از چندین مرحله لحیم کاری می‌گذرد، کمک می‌کند.

کانکتورها، سوئیچ‌ها و قطعاتی که در معرض فشارهای مکانیکی مکرر قرار دارند (مانند کابل‌های وصل و جدا کردن پریز) معمولاً حتی روی بردهای غالب SMT سوراخ می‌شوند، زیرا لیدهایی که از برد عبور می‌کنند، لنگر مکانیکی بسیار قوی‌تری نسبت به پدهای روی سطح به تنهایی ایجاد می‌کنند.

روش های بازرسی و آزمایش مورد استفاده در مونتاژ PCB

کنترل کیفیت یک گام در انتهای خط نیست - در چندین نقطه بازرسی در سرتاسر مونتاژ تعبیه شده است، زیرا تشخیص زودهنگام یک نقص (مانند خطای اعمال خمیر لحیم کاری) بسیار ارزان تر از کشف آن پس از مونتاژ کامل است.

• بازرسی خمیر لحیم کاری (SPI): حجم و محل خمیر را بلافاصله پس از چاپ شابلون، قبل از قرار دادن اجزا بررسی می کند
• بازرسی نوری خودکار (AOI): از دوربین‌ها برای بررسی حضور اجزا، جهت‌گیری و کیفیت اتصال لحیم کاری پس از قرار دادن و جریان مجدد استفاده می‌کند
• بررسی اشعه ایکس: برای اجزای دارای اتصالات لحیم پنهان در زیر بسته، مانند تراشه های آرایه شبکه توپ (BGA) که AOI نمی تواند اتصال را ببیند ضروری است.
• تست درون مدار (ICT): برای تأیید اتصال الکتریکی و مقادیر اجزاء در برابر مشخصات طراحی از یک فیکسچر بستر ناخن استفاده می کند.
• تست عملکردی (FCT): برد را نیرو می دهد و تأیید می کند که عملکرد مورد نظر خود را انجام می دهد و شرایط عملیاتی در دنیای واقعی را شبیه سازی می کند

از برد خالی تا مدار کار: چگونه یک PCB تمام شده استفاده می شود

هنگامی که یک مونتاژ PCB کامل شد، "استفاده" از آن به نقشی که در محصول نهایی ایفا می کند بستگی دارد. یک PCBA تمام شده می تواند به عنوان یک برد کنترل مستقل (مانند یک ماژول منبع تغذیه) عمل کند، یا می تواند در یک محفظه بزرگتر محصول ادغام شود، جایی که از طریق کانکتورها و کابل های نواری به سایر بردها، نمایشگرها یا اجزای ورودی/خروجی متصل می شود.

مراحل عملی برای ادغام PCB مونتاژ شده در یک سیستم معمولاً عبارتند از:

• نصب تخته به طور ایمن با استفاده از سوراخ‌های نصب مشخص شده، با پایه‌ها یا جداکننده‌ها برای جلوگیری از تماس مس زیرین با محفظه رسانا
• اتصال برق ورودی با توجه به علامت های ولتاژ و پلاریته روی برد - قطبیت معکوس یکی از رایج ترین دلایل خرابی فوری برد در اولین روشن شدن برق است.
• بررسی تطابق کانکتورها و هدرهای سیگنال با مستندات پین اوت قبل از اتصال بردهای جانبی یا سنسورها
• انجام یک بررسی اولیه روشن شدن برق با توان جریان محدود در صورت امکان، نظارت بر گرمایش غیرمنتظره بر روی هر قطعه، که می تواند نشان دهنده اتصال کوتاه یا قرارگیری نادرست قطعه باشد.

برای بردهایی که قرار است دوباره برنامه‌ریزی یا پیکربندی شوند (مانند آنهایی که دارای میکروکنترلرهای داخلی هستند)، مجموعه معمولاً شامل یک سربرگ برنامه‌نویسی یا نقاط تست مخصوصاً برای این منظور است، که اجازه می‌دهد پس از اتمام مونتاژ و قبل از آزمایش عملکرد نهایی، سیستم‌افزار بارگذاری شود.