PCB چیست؟ راهنمای کامل ساخت PCB، مونتاژ و اصل کار

a چیست PCB و چگونه کار می کند؟

A برد مدار چاپی (PCB) یک بستر مسطح، صلب یا منعطف است که به طور مکانیکی قطعات الکترونیکی را با استفاده از آثار مسی رسانا، پدها و راه‌های حکاکی شده یا رسوب‌شده بر روی و از طریق لایه‌های مواد عایق، پشتیبانی می‌کند و به صورت الکتریکی به هم متصل می‌شود. هر دستگاه الکترونیکی - از یک گوشی هوشمند گرفته تا یک کنترل کننده صنعتی و یک ابزار پزشکی - به این دلیل کار می کند که اجزای آن توسط PCB به یکدیگر متصل هستند.

نحوه عملکرد PCB را می توان در سه لایه درک کرد: بستر فیزیکی پشتیبانی مکانیکی و ایزوله الکتریکی را فراهم می کند. الگوی لایه مس سیگنال های الکتریکی و توان را بین نقاط اتصال هدایت می کند. و اجزای نصب شده روی برد عملکردهای الکترونیکی واقعی را انجام می دهند - تقویت سیگنال ها، جریان سوئیچینگ، ذخیره داده ها، دستورالعمل های پردازش یا فیلتر کردن نویز.

مواد پایه اکثر PCB ها است لمینت اپوکسی فایبرگلاس FR-4 - یک پارچه شیشه‌ای بافته شده آغشته به رزین اپوکسی، فشرده شده به ورقه‌های سفت، و روکش شده با فویل مسی در یک یا هر دو طرف. FR-4 ترکیبی عملی از استحکام مکانیکی، عایق الکتریکی، مقاومت در برابر شعله و پایداری ابعادی را ارائه می دهد که برای اکثر کاربردهای تجاری و صنعتی مناسب است. بسترهای تخصصی شامل لمینت های فرکانس بالا Rogers برای بردهای RF و مایکروویو، پلی آمید (Kapton) برای مدارهای انعطاف پذیر، و تخته های فلزی با هسته آلومینیومی یا مسی برای کاربردهای LED پرقدرت و الکترونیک قدرت است.

PCB ها بر اساس تعداد لایه ها و ساختارشان طبقه بندی می شوند:

• PCB تک لایه - آثار مس فقط در یک طرف؛ در محصولات ساده و کم هزینه مانند منابع تغذیه، درایورهای LED و لوازم الکترونیکی مصرفی اولیه استفاده می شود
• PCB دو لایه - مس در هر دو طرف که توسط سوراخ های آبکاری شده متصل شده است. گسترده ترین نوع تولید شده که اکثر کاربردهای صنعتی، خودرویی و الکترونیکی مصرفی را پوشش می دهد
• PCB چند لایه - 4، 6، 8 یا بیشتر لایه‌های مسی که با مواد پیش‌آب‌سازی عایق لمینت شده‌اند. در طرح‌های با چگالی بالا که در آن تعداد اجزا، یکپارچگی سیگنال و الزامات محافظ EMI از آنچه مسیریابی دو لایه می‌تواند به دست آورد استفاده می‌شود. گوشی های هوشمند، سرورها و وسایل الکترونیکی هوافضا معمولاً از تخته های 8 تا 16 لایه استفاده می کنند
• PCB HDI (اتصال با چگالی بالا). - تخته های چندلایه با میکروویا (حفره های حفر شده با لیزر به قطر 75 میکرومتر)، ردپای ریز (زیر 100 میکرومتر)، و سوراخ های مدفون یا کور. تراکم اجزای فوق العاده مورد نیاز در دستگاه های تلفن همراه، پوشیدنی ها و برنامه های بسته بندی پیشرفته را فعال می کند
• PCB انعطاف پذیر و انعطاف پذیر - مدارهای مبتنی بر پلی‌آمید که به شکل‌های سه‌بعدی خم یا تا می‌شوند. مورد استفاده در دوربین‌ها، ایمپلنت‌های پزشکی، حسگرهای هوافضا و هر برنامه‌ای که مدار باید با یک پوشش مکانیکی غیرمسطح مطابقت داشته باشد.

فرآیند تولید PCB: چگونه PCB ساخته می شود

ساخت PCB - که به آن ساخت PCB یا PCB fab نیز می گویند - فرآیند تولید برد لخت قبل از نصب هر قطعه است. با فایل های طراحی شروع می شود و با یک بستر آزمایش شده و بدون طرح مسی آماده برای مونتاژ به پایان می رسد. فرآیند کامل ساخت PCB برای برد استاندارد دو طرفه FR-4 به ترتیب زیر است:

1. تولید فایل طراحی و بررسی DFM - طراح PCB فایل‌های Gerber (یا فرمت ODB) را با توصیف هر لایه مس، ماسک لحیم کاری، صفحه ابریشمی، مکان‌های مته و طرح کلی برد خروجی می‌دهد. سازنده این فایل ها را بر اساس قوانین طراحی برای ساخت بررسی می کند: حداقل عرض و فاصله ردیابی، اندازه حلقه حلقوی، نسبت ابعاد سوراخ های حفر شده، و کارایی استفاده از پانل.
2. تصویربرداری لایه داخلی (تخته های چند لایه) - پانل های لمینت با روکش مس با یک لایه مقاوم به نور مقاوم به نور پوشانده می شوند، از طریق یک فیلم فوتو پلات یا ابزار تصویربرداری لیزری مستقیم در معرض نور UV قرار می گیرند و برای آشکار کردن الگوی مدار توسعه می یابند. سپس مس در معرض در یک حمام شیمیایی (معمولاً کلرید مس یا اچانت آمونیاکی) حک می شود و تنها الگوی مورد نظر باقی می ماند. سپس رزیست کنده می شود.
3. لمینیت (تخته های چند لایه) - لایه‌های مس داخلی توسط بازرسی نوری خودکار (AOI) بازرسی می‌شوند، سپس به ترتیب با ورق‌های پیش‌آب (شیشه اپوکسی نیمه پخت) بین آنها و فویل مسی بیرونی در بالا و پایین قرار می‌گیرند. پشته در یک پرس هیدرولیک گرم شده در دمای 175 تا 200 درجه سانتیگراد و 200 تا 400 psi به مدت 60 تا 120 دقیقه فشار داده می شود و همه لایه ها را در یک پانل سفت و سخت واحد ادغام می کند.
4. حفاری - ماشین‌های حفاری CNC مجهز به مته‌های چرخشی کاربید، سوراخ‌هایی را برای ورودی‌ها و سرنخ‌های اجزا ایجاد می‌کنند. بردهای مدرن با چگالی بالا از حفاری لیزری (لیزرهای CO2 یا UV-YAG) برای میکروویاهای کوچکتر از 150 میکرومتر استفاده می کنند. دقت ثبت مته بسیار مهم است - تحمل موقعیتی برای حفاری تولید معمولاً ± 75 میکرومتر یا بهتر است.
5. رسوب مس بدون الکترو (PTH - سوراخ از طریق آبکاری شده) - یک لایه نازک (1 تا 3 میکرومتر) از مس به صورت شیمیایی بر روی تمام دیوارهای سوراخ حفر شده و سطوح لمینت لخت رسوب می کند. این لایه بذر رسانا، مرحله آبکاری بعدی را قادر می‌سازد تا مس را در سوراخ‌ها به ضخامت آبکاری مشخص، که معمولاً حداقل 25 میکرومتر در بشکه برای تخته‌های IPC کلاس 2 است، جمع کند.
6. تصویربرداری و آبکاری لایه بیرونی - سطوح مسی خارجی با مقاومت فیلم خشک پوشانده شده، تصویربرداری شده و مانند لایه های داخلی توسعه یافته است. مس در ردپاها و دیواره های سوراخ در معرض آبکاری الکتریکی قرار می گیرد. سپس آبکاری قلع یا سرب قلع به عنوان یک اچ مقاوم اعمال می شود. پس از جدا کردن لایه خشک، مس پایه ناخواسته برداشته می شود و مقاومت قلع اچ کنده می شود و الگوی نهایی مس روی لایه های بیرونی باقی می ماند.
7. کاربرد ماسک لحیم کاری - یک ماسک لحیم قابل تصویربرداری مایع (LPI) روی کل سطح پانل با صفحه نمایش چاپ می شود یا با پرده پوشانده می شود، سپس در معرض دید قرار می گیرد و برای باز کردن پنجره ها روی پدها در حالی که همه آثار را می پوشاند، توسعه می یابد. ماسک لحیم کاری ایزوله الکتریکی را فراهم می کند، از مس در برابر اکسیداسیون محافظت می کند و از پل زدن لحیم بین لنت های مجاور در هنگام مونتاژ جلوگیری می کند. رایج ترین رنگ سبز است، اگرچه سیاه، آبی، قرمز و سفید گزینه های استاندارد هستند.
8. کاربرد پوشش سطح - لنت‌های مسی در معرض پوشش سطحی برای جلوگیری از اکسید شدن و اطمینان از لحیم‌کاری سطحی را دریافت می‌کنند. گزینه های اصلی تکمیل عبارتند از: HASL (تراز کردن لحیم کاری با هوای گرم - مقرون به صرفه ترین، برای SMD ریز مناسب نیست)، ENIG (طلای غوطه ور نیکل بدون الکترو - مسطح، قابل اعتماد، به طور گسترده برای لنت های ریز و BGA استفاده می شود)، OSP (نگهدارنده لحیم کاری ارگانیک - کم هزینه، سازگار با گام ریز، بدون جریان الکتریکی EP، پنجره واحد بدون الکترومغناطیسی، IGkeltroEN)، طلای غوطه‌وری - پرداخت ممتاز برای اتصال سیم و فناوری مخلوط)، و نقره غوطه‌وری یا قلع غوطه‌وری.
9. چاپ سیلک (افسانه). - نشانگرهای مرجع، خطوط اصلی اجزاء، علائم قطبیت، آرم‌ها و شناسه‌های تجدیدنظر با جوهر افشان یا روی سطح برد روی ماسک لحیم کاری شده چاپ می‌شوند.
10. تست برق - تخته برهنه بر روی یک دستگاه کاوشگر پرنده یا یک فیکسچر اختصاصی بستر میخ آزمایش می شود که تداوم تمام تورها و عدم وجود شورت بین شبکه های جدا شده را تأیید می کند. IPC-9252 الزامات تست الکتریکی را برای بردهای لخت حاکم می کند.
11. مسیریابی، امتیازدهی و شیاربندی V - تخته‌های جداگانه از پانل تولید با استفاده از ماشین‌های مسیریابی CNC یا با نمره V (شیاری V شکل که تا حدی از پانل در هر دو طرف بریده شده است) برای شکستن پس از مونتاژ هدایت می‌شوند. مسیریابی تب با نیش ماوس برای اشکال نامنظم تخته استاندارد است.

مونتاژ PCB (PCBA) چیست؟

مونتاژ PCB (PCBA) فرآیند پر کردن PCB خالی با قطعات الکترونیکی و لحیم کردن آنها در محل برای ایجاد یک برد مدار کاربردی است. تمایز بین تولید PCB و مونتاژ PCB اساسی است: ساخت برد را تولید می کند. محل مونتاژ و اتصال قطعات. الف PCBA (مجموعه برد مدار چاپی) واحد تکمیل شده - تخته به علاوه اجزاء به اضافه اتصالات لحیم کاری - آماده برای ادغام در یک محصول یا برای آزمایش نهایی است.

مونتاژ PCB مدرن شامل سه فناوری اتصال اصلی است که اغلب در یک برد ترکیب می شوند:

• SMT (فناوری نصب سطحی) - اجزای بدون سرب یا لیدهای بسیار کوتاه بال مرغابی/J-bend مستقیماً روی پدهای روی سطح تخته لحیم می شوند. SMT تراکم قطعات بسیار بالایی را امکان پذیر می کند و به طور کامل توسط ماشین های خودکار پردازش می شود. بیش از 90 درصد قطعات در الکترونیک مدرن از نوع SMT هستند.
• THT (فناوری از طریق سوراخ) - قطعات با سیم سیمی که از سوراخ های حفر شده عبور می کنند و در طرف مقابل لحیم می شوند. THT اتصال مکانیکی قوی تری نسبت به SMT فراهم می کند و برای اتصالات، خازن های بزرگ، ترانسفورماتورها و اجزای تحت فشار مکانیکی حفظ می شود.
• تکنولوژی ترکیبی — اکثر بردهای دنیای واقعی اجزای SMT و THT را ترکیب می‌کنند که در یک توالی مشخص پردازش می‌شوند: SMT سمت یک → جریان مجدد → چرخش → سمت دوم SMT → جریان مجدد → درج THT → لحیم کاری موج یا انتخابی.

