آشنایی با کارگاه مونتاژ برد های الکترونیکی

در این مقاله به نحوه تولید محصولات و برد های الکترونیک در یک کارگاه مونتاژ برد می پردازیم، در این کارگاه ها، عمده عملیات به صورت دستی اما با کمک برخی ماشین آلات ساده صورت می گیرد. مونتاژ یک مدار الکترونیکی هفت مرحله ذیل را طی می کند:

    شابلون زدن خمیر قلع

    قطعه گذاری قطعات SMD

    ذوب خمیر قلع

    مونتاژ دستی قطعات DIP

    کنترل کیفی

    تمیز کردن برد ها

    بسته بندی

حال به تشریح هر یک از این مراحل می پردازیم:

مرحله اول، شابلون زدن خمیر قلع:

برای مونتاژ قطعات SMD باید از خمیر قلع استفاده کرد. خمیری خاکستری و چسبناک و حاوی ماده FLUX. قبل از قطعه گذاری باید بر روی تمام پد هایی که قطعه سوار می شود خمیر قلع قرار گیرد. با استفاده از یک شابلون می توان این عملیات را به سرعت انجام داد.

عمل شابلون زدن خمیر قلع بسیار شبیه به چاپ سیلک روی لباس است که با قرار دادن شابلون روی لباس و پخش جوهر، نقاط مورد نظر آغشته به جوهر می شود. در چاپ خمیر قلع از یک شابلون فلزی استفاده می شود که محل پایه قطعاتی که باید مونتاژ شود روی آن برش خورده.

پس از فیکس کردن شابلون به PCB ، روی شابلون را با خمیر قلع می پوشانیم تا در تمام منافذ خمیر قلع نفوذ کند. مشکل اصلی در انجام این قسمت از کار قرار گرفتن محکم شابلون بر روی برد و فیکس شدن آن است تا خمیر در جای مناسب قرار گیرد. همچنین قیمت خمیر قلع زیاد بوده و هدر رفتن آن در پی استفاده غیر اصولی بالا می رود. بهتر است برای فیکس کردن شابلون روی برد مدار چاپی از دستگاهی به نام Stencil Printer استفاده کرد که سرعت و دقت کار را بالا می برد.

مرحله دوم، قطعه گذاری:

زمانی که خمیر قلع بر روی برد قرار گرفت، قطعات بر روی آن چیده می شود. این کار را می توان بوسیله دست یا دستگاه مونتاژ انجام داد. استفاده از موچین برای مونتاژ دستی وسیله ای بسیار کارآمد است!

یک اشتباه رایج این است که برای تولید برد های SMD حتما باید دستگاه مونتاژ داشت در حالی که اگر برای لحیم کاری از خمیر قلع استفاده شود، صرفا چیدمان قطعات در جای خود کار وقت گیری نیست و دست انسان با دقت مشابه دستگاه مونتاژ کار می کند. در واقع به خاطر تکراری بودن و خسته شدن از فرآیند مونتاژ بهتر است برای تولیدات حجم بسیار بالا از دستگاه مونتاژ استفاده کرد.

دستگاه مونتاژ SMD یا دستگاه Pick and Place چیست؟

این دستگاه در واقع یک ربات کارتزین است که با استفاده از مکش هوا قطعات را بلند کرده و در سر جای خود قرار می دهد. برای راه اندازی اولیه این دستگاه باید وقت زیادی صرف کرد تا برنامه دستگاه، تنظیمات اولیه و جای گذاری PCB و رول های قطعات را انجام داد، اما بعد از آن با سرعت بسیار بالایی شروع به چیدمان قطعات می کند. به همین دلیل ما برای تولیدات با حجم بسیار بالا استفاده از این دستگاه را برای آموزش تعمیرات بردهای الکترونیکی پیشنهاد می کنیم و برای تولیدات حجم کمتر، قطعه گذاری دستی را راهکار بهتری می دانیم. بسیاری افراد تصور می کنند برای تولید برد های smd با سرعت بالا حتما باید دستگاه مونتاژ داشت، اما برای تعداد 100 عدد برد در روز، روش قطعه گذاری دستی سریع تر است! اگر می خواهید یک کارگاه مونتاژ برد های SMD ایجاد کنید، احتمالا نیازی به خرید این دستگاه ندارید.

مرحله سوم، ذوب خمیر قلع:

پس از قطعه گذاری باید خمیر قلع را ذوب کرد تا پس از خنک شدن، عمل لحیم کاری صورت گیرد. برای ذوب کردن خمیر قلع از دستگاه کوره مادون قرمز (Reflow Oven) استفاده می کنند. این دستگاه دمای برد ها را تا 250 درجه سانتی گراد بالا برده و بصورت کنترل شده دما را پایین می آورد. این کنترل از انبساط ناگهانی و حرکت قطعات و ایجاد ترک در لحیم کاری جلوگیری می کند.

مونتاژ مدار

برخی از کوره های مادون قرمز به شکل یک کمد و برخی دارای نوار نقاله اند . ما بسته به حجم تولید از کوره با توان مناسب استفاده می کنیم. پس از خروج برد از کوره، لحیم کاری قطعات SMD تمام شده است!

اما برای برد های دو طرفه چه باید کرد؟

برخی بردها در دو طرف قطعه گذاری می شوند. در این موارد ابتدا سمتی که تعداد قطعات کمتر و کوچکتری دارد مونتاژ می شود و سپس سمت دیگر برد را خمیر قلع زده و مونتاژ می کنیم. قبل از آنکه برد را مجدد در کوره قرار دهیم بهتر است سمت اول را با استفاده از چسب مخصوص بپوشانیم تا در هنگام گرم شدن سمت دیگر، قطعات از جای خود جابجا نشوند.

مرحله چهارم، لحیم کاری قطعات DIP:

پس از لحیم شدن قطعات SMD ، برد هایی که دارای قطعات DIP باشند را به صورت دستی لحیم می‌کنیم. در تولیدات حجم بالا، از وان قلع موجی (Wave soldering machine) برای لحیم کاری قطعات DIP استفاده می‌شود. در طراحی می بایست تا جای ممکن از قطعات SMD استفاده نمود چرا که مونتاژ DIP پر هزینه و زمان بر است.

مرحله پنجم،تست و کنترل کیفی:

در کارخانجات تولیدی بزرگ از دستگاه های AOI جهت بازرسی برد های الکترونیکی استفاده می شود. با استفاده از این دستگاه می توان کیفیت لحیم کاری، اتصالات نابجا و مونتاژ اشتباه قطعات را به سرعت تشخیص داد. برای تولیدات حجم کم و مدارات ساده نیازی به دستگاه AOI نیست و با بازرسی چشمی و تست تک تک برد ها می توان محصول را کنترل نمود.

مرحله ششم، شست و شوی برد ها:

پس از لحیم کاری مقداری فلاکس بر روی برد بر جای می ماند، فلاکس مایعی است که به خمیر قلع افزوده شده تا آن را نرم و چسبنده کند. این مایع چسبناک ظاهر ناخوش آیندی بر روی برد ایجاد میکند و پس از مدتی به خاطر خاصیت اسیدی باعث کاهش استحکام لحیم پایه ها می شود.

برای جلوگیری از این اتفاق باید برد ها را شست و شو داد. