نحوه مونتاژ برد الکترونیکی به صورت گام به گام

نحوه مونتاژ برد الکترونیکی به صورت گام به گام

در این مقاله قصد داریم تا در مورد نحوه مونتاژ PCB صحبت کنیم و تمامی مراحل این کار را توضیح دهیم. در صورتی که زمان خواندن مقاله را ندارید، می توانید ویدیو زیر را ببینید:

PCB چیست؟

اکثر متخصصین با دیدن برد های مدار چاپی آن ها را تشخیص می دهند. PCB ها در واقع تراشه های سبز رنگ کوچکی هستند که با خطوط و قطعات مسی پوشانده شده اند که در قلب دستگاه های الکترونیکی نازک پیدا خواهید کرد. این تخته ها که از فایبرگلاس، خطوط مس و سایر قطعات فلزی ساخته شده اند، با اپوکسی در کنار هم نگه داشته می شوند و با پد عایق می شوند.

با این حال، آیا تا به حال آن برد هایی را مشاهده کرده ‌اید که اجزای آن کاملا چسبیده است؟ هرگز آن ها را فقط تزئینات یک برد PCB تلقی نکنید. یک PCB مدار پیشرفته تا زمانی که قطعات روی آن نصب نشده باشند، نمی تواند عملکرد خود را ارائه دهد. PCB با قطعاتی که روی آن نصب شده است PCB مونتاژ شده و فرآیند تولید آن را مونتاژ PCB یا به اختصار PCBA می نامند.

خطوط مسی روی تخته لخت، به نام Trace، اتصالات و اجزاء را به صورت الکتریکی به یکدیگر متصل می کنند. آن ها سیگنال هایی را بین این ویژگی ها اجرا می کنند و به PCB مدار اجازه می دهند به روشی طراحی شده خاص عمل کند. این توابع از ساده تا پیچیده را شامل می شود، اما اندازه PCB ها می تواند کوچکتر از یک تصویر کوچک باشد.

انواع قطعات الکترونیکی از لحاظ شکل ظاهری

قطعات الکتریکی از لحاظ شکل ظاهری و نحوه لحیم کاری به دو دسته تقسیم می شوند. در ادامه می خواهیم در مورد این دو دسته صحبت کنیم.

  • قطعات DIP ( Dual In-line Pin)
  • قطعات SMD ( SURFACE MOUNT DEVICE)

قطعات DIP (Dual In-line Pin)

در برخورد با قطعات DIP نخستین چیزی که باید به خاطر داشته باشید این است که این قطعات از سوراخ های موجود روی PCB عبور می کنند و پایه های آن ها در پایین برد لحیم می شود. بنابراین به طور کلی می توان گفت که قطعه DIP به قطعاتی از PCB گفته می شود که از پایین به PCB متصل می شوند. در شکل زیر می توانید انواع مختلفی از قطعات DIP را مشاهده کنید.

قطعات DIP (Dual In-line Pin)

قطعات SMD ( SURFACE MOUNT DEVICE)

قطعات SMD نوعی از قطعات الکترونیکی هستند که به طوری طراحی شده اند که اتصال مستقیم با سطح مدار چاپی دارند. این قطعات همانند قطعات DIP که و پایه دارند و به راحتی لحیم کاری می شوند نیستند. اگرچه این دو نوع از قطعات در کاربرد تفاوتی ندارند اما شکل ظاهری متفاوتی دارند. این نوع از قطعات الکترونیکی به دلیل اندازه کوچکی که دارند، عملکرد اندکی بهتر از قطعات DIP دارند.

لازم به ذکر است که در حال حاضر تمام قطعات الکترونیکی در فرمت SMD ساخته نشده اند، اما قطعات ساخته شده در این فرمت، علاوه بر این که صنعت الکترونیک را متحول کرده اند، امکان تولید انبوه و پرسرعت را نیز فراهم آورده اند.

در شکل زیر برخی از قطعات SMD را خواهید دید.

قطعات SMD ( SURFACE MOUNT DEVICE)

مراحل قبل از مونتاژ PCB

پیش از شروع فرآیند PCBA واقعی، باید چند مرحله مقدماتی انجام شود. این به سازندگان PCB کمک می کند تا عملکرد طراحی PCB را ارزیابی کنند و در درجه اول شامل بررسی DFM می شود. اکثر شرکت های متخصص در مونتاژ PCB برای شروع به فایل طراحی PCB به همراه سایر نکات طراحی و الزامات خاص نیاز دارند.

