مونتاژ قطعات برد الکترونیکی

• PCB بستر اصلی و سخت‌افزاری است که تمام اجزای الکترونیکی یک مدار را روی خود جای می‌دهد و معمولاً به رنگ سبز شناخته می‌شود. به فرایند مونتاژ و لحیم‌کاری قطعات روی این برد، PCBA گفته می‌شود. این مقاله را تا انتها بخوانید تا با جزئیات دقیق مونتاژ قطعات برد الکترونیکی آشنا شوید.

مونتاژ PCB یا PCBA چیست؟

سرعت پیشرفت فناوری مدرن و تاثیر آن بر زندگی روزمره ما غیرقابل انکار است. بسیاری از تجهیزات پیشرفته امروزی، ده سال پیش حتی غیرقابل تصور بودند. بردهای مدار چاپی (PCB) به عنوان قلب تپنده تمام این تجهیزات الکترونیکی عمل می‌کنند و خود حاصل پیشرفت‌های عظیم مهندسی هستند.

عملکرد صحیح PCB به مونتاژ بی‌نقص تک‌تک قطعات آن بستگی دارد؛ حتی اگر یک مقاومت کوچک SMD به درستی نصب نشود، کل برد از کار می‌افتد. بنابراین، قطعات باید با دقت و ظرافت کنار هم قرار گیرند. به محصول نهایی که قطعات روی آن یکپارچه و لحیم شده‌اند، “PCB مونتاژ شده” یا “PCBA” گفته می‌شود.

مراحل مونتاژ برد الکترونیکی

فرایند کلی مونتاژ برد الکترونیکی شامل اعمال خمیر لحیم‌کاری، انتخاب و جای‌گذاری قطعات، لحیم‌کاری، و در نهایت بازرسی و تست است. این مراحل باید پشت سر هم و با نظارت دقیق انجام شوند تا یک محصول باکیفیت و قابل اطمینان به دست آید. از آنجایی که امروزه بخش عمده مونتاژ قطعات برد الکترونیکی با فناوری نصب سطحی (SMT) انجام می‌شود، مراحل زیر فرایند مونتاژ ماشینی قطعات SMD را توضیح می‌دهد. ببینیم این مسیر چطور طی می‌شود:

اعمال خمیر لحیم‌کاری با شابلون

در اولین گام، محل قرارگیری قطعات SMD روی برد PCB با خمیر لحیم‌کاری پوشانده می‌شود. برای این کار از یک شابلون (Stencil) ضدزنگ استفاده می‌شود.

یک فیکسچر مکانیکی، شابلون و PCB را دقیقاً منطبق بر هم نگه می‌دارد. سپس اپلیکاتوری به نام اسکوییجی (Squeegee) خمیر لحیم‌کاری را به‌طور یکنواخت روی تمام سوراخ‌های شابلون پخش می‌کند. مقدار خمیر باید دقیقاً به اندازه‌ای باشد که تمام حفره‌ها پر شوند. پس از برداشتن شابلون، خمیر فقط در نقاط مورد نظر روی PCB باقی می‌ماند.

این ماده پرکننده که رنگی خاکستری دارد، معمولاً ترکیبی بدون سرب از ۹۶.۵ درصد قلع، ۳ درصد نقره و ۰.۵ درصد مس است. این خمیر با اعمال حرارت ذوب شده و اتصالات را پس از سرد شدن محکم می‌کند.

قرارگیری خودکار قطعات با ماشین Pick and Place

مرحله دوم در مونتاژ قطعات برد الکترونیکی، چیدمان خودکار قطعات SMT روی خمیر لحیم است. این وظیفه بر عهده ربات‌های Pick and Place می‌باشد.

این ربات‌ها فایلی را دریافت می‌کنند که توسط طراح PCB تهیه شده و شامل مختصات دقیق X و Y برای هر قطعه است. بر اساس این داده‌ها، ربات قطعات را برداشته و با سرعت و دقت بالا روی محل تعیین‌شده قرار می‌دهد.

لحیم‌کاری به روش Reflow

پس از چیدمان قطعات، نوبت به مرحله سوم یعنی لحیم‌کاری جریان مجدد (Reflow) می‌رسد. در این مرحله، بردها و قطعات روی یک نوار نقاله قرار گرفته و از داخل یک کوره بزرگ با دمای حدود ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد عبور داده می‌شوند.

در این دما، خمیر لحیم ذوب شده و پس از عبور برد از بخش خنک‌کننده‌ها، اتصالات به‌صورت کنترل‌شده جامد می‌شوند. نتیجه این فرایند، اتصالی دائمی و پایدار بین قطعات SMD و برد PCB است.

بازرسی و کنترل کیفیت پس از لحیم‌کاری

احتمال دارد قطعات پس از لحیم‌کاری Reflow، در اثر لرزش یا جابجایی در سینی نگهدارنده از جای خود خارج شوند که این امر می‌تواند باعث اتصال کوتاه یا قطعی مدار شود. برای شناسایی این عیوب، مرحله بازرسی انجام می‌شود. این بازرسی می‌تواند به‌صورت چشمی توسط نیروی انسانی یا به‌صورت خودکار با دستگاه‌های بازرسی نوری (AOI) صورت گیرد.

مونتاژ و لحیم‌کاری قطعات پایه‌دار (THD)

بسیاری از بردها علاوه بر قطعات SMD، قطعات پایه‌دار یا Through Hole Device (THD) نیز دارند. این قطعات پایه‌هایی دارند که از داخل سوراخ‌های PCB عبور کرده و به لایه‌های دیگر متصل می‌شوند. روش لحیم‌کاری Reflow برای قطعات THD مناسب نیست، مگر از فناوری خاصی به نام PIP استفاده شود که امکان مونتاژ این قطعات را با همان دستگاه Pick and Place فراهم می‌کند (شرایط ویژه‌ای دارد که در مقاله‌ای جداگانه به آن خواهیم پرداخت).

تست نهایی و بررسی عملکرد

پس از تکمیل مونتاژ، PCB برای تست عملکردی آماده می‌شود. در این تست، پالس‌های الکتریکی و توان در پورت‌های ورودی اعمال شده و خروجی در نقاط تست یا کانکتورهای خروجی اندازه‌گیری می‌شود. ابزارهایی مانند اسیلوسکوپ، مولتی‌متر دیجیتال و منبع تغذیه برای این آزمون ضروری هستند. هدف، بررسی دقیق خواص الکتریکی برد شامل جریان، ولتاژ آنالوگ و سیگنال‌های دیجیتال و تطابق آن با مشخصات طراحی است.

بر اساس رویه‌های استاندارد، در صورت مشاهده هرگونه نتیجه نامطلوب، برد برای بازبینی مجدد ارجاع داده می‌شود. این مرحله مشخص می‌کند که آیا فرایند تولید PCBA موفقیت‌آمیز بوده یا خیر.

پاکسازی نهایی، بسته‌بندی و حمل و نقل

پس از اتمام موفق تست‌ها، نوبت به تمیزکاری نهایی برد می‌رسد تا هرگونه اثر انگشت، روغن، گرد و غبار و یا باقی‌مانده فلاکس از روی آن پاک شود. این کار معمولاً با دستگاه‌های شستشوی فشار قوی از جنس فولاد ضدزنگ و با استفاده از آب دیونیزه (که به مدار آسیبی نمی‌زند) انجام می‌شود. سپس برد با هوای فشرده خشک شده و برای بسته‌بندی و حمل آماده می‌گردد.

این محتوا ادامه دارد …