مراحل فرآیند مونتاژ PCB: توالی کامل

فرآیند مونتاژ PCB از یک توالی کاملاً تعریف شده پیروی می کند. هر مرحله توسط پارامترهای فرآیند - ضخامت شابلون، ویسکوزیته خمیر، پروفیل جریان مجدد، دمای لحیم کاری موج - کنترل می شود که برای دستیابی به اتصالات لحیم کاری ثابت و قابل اعتماد در نرخ تولید حجم، باید در محدوده مشخصات کنترل شوند.

1. چاپ خمیر لحیم کاری - یک شابلون از فولاد ضد زنگ یا نیکل با دیافراگم های برش لیزری مربوط به هر پد SMT روی PCB خالی در یک چاپگر صفحه تراز شده است. یک تیغه اسکاج، خمیر لحیم کاری (تعلیق پودر آلیاژ قلع-نقره-مس یا قلع-سرب در وسیله نقلیه فلاکس) را از طریق روزنه ها روی لنت ها وارد می کند. ضخامت شابلون (معمولاً 100-150 میکرومتر) و ابعاد دیافراگم، حجم خمیر رسوب‌شده را کنترل می‌کند. حجم خمیر ثابت بزرگترین پیش بینی کننده کیفیت اتصال لحیم کاری پایین دست است.
2. بازرسی خمیر لحیم کاری (SPI) - یک دستگاه SPI 3D حجم خمیر، ارتفاع، پوشش ناحیه و افست X-Y را برای هر پد روی برد بلافاصله پس از چاپ اندازه گیری می کند. تابلوهایی که دارای نقص خمیری هستند - پل زدن، حجم ناکافی یا ثبت اشتباه - قبل از قرار دادن اجزا رد یا دوباره کار می شوند. SPI قبل از قرار دادن از نقص بسیار گران تر قطعات سنگ قبر یا با اتصال باز کشف شده پس از جریان مجدد جلوگیری می کند.
3. قرار دادن اجزای SMT (انتخاب و مکان) - ماشین‌های انتخاب و جاسازی خودکار اجزای SMT را با استفاده از نازل‌های خلاء از فیدرهای نوار و حلقه، سینی یا لوله جدا می‌کنند و با سرعت بالا روی رسوبات خمیر لحیم قرار می‌دهند. تیراندازهای تراشه پرسرعت مدرن به نرخ های قرارگیری 50000 تا 100000 مولفه در ساعت برای منفعل های کوچک دست می یابند. هدهای دقیق قرارگیری برای آی سی های ریز، BGA و QFN با سرعت های پایین تر با سیستم های هم ترازی هدایت شده بینایی که به دقت قرارگیری 25 ± میکرومتر دست می یابند، کار می کنند.
4. لحیم کاری مجدد - تخته پر شده از طریق یک کوره جریان مجدد چند منطقه ای روی یک نوار نقاله حرکت می کند. مشخصات دمای اجاق - رمپ پیش گرم، منطقه خیساندن، اوج جریان مجدد و سرعت خنک‌سازی - به گونه‌ای برنامه‌ریزی شده است که شار را فعال کند، آلیاژ لحیم کاری را ذوب کند (دمای اوج 235-250 درجه سانتی گراد برای SAC305 بدون سرب، یا 210-220 درجه سانتی گراد برای Sn63Pb37، قطعات سرب دار را جامد کرده و سپس PC را جامد می کنیم). اتصالات متالورژیکی جریان مجدد اتمسفر نیتروژن برای اجزای حساس به اکسیداسیون و مجموعه های ریز گام استفاده می شود.
5. بازرسی نوری خودکار (AOI) - سیستم‌های AOI دوبعدی یا سه‌بعدی با استفاده از نور ساختاریافته، دوربین‌های متعدد یا مثلث‌سازی لیزری، هر جزء و اتصال لحیم‌شده روی تخته جریان‌یافته را تصویر می‌کنند. AOI وجود جزء، قطبیت، ارزش (با نوار رنگ یا علامت گذاری)، و شکل اتصال لحیم کاری را تأیید می کند. پوشش نقص برای سیستم های AOI به خوبی برنامه ریزی شده معمولاً برای نقص های قابل مشاهده از 95٪ بیشتر می شود. مفاصل پنهان تحت BGA و QFN نیاز به بازرسی اشعه ایکس دارند.
6. درج جزء از طریق سوراخ - برای بردهایی با اجزای THT، سرب های محوری و شعاعی به صورت دستی یا توسط ماشین های درج رباتیک پس از فرآیند جریان مجدد SMT وارد می شوند. اتصال دهنده ها، خازن های الکترولیتی بزرگ و ترانسفورماتورها رایج ترین اجزای THT در مجموعه های با فناوری ترکیبی هستند.
7. لحیم کاری موجی یا لحیم کاری انتخابی - تخته های THT از روی موج لحیم مذاب (معمولاً در دمای 250 تا 265 درجه سانتیگراد) عبور می کنند که با قسمت پایین تخته تماس پیدا می کند و بشکه های سوراخ شده را خیس می کند و فیله هایی را در هر دو طرف قطعه و تخته تشکیل می دهد. دستگاه‌های لحیم کاری انتخابی از یک نازل یا فواره مینیاتوری برای لحیم کردن نواحی سوراخ‌شده خاص روی تخته‌ها استفاده می‌کنند که در آن قسمت پایینی قطعات SMT را حمل می‌کند که نمی‌تواند در معرض امواج کامل قرار گیرد.
8. تمیز کردن - بسته به نوع شار مورد استفاده، بقایای شار از هر دو فرآیند لحیم کاری مجدد و موج توسط سیستم های شستشوی آبی درون خطی یا دسته ای، تمیز کردن نیمه آبی یا چربی زدایی بخار حذف می شوند. مجموعه‌های شار بدون تمیز کردن ممکن است این مرحله را نادیده بگیرند، اما تمیز کردن برای مجموعه‌های پزشکی، هوافضا و صنعتی با قابلیت اطمینان بالا اجباری است.
9. مونتاژ دستی و کار مجدد - قطعاتی که نمی‌توانند توسط ماشین قرار گیرند - ترانسفورماتورهای دستی، نگهدارنده‌های باتری، اتصالات مهار سیم، پین‌های مناسب برای فشار دادن، و برخی از هیت سینک‌های بزرگ - به صورت دستی نصب می‌شوند. مونتاژ دستی جزئی در یک خط اتوماتیک در غیر این صورت برای محصولات با انواع اجزای ترکیبی استاندارد است. کار مجدد عیوب شناسایی شده با استفاده از ایستگاه های بازکاری هوای گرم، آهن لحیم کاری و تجهیزات BGA انجام می شود.
10. پوشش منسجم (در صورت مشخص شدن) - یک پوشش پلیمری محافظ - اکریلیک، سیلیکون، پلی اورتان یا اپوکسی - برای محافظت در برابر رطوبت، گرد و غبار، خوردگی شیمیایی و تراکم، روی PCBA تکمیل شده با اسپری، توزیع انتخابی، یا غوطه ور شدن پوشش داده می شود. مورد نیاز برای وسایل الکترونیکی خودرو، فضای باز، دریایی و صنعتی که در محیط های خشن کار می کنند.
11. آزمون عملکردی و فناوری اطلاعات و ارتباطات - تست در مدار (ICT) از یک فیکسچر بستر ناخن برای بررسی نقاط تست در سراسر برد و بررسی مقادیر اجزا، تداوم و عدم وجود شورت استفاده می کند. تست عملکردی سیگنال های قدرت و ورودی را اعمال می کند تا تأیید کند که برد مونتاژ شده عملکردهای الکترونیکی مورد نظر خود را مطابق با مشخصات انجام می دهد. هر دو مرحله آزمایش داده هایی را تولید می کنند که برای کنترل فرآیند و قابلیت ردیابی استفاده می شود.

