يحوّل التجميع لوحة غير مُجمَّعة وكومة بكرات إلى دائرة عاملة. معظم المكونات اليوم مركّبة على السطح (SMT، تقنية تركيب السطح): تجلس على وسادات على سطح اللوحة. بعض المكونات، عادة موصلات كبيرة ومحولات ومكونات قدرة، لها أسلاك تمر عبر ثقوب (THT، تقنية الثقوب). لوحة غالبًا بها كليهما، وللعملية خطوة لكل منهما.
الخط، محطة بعد أخرى.
- الطابعة: مكشطة تدفع عجينة عبر الاستنسل على الوسادات.
- فحص العجينة: كاميرا تفحص العجينة قبل وضع المكونات.
- التموضع: فوهة تضع كل مكون على العجينة.
- فرن الانصهار: مناطق تسخّن اللوحة وتمسكها وتذيب اللحام وتبردها.
- الفحص البصري: كاميرا تفحص اللوحة الملحوحة.
1. تحضير الخط
قبل صنع أي لوحة، المصنع:
- يتحقق أن كل مكون في قائمة المواد (BOM) موجود ويطابق رقم المكوّن،
- يخبز مكونات حساسة للرطوبة تعرّضت لوقت طويل (دائرة متكاملة بلاستيكية تمتص الرطوبة يمكن أن تتشقق عند التسخين في الانصهار)،
- يحمّل البكرات في مغذيات على آلة التموضع،
- يصنع استنسلًا أو يجلبه، و
- يحمّل برامج الآلة من ملف تموضعكم.
ما يمكن أن يحدث خطأ: مكون خاطئ في مغذٍ. لهذا تُفحص اللوحة الأولى عن كثب (فحص القطعة الأولى) قبل تشغيل الدفعة.
2. طباعة عجينة اللحام
عجينة اللحام خليط من كرات لحام صغيرة وصهارة، بقوام معجون الأسنان. سبيكة اللحام الأكثر شيوعًا للعمل الخالي من الرصاص هي سبيكة قصدير وفضة ونحاس تُعرف بـ SAC305. استنسل، ورقة معدن رقيقة بثقوب حيث وساداتكم، يُوضع على اللوحة. مكشطة تدفع عجينة عبر الثقوب على الوسادات.
ما يمكن أن يحدث خطأ: عجينة كثيرة جدًا تسبب جسورًا بين الوسادات؛ قليلة جدًا تعطي وصلات ضعيفة أو وصلات مفتوحة. سماكة الاستنسل وحجم الفتحات ومدى إحكام الاستنسل على اللوحة تقرر الحجم. مكونات دقيقة الخطوة تحتاج استنسلًا أرقّ من الكبيرة، ولهذا اللوحات المختلطة حل وسط. بعض المصانع تستخدم آلة فحص عجينة لحام (SPI) لقياس حجم العجينة على كل وسادة قبل وضع المكونات. راجعوا الفحص والاختبار.
3. التموضع
تأخذ آلة pick-and-place مكونات من المغذيات بفوهة فراغ، تتحقق منها بكاميرا، وتضعها على العجينة، بموضعها المضبوط بملف تموضعكم ومصححًا باستخدام العلامات المرجعية، العلامات المستديرة الصغيرة على اللوحة التي تجدها الكاميرا.
تُوضع المكونات السلبية الصغيرة بسرعة كبيرة؛ المكونات الكبيرة أو غريبة الشكل والدوائر المتكاملة دقيقة الخطوة تُوضع ببطء وعناية أكثر. العجينة لزجة بما يكفي لإمساك المكونات في مكانها حتى اللحام.
ما يمكن أن يحدث خطأ: مكون مدار 90 أو 180 درجة لأن اتجاه البصمة (footprint) في المكتبة يختلف عن الذي في ملف تموضعكم؛ مكون مفقود لأنه نفد؛ شاهد قبر (أدناه).
4. لحام الانصهار
تسافر اللوحة عبر فرن انصهار على ناقلة. تمر عبر مناطق درجة حرارة صاعدة:
- التسخين المسبق: يرفع اللوحة بلطف بحيث لا تتشقق المكونات من صدمة حرارية.
- النقع: يساوي درجة الحرارة عبر اللوحة وينشّط الصهارة.
- الانصهار: ترتفع درجة الحرارة فوق نقطة انصهار اللحام (حوالي 217 إلى 220 °C لـ SAC305)، عادة تبلغ ذروتها حوالي 240 إلى 250 °C لوقت قصير. يذوب اللحام، يبلّل الوسادة وطرف المكوّن، وتوتر السطح يسحب المكوّن إلى المحاذاة.
- التبريد: يتجمد اللحام إلى وصلة.
الملف، درجة الحرارة مقابل الوقت، مضبوط للوحة ومكوناتها وعجينتها، ويُتحقق منه بقياس مزدوج حراري على لوحة اختبار.
- التسخين المسبق: صعود لطيف.
- النقع: تتساوى درجة الحرارة وتنشط الصهارة.
- الانصهار: فوق نقطة انصهار اللحام (الخط المتقطع) لوقت قصير.
- الذروة: أعلى درجة حرارة للملف.
- التبريد: يتجمد اللحام إلى وصلة.