این به این دلیل است که شرکت مونتاژ PCB می تواند فایل PCB را برای هر گونه مشکلی که ممکن است بر عملکرد یا ساخت PCB تأثیر بگذارد بررسی کند. این طرحی برای بررسی قابلیت تولید یا به اختصار بررسی DFM (Design For Manufacturability ) است.

چک DFM تمام مشخصات طراحی PCB را بررسی می کند. به طور کلی این بررسی به دنبال هرگونه ویژگی گمشده، اضافی یا مشکل ساز است. هر یک از این مسائل ممکن است که بر عملکرد پروژه نهایی تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، یک نقص رایج در طراحی برد مدار چاپی، ایجاد فاصله بسیار کم بین اجزای PCB است.

با شناسایی مشکلات احتمالی قبل از شروع ساخت، بررسی های DFM می تواند هزینه های تولید را کاهش دهد و هزینه های پیش بینی نشده را حذف کند. چرا که موجب می شود که برد های خراب کاهش پیدا کنند.

مراحل مونتاژ PCB

مونتاژ PCB بسته به نوع قطعه به کار رفته در برد متفاوت است. فرآیند مونتاژ PCB یک فرآیند ساده است که شامل چندین مرحله خودکار و دستی است. در هر مرحله از فرآیند، یک سازنده برد دارای گزینه های دستی و خودکار است که می تواند از بین آنها انتخاب کند. برای کمک به درک بهتر فرآیند مونتاژ PCB از ابتدا تا انتها، مراحل را توضیح خواهیم داد.

استنسیلینگ خمیر قلع ( پوشاندن برد با خمیر قلع )

اولین مرحله از مونتاژ PCB استفاده از خمیر لحیم ( خمیر قلع) روی PCB است. این فرآیند مانند چاپ روی صفحه یک پیراهن است، در این فرآیند، یک شابلون نازک از جنس فولاد ضد زنگ روی PCB قرار می ‌گیرد. این امر به مونتاژ کنندگان اجازه می دهد تا خمیر قلع را فقط در قسمت های خاصی از PCB مورد نظر اعمال کنند. این قطعات جایی هستند که اجزا در PCB نهایی قرار می گیرند.

استنسیلینگ خمیر قلع ( پوشاندن برد با خمیر قلع )

خمیر قلع خود یک ماده خاکستری متشکل از گلوله های کوچک فلزی است. ترکیب این توپ های فلزی ریز 96.5 درصد قلع، 3 درصد نقره و 0.5 درصد مس است. خمیر قلع به صورت خمیر خاکستری ظاهر می شود و باید دقیقاً در مکان های مناسب و دقیقاً به مقدار مناسب روی تخته اعمال شود. در یک خط PCBA حرفه ای، یک فیکسچر مکانیکی PCB و شابلون لحیم کاری را در جای خود نگه می دارد.

سپس یک اپلیکاتور خمیر قلع را به مقدار دقیق روی نواحی مورد نظر قرار می دهد. سپس دستگاه خمیر را در سراسر شابلون پخش می کند، و آن را به طور یکنواخت در هر قسمت باز اعمال می کند. پس از برداشتن شابلون، خمیر لحیم در محل های مورد نظر باقی می ماند.

جایگذاری قطعات روی خمیر قلع

پس از اعمال خمیر قلع بر روی برد PCB، در ادامه پروسه مونتاژ PCB نوبت به جایگذاری قطعات SMD می رسد. جایگذاری قطعات SMD به دو روش انجام می پذیرد. در ادامه در مورد این روش ها صحبت خواهیم کرد.

مونتاژ PCB قطعات SMD با استفاده از دستگاه ( Pick and Place )

دستگاه روباتیکی با نام دستگاه مونتاژ قطعات SMD وجود دارد که اجزای نصب سطحی یا SMD ها را روی PCB آماده شده قرار می دهد. سپس این قطعات SMD در مرحله بعدی PCBA روی سطح PCB لحیم می شوند.

جایگذاری قطعات روی خمیر قلع

قطعه چینی به صورت دستی

در زمان های گذشته که دستگاهی برای قطعه چینی وجود نداشت برای جایگذاری قطعات الکترونیکی SMD به صورت دستی اقدام می شد که در آن مونتاژ کنندگان باید قطعات را با دست انتخاب و قرار می ‌دادند. خوشبختانه امروزه این مرحله یک فرآیند خودکار در میان تولید کنندگان PCB است.