انتخاب و مکان PCB: هسته اصلی اتوماسیون مونتاژ SMT

انتخاب و مکان PCB ماشین آلات تجهیزات مرکزی در هر خط مونتاژ SMT هستند. آنها بیشتر هزینه سرمایه خط مونتاژ را تشکیل می دهند و مستقیماً سرعت، دقت و انعطاف پذیری عملیات تولید را تعیین می کنند. درک نحوه کار ماشین‌های انتخاب و مکان و نحوه تعیین آنها به مهندسان و تیم‌های تدارکات کمک می‌کند تا توانایی تجهیزات را با نیازهای محصول مطابقت دهند.

ماشین‌های انتخاب و قرار دادن با استفاده از یک یا چند سر قرارگیری نصب شده بر روی یک دروازه X-Y یا ساختار برجک دوار کار می‌کنند. هر سر یک نازل خلاء به اندازه قطعه مورد نظر حمل می کند. سیستم بینایی دستگاه - معمولاً یک دوربین رو به بالا با نور پایین - قطعه را پس از برداشتن برای اندازه‌گیری موقعیت و زاویه واقعی آن نسبت به مرکز نازل ثبت می‌کند و قبل از قرار دادن قطعه بر روی تخته چاپ خمیری، انحراف پیکاپ را جبران می‌کند.

دسته‌های ماشین منعکس کننده تعادل بین سرعت و دقت قرار دادن هستند:

• تیراندازهای تراشه ای با سرعت بالا - سرهای برجک چند نازل چرخان که اجزای غیرفعال 0402، 0201 و 01005 را با سرعت 50000 تا 120000 CPH (قطعات در ساعت) قرار می دهند. دقت قرار دادن ± 50-75 میکرومتر در 3σ
• ماشین های قرار دادن انعطاف پذیر - چندین هد کنترل شده مستقل از 01005 تا 50×50 میلی متر. 10000–30000 CPH؛ دقت ± 25-50 میکرومتر در 3σ. ماشین کار برای تخته های ترکیبی
• جاسازها با دقت بالا - ماشین‌های اختصاصی برای CSPهای ریز، تراشه‌های فلیپ و اجزای نوری؛ 1000–5000 CPH؛ دقت ± 10-15 میکرومتر در 3σ با تراز فعال

فیدرهای کامپوننت - فیدرهای نوار و حلقه برای قطعات SMD روی نوار حامل 8، 12، 16 یا 24 میلی متری. سینی های ماتریس برای بسته های آی سی. و فیدرهای چوبی یا لوله ای برای قطعات DIP و اتصال دهنده - ظرفیت تنوع اجزای دستگاه را تعیین کنید. یک خط انتخاب و مکان با پیکربندی مناسب برای PCBA پیچیده ممکن است 100 تا 200 موقعیت فیدر را به طور همزمان اجرا کند، با هشدارهای تغییر خودکار فیدر که توسط شمارنده‌های قطعه پایین فعال می‌شوند.

طراحی و مونتاژ PCB: چگونه تصمیمات طراحی بر قابلیت تولید تأثیر می گذارد

طراحی و مونتاژ PCB عمیقاً به یکدیگر وابسته هستند. تصمیمات طراحی گرفته شده در نرم افزار EDA - ابعاد پد، فاصله اجزاء، از طریق قرار دادن، مکان های پنل، قابلیت دسترسی به نقطه آزمایش - به طور مستقیم تعیین می کند که آیا تخته می تواند با هدف بازده و هزینه مونتاژ شود یا اینکه باعث ایجاد نقص های مزمن و کار مجدد در خط تولید می شود.

تاثیرگذارترین اصول طراحی برای مونتاژ (DFA) که هر طراح PCB باید اعمال کند:

• سازگاری جهت گیری مولفه - تراز کردن تمام اجزای پلاریزه (خازن ها، دیودها، آی سی ها) در یک جهت، زمان برنامه ریزی قرار دادن و خطر خطای انسانی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. همه نشانگرهای پین 1 جزء در یک جهت گوشه، مونتاژ پسندترین طرح چیدمان است.
• فضای خالی حیاط کافی — استانداردهای الگوی زمین IPC-7351، مرزهای حیاط اجزا را تعریف می کنند. نقض فاصله حیاط بین اجزای مجاور مانع از پاکسازی نازل انتخاب و جابجایی اجزای مجاور می‌شود و قرار دادن دستی یا توالی مونتاژ را مجبور می‌کند.
• علائم اعتباری - برای ثبت دقیق بینایی ماشین، حداقل سه فیدوشیال سراسری (دایره‌های مسی 1 میلی‌متری در دهانه‌های ماسک لحیم کاری شفاف) در سه گوشه پانل و فیدوشیال‌های محلی در مجاورت آی‌سی‌ها و BGAهای دقیق مورد نیاز است. گمشده های اعتباری یکی از رایج ترین خرابی های رابط ساخت به مونتاژ است.
• اجتناب از طریق در پد - قرار دادن vias در داخل لنت های SMT باعث می شود که لحیم کاری در حین جریان مجدد لوله از طریق فتیله پایین بیاید و اتصال لحیم کاری گرسنه شود و اتصالات باز یا ضعیف ایجاد شود. در جاهایی که via-in-pad برای چگالی مسیریابی اجتناب ناپذیر است، via باید در حین ساخت PCB قبل از مونتاژ پر و درپوش شود.
• قرار دادن نقطه تست - قرار دادن پدهای تست در دسترس با حداقل قطر 1 میلی متر برای هر شبکه بر روی یک شبکه نقطه آزمایش اختصاصی، نصب کارآمد فناوری اطلاعات و ارتباطات را ممکن می کند و شکاف های پوشش عملکردی تست را به طور چشمگیری کاهش می دهد.

نمونه اولیه و مونتاژ PCB: از فایل های طراحی تا اولین ساخت

نمونه اولیه و مونتاژ PCB خدمات شکاف بین طراحی تکمیل شده و محصول معتبر و قابل تولید را پر می کند. نمونه‌های اولیه مجموعه‌ای از اولویت‌ها را نسبت به تولید حجمی ارائه می‌کنند: تاکید بر سرعت به مقاله اول، انعطاف‌پذیری برای رسیدگی به تغییرات مهندسی و دسترسی به داده‌های فرآیندی است که از بازنگری‌های طراحی خبر می‌دهد.

فرآیند نمونه اولیه PCB معمولاً از این جدول زمانی برای یک برد استاندارد 4 لایه FR-4 پیروی می کند:

• ساخت PCB - 24 تا 72 ساعت برای ساخت سریع نمونه اولیه؛ زمان استاندارد 5-10 روز کاری است. اکثر سازندگان نمونه اولیه، بررسی های آنلاین DFM و نقل قول فوری را بر اساس آپلود فایل Gerber ارائه می دهند.
• تامین قطعات - مسیر حیاتی برای اکثر نمونه های اولیه. آی سی های با مدت زمان طولانی (FPGA، ASIC های تخصصی، آی سی های مدیریت انرژی) ممکن است به 8 تا 16 هفته از انبار توزیع یا سفارش کارخانه نیاز داشته باشند. نمونه‌های اولیه اغلب از موجودی مهندسی موجود استفاده می‌کنند یا برای تسریع در زمان‌بندی ساخت، جایگزین‌هایی را روی غیرفعال‌های غیر بحرانی می‌پذیرند.
• مونتاژ - نمونه‌های اولیه مونتاژ (معمولاً 1 تا 20 تخته) روی همان خطوط SMT پردازش می‌شوند که تولید می‌شود، اما بدون نیاز به سرمایه‌گذاری کامل و تجهیزات. چاپ استنسیل با یک شابلون قاب یا فویل بدون قاب که در یک نگهدارنده جهانی کشیده شده است انجام می شود. برنامه نویسی انتخاب و مکان از فایل مختصات centroid/XY و BOM ارائه شده با بسته Gerber انجام می شود.
• مونتاژ دستی جزئی - مقادیر نمونه اولیه اغلب شامل اجزایی هستند که هنوز روی نوار تغذیه کننده نیستند (قطعات شل در نوارهای برش خورده، مقادیر کیسه و برچسب یا نمونه های مهندسی) که نیاز به قرار دادن دستی دارند. مونتاژکنندگان نمونه اولیه باتجربه می توانند اجزای 0402 و حتی 0201 را در زیر میکروسکوپ قرار دهند و بسته های QFP و QFN را با لحیم کاری ریز انجام دهند - قابلیت هایی که یک خانه نمونه توانمند را از یک مرکز تولید با حجم خالص متمایز می کند.

تولید PCBA در مرحله نمونه اولیه معمولاً شامل عناصر غیر استاندارد نیز می‌شود: کانکتورهای باتری، رابط‌های FFC/FPC رابط نمایشگر، کانکتورهای کواکسیال RF - همه معمولاً با دست مونتاژ می‌شوند. ترکیبی از SMT خودکار و مونتاژ دستی جزئی برای کانکتورهای تخصصی، صفحه نمایش، باتری‌ها و محفظه‌ها حالت استاندارد برای نمونه‌های اولیه و ساخت‌های تولید کم‌حجم است، و اکثر سازندگان قراردادی خدمات نمونه اولیه خود را طوری ساختار می‌دهند که این جریان کاری ترکیبی را بدون هزینه‌های اضافی ارائه دهند.

مونتاژ و لحیم کاری PCB: مقایسه روش های جریان مجدد، موج و انتخابی

لحیم کاری فرآیند اتصال هسته در مونتاژ PCB است و روش انتخاب شده برای هر نوع اتصال پیامدهای عمده ای برای کیفیت اتصال، تنش حرارتی بر اجزا و بازده فرآیند دارد. سه نفر اصلی مونتاژ PCB و لحیم کاری روش‌هایی که هر کدام به انواع اجزا و پیکربندی‌های برد اشاره می‌کنند.

روش لحیم کاری نیز مشخصات آلیاژ را تعیین می کند. SAC305 (96.5% قلع، 3% نقره، 0.5% مس) آلیاژ بدون سرب غالب برای کاربردهای جریان و موج در الکترونیک تجاری است - نقطه ذوب 217 درجه سانتیگراد، خواص مکانیکی خوب، و سازگاری با اکثر پوشش های سطح PCB را ارائه می دهد. Sn63Pb37 لحیم کاری یوتکتیک (نقطه ذوب 183 درجه سانتیگراد) برای تجهیزات الکترونیکی پزشکی نظامی، هوافضا و قدیمی تحت معافیت‌های RoHS مورد استفاده قرار می‌گیرد، جایی که مقاومت در برابر خستگی حرارتی و دمای پایین‌تر پردازش بیش از نگرانی‌های مربوط به انطباق با محیط زیست ارزش دارد.

نحوه استفاده از برد PCB: دستورالعمل های یکپارچه سازی، آزمایش و مدیریت

هنگامی که PCBA تحویل داده شد، روش‌های مدیریت صحیح، یکپارچه‌سازی و روشن‌سازی اولیه مشخص می‌کنند که آیا از همان اولین استفاده طراحی شده است یا خیر. دستورالعمل های زیر برای مهندسان، تکنسین ها و توسعه دهندگان محصول که با PCB های مونتاژ شده کار می کنند اعمال می شود.

• اقدامات احتیاطی ESD - همیشه PCBA ها را در یک ایستگاه کاری ESD زمین دار با بند مچی کنترل کنید. منطق CMOS، ماسفت‌ها و اجزای RF می‌توانند به‌طور دائمی توسط رویدادهای تخلیه الکترواستاتیک زیر 100 ولت آسیب ببینند - بسیار کمتر از آستانه درک انسان. تخته ها را در کیسه های ضد الکتریسیته ساکن یا فوم رسانا در صورت عدم استفاده نگهداری کنید.
• بازرسی بصری قبل از روشن شدن - بررسی کنید که هیچ پل لحیم کاری قابل مشاهده ای بین لنت های مجاور وجود نداشته باشد، هیچ جزء از دست رفته، لنت ترک خورده یا بلند شده، و هیچ ماده خارجی قابل رویتی (گلوله های لحیم کاری، بریده های سیم) روی سطح تخته وجود نداشته باشد. یک لوپ 10× یا میکروسکوپ دیجیتال برای بازرسی اولیه کافی است.
• روش اولیه روشن کردن - برق را از طریق یک منبع تغذیه محدود با جریان که کمی بالاتر از جریان بیکار مورد انتظار برد تنظیم شده است، اعمال کنید. یک نوک تیز جریان در حین روشن کردن - به ویژه آن که محدودیت جریان را ایجاد می کند - نشان دهنده یک پل لحیم کاری یا قطعه اتصال کوتاه است که باید قبل از عملکرد عادی قرار گرفته و اصلاح شود.
• نیروهای جفت کننده رابط - اتصال دهنده ها را مجبور نکنید. کانکتورهای نواری FFC/FPC، کانکتورهای برد به برد و کانکتورهای ورودی/خروجی ریز به راحتی در اثر ناهماهنگی آسیب می بینند. قبل از جفت گیری، جهت کانکتور را در برابر افسانه صفحه ابریشمی بررسی کنید.
• مدیریت حرارتی - اطمینان حاصل کنید که هر هیت سینک، مواد رابط حرارتی، یا مسیر جریان هوا که در طرح مشخص شده است، قبل از عملیات پایدار در محل قرار دارند. نیمه هادی های برق کار، تنظیم کننده های ولتاژ، یا تقویت کننده های RF بدون مقررات مدیریت حرارتی خود، در عرض چند ثانیه تا چند دقیقه از محدودیت دمای محل اتصال فراتر می روند.
• حساسیت به رطوبت — آی سی هایی با درجه بندی MSL (سطح حساسیت به رطوبت) بالاتر از MSL-1 اگر در معرض رطوبت محیطی فراتر از پنجره عمر کف خود قرار گرفته باشند، باید قبل از جریان مجدد پخته شوند. این در مورد فرآیندهای مونتاژ اعمال می شود، نه برای استفاده نهایی. PCBA های مونتاژ شده در دمای عملیاتی معمولی به رطوبت حساس نیستند.