ما يمكن أن يحدث خطأ:
- شاهد القبر: مكون صغير بطرفين يقف على طرف واحد لأن وسادة واحدة تسخّن وتبلل قبل الأخرى. أحجام وسادات غير متساوية أو وصلة نحاس غير متساوية بالوسادات هي الأسباب المعتادة.
- جسور لحام: من عجينة كثيرة جدًا أو وسادات قريبة جدًا.
- فراغات: غاز محبوس في وصلة، وهذا يهم تحت وسادات حرارية كبيرة وBGA.
- رأس في وسادة: كرة BGA لا تندمج مع عجينتها، غالبًا عندما تعوّج اللوحة أو المكوّن أثناء الانصهار.
- مكونات تنزاح أو تسقط: مكونات ثقيلة على الجانب الثاني يمكن أن تسقط أثناء الانصهار الثاني إن كانت مساحة الوسادة صغيرة جدًا لوزنها.
- وصلة جيدة: يقع المكوّن مسطحًا واللحام يبلل كلا الوسادتين.
- شاهد القبر: وسادة واحدة سُخّنت وبُلّلت أولًا، وسحبت المكوّن إلى طرفه.
- جسر لحام: يصل اللحام وسادتين متجاورتين.
5. الجانب الثاني
إن كان لكلا الجانبين مكونات، تمر اللوحة عبر الخط مرتين. الجانب ذو المكونات الأصغر والأخف عادة يذهب أولًا.
6. مكونات الثقوب
تُدخل مكونات الثقوب يدويًا أو بالآلة، ثم تُلحم بواحدة من:
- لحام الموجة: يمر أسفل اللوحة فوق موجة لحام منصهر. سريع للعديد من الدبابيس. مكونات تركيب السطح على الجانب السفلي تحتاج لصقًا أو تغطية في لوح لتنجو منه. يستخدم خطنا عملية موجة مزدوجة خالية من الرصاص.
- اللحام الانتقائي: فوهة صغيرة تلحم وصلات مختارة واحدة تلو الأخرى، دون تسخين بقية اللوحة. يُستخدم عندما يكون للوحة مكونات على كلا الجانبين، أو مكونات حساسة للحرارة قريبة من الثقوب.
- اللحام اليدوي: بواسطة مشغّل مدرّب لمكونات مفردة وإعادة عمل وأحجام منخفضة.
بعد لحام الموجة أو اليدوي، يُقصّ طول السلك الزائد.
7. التنظيف
بقايا الصهارة المتبقية بعد اللحام غير ضارة على العديد من اللوحات (صهارة «no-clean» مصممة لهذا). لوحات للجهد العالي أو المعاوقة العالية أو للطلاء تُنظّف، على سبيل المثال في حمّام فوق صوتي، بكيميائي يناسب الصهارة. اطلبوا التنظيف إن كان المنتج حساسًا للبقايا.
8. الطلاء المطابق
يمكن رشّ فيلم بوليمر واقٍ رقيق (أكريليك أو سيليكون أو بولي يوريثان أو غيره) أو غمسه على اللوحة المنتهية، لحمايتها من الرطوبة والملح والغبار والكيماويات. الموصلات ونقاط الاختبار ومناطق أخرى يجب أن تبقى غير مغطاة تُغطّى أو تُتجنّب. يخفي الطلاء سطح اللوحة، وهذا يجعل الفحص وإعادة العمل اللاحقة أصعب. يطبّق مصنعنا الطلاء انتقائيًا، بالآلة.
9. البرمجة والاختبار
تُحمّل المتحكمات الدقيقة والذواكر ببرنامج ثابت، إما قبل التموضع أو في الدائرة بعد اللحام عبر موصل برمجة أو وسادات اختبار. اختبار وظيفي يتحقق أن اللوحة تعمل. راجعوا الفحص والاختبار.
أمور للتصميم لها
- أحجام وسادات متساوية ووصلات نحاس متماثلة لمكونات صغيرة بطرفين، بحيث تسخّن بالتساوي.
- علامات مرجعية على اللوحة، وعلى التجميعة. راجعوا تجميع اللوحات في تجميعات واللوحات الصغيرة.
- مساحة حول المكونات للفوهة وللفحص ولإعادة العمل.
- علامات قطبية ودبوس 1 واضحة.
- اختيار مكونات صديقة للانصهار: لا تنجو كل المكونات من الفرن، وبعضها (بعض الموصلات والمكثفات الإلكتروليتية لأنواع معينة والبطاريات) يجب إضافته لاحقًا.
كيف يظهر هذا عند الطلب هنا
لدى مصنعنا طباعة عجينة لحام آلية وأفران انصهار من 10 مناطق وتموضع عالي السرعة ولحام موجة مزدوجة خالٍ من الرصاص ومحطات إعادة عمل يدوية وطلاء مطابق انتقائي. أي خيارات تجميع متاحة عبر الموقع، وحدودها، موجودة في صفحة إمكانات التصنيع. يؤكد مهندس كل طلب وقد يسأل عن مكون لا يستطيع المرور عبر الانصهار، أو بصمة (footprint) تدعو إلى شاهد القبر. تنظر عمليات الفحص الـ25 عند الرفع إلى ملفات اللوحة؛ هي لا تراجع تجميعكم لهذه أخطاء العملية.