این تغییر عمدتاً به این دلیل اتفاق افتاد که ماشین‌ها نسبت به انسان ‌ها دقیق ‌تر و سازگار تر هستند. در حالی که انسان ها با چند ساعت کار کردن خسته می شوند اما ماشین ها بدون چنین خستگی شبانه روزی کار می کنند.

قطعه چینی به صورت دستی

ذوب خمیر قلع

هنگامی که قطعات روی خمیر قلع قرار گرفتند، می توانند تکان بخورند به همین خاطر، باید خمیر قلع ذوب شود تا قطعات به روی PCB بچسبند. برای این منظور از دستگاه کوره مادون قرمز یا Reflow Oven استفاده می کنند و به این فرآیندreflow گفته می شود.

در واقع این دستگاه دمای برد ها را به اندازه 250 درجه سانتی گراد افزایش داده و بصورت کنترل شده دما را پایین خواهد آورد. این امر موجب می شود تا از انبساط ناگهانی و حرکت قطعات و نیز ایجاد ترک در لحیم کاری جلوگیری شود. دستگاه آون چند منطقه حرارتی مختلف دارد. در ابتدا PCB را پیش گرمایش داده و سپس به نقطه ذوب قلع می رساند.

ذوب خمیر قلع

قابل ذکر است که خنک شدن PCB نیز برای این که شوک حرارتی به سطح آن وارد نشود، به صورت کاملا آهسته صورت می گیرد. توجه کنید که ما بسته به میزان برد تولیدی از کوره با توان مناسب استفاده خواهیم کرد. نکته دیگری که باید به آن توجه داشت این است که PCB دارای ضخامت های مختلف هستند و سرعت دستگاه باید متناسب با ضخامت آن ها تنظیم شود در غیر این صورت یا برد می سوزد و یا این که خمیر قلع آب نمی شود. بعد از این که برد از آون خارج شد،، مونتاژ قطعات SMD تمام شده است.

چسب کاری

این مرحله فقط برای PCB انجام می شود که در دو طرف قطعات SMD دارند. در چنین مواردی باید ابتدا سمتی از PCB را که تعداد قطعات کمتری دارد مونتاژ شود و پس از آن سمت دیگر برد را مونتاژ کنیم. پیش از آنکه برد را برای مونتاژ سطح دوم در آون قرار دهیم، باید سمت اول را با استفاده از یک چسب مخصوص بپوشانیم تا با گرم شدن، قطعات از جای خود تکان نخورند. سپس همانند مونتاژ سمت اول آن ها را در دستگاه قرار دهیم.

بازرسی و کنترل کیفیت در مونتاژ PCB

نمی توان گفت که فرآیند PCBA پس از این که قطعات در جای خود لحیم شدند پایان می یابد. PCB مونتاژ شده بایستی که از نظر عملکرد آزمایش شود. اغلب حرکت در طول فرآیند منجر به کیفیت پایین اتصال یا فقدان کامل اتصال می شود. علاوه بر این ممکن است که قطعات اضافی روی برد قرار گرفته باشد.

بررسی این خطاها و ناهماهنگی ها می تواند شامل یکی از چندین روش بازرسی مختلف باشد. رایج ترین روش های بازرسی عبارتند از:

بررسی های دستی:

علیرغم روند توسعه آتی تولید خودکار و هوشمند، بررسی های دستی همچنان در فرآیند مونتاژ PCB انجام می پذیرد. با این حال، با افزایش تعداد PCB هایی که باید کنترل شوند، این روش به طور فزاینده ای غیرعملی و نادرست می شود. نگاه کردن به چنین اجزای کوچکی برای بیش از یک ساعت می تواند منجر به خستگی شود و در نتیجه بازرسی های دقیق کمتری انجام شود.

بازرسی و کنترل کیفیت در مونتاژ PCB

بازرسی خودکار نوری:

بازرسی خودکار نوری روش بازرسی مناسب تری برای دسته های بزرگتر PCBA است. یک دستگاه بازرسی نوری خودکار که به عنوان دستگاه AOI نیز شناخته می شود، از یک سری دوربین های پرقدرت برای دیدن PCB ها استفاده می کند. این دوربین ها برای مشاهده اتصالات لحیم کاری در زوایای مختلف چیده شده اند.

بازرسی خودکار نوری

اتصالات لحیم کاری با کیفیت متفاوت، نور را به روش های مختلف منعکس می کند و به AOI اجازه می دهد لحیم کاری با کیفیت پایین را تشخیص دهد. AOI این کار را با سرعت بسیار بالایی انجام می دهد و به شما این امکان را می دهد تا مقدار زیادی PCB را در زمان نسبتاً کوتاهی پردازش کنید.

بازرسی اشعه ایکس:

روش دیگر بازرسی شامل اشعه ایکس است. این یک روش کنترل است که زیاد رایج نیست و اغلب برای PCB های پیچیده تر یا لایه لایه استفاده می شود. اشعه ایکس به بیننده این امکان را می دهد تا لایه ها را ببیند و لایه های پایین تر را تجسم کند تا مشکلات احتمالی پنهان را شناسایی کند.

سرنوشت یک PCB معیوب به استاندارد ها بستگی دارد، در صورتی که با استاندارد ها تطابق نداشته باشند، آن ها را برای پاکسازی و کار مجدد بازگردانده می گردانند.

مونتاژ برد الکترونیکی قطعات DIP

حال نوبت به مونتاژ قطعات DIP می رسد. در صورتی که PCB دارای قطعات DIP باشد باید آن ها را در این مرحله روی برد مونتاژ کنیم. لازم به ذکر است که بهتر است تا جایی که می توانیم در برد ها از قطعات SMD استفاده کنیم چرا که نسبت به قطعات DIP هزینه کمتر دارند و همچنین زمان بر نیستند.

برای مونتاژ قطعات DIP می توانیم از هویه استفاده کنیم. توجه نمایید که در صورتی که تعداد PCB ها زیاد باشد، دیگر هویه مناسب نیست و باید از دستگاهی به نام وان قلع استفاده نماییم.

مونتاژ برد الکترونیکی با هویه DIP

مونتاژ PCB با هویه بدین صورت انجام می پذیرد که قطعات DIP در جای خود قرار خواهند گرفت و سپس با استفاده از هویه و سیم لحیم در جای خود ثابت می شوند.

مونتاژ PCB با هویه DIP

مونتاژ برد الکترونیکی با وان قلع

مونتاژ PCB با وان قلع بدین صورت انجام خواهد شد که شمش قلع درون وان قلع ذوب شده و سپس بردی که قطعات الکترونیکی DIP را در آن جایگذاری کرده ایم، از آن عبور می کند و قطعات در جای خود لحیم خواهند شد. تا به وسیله ذوب شدن شمش قلع داخل وان آن و عبور از مدار مونتاژ شده ، اتصالات قطعات بر روی مدار ، لحیم کاری شوند.

مونتاژ PCB با وان قلع

در واقع هنگامی که شمش های قلع در دستگاه قرار می گیرند، ذوب خواهند شد و همزمان مدار مونتاژ شده با شیبی حدود 30 درجه وارد وان خواهد شد. پس از گذشت حدود 2 الی 3 ثانیه، لحیم کاری به صورت کامل انجام می شود و پس از آن PCB را با همان شیب باید خارج کرد. نکته قابل توجه این است که برای این که قلع مصرفی کاهش یابد، باید از PCB با رنگ سبز استفاده شود.

کف چینی قطعات

در هر دو روش مونتاژ قطعات DIP، باید پس از پایان مونتاژ PCB ، اضافی قطعات را با استفاده از سیم چین بچینیم. همچنی برای این کار می توان از دستگاهی به نام کف بر استفاده کرد.

شست و شوی آخرین مرحله مونتاژ PCB

در این مرحله از مونتاژ PCB بایستی که PCB ها توسط آب بدون یون یا تینر شست و شو شوند. دلیل این امر این است که سیم لحیم و یا خمیر قلع هنگام ذوب شدن، روغنی از خود به جای می گذارد که در طولانی مدت سبب می شود که لحیم از بین برود. برای شست و شو کافی است که آب بدون یون را بر روی برد اسپری کنید و با استفاده از یک مسواک روغن ها را کاملا بشویید.

شست و شوی آخرین مرحله مونتاژ PCB

امتیاز دهید


بهترین دوره های برق، الکترونیک، تعمیرات و تاسیسات پایتخت فناوری

دیدگاه ها

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

02166577378
02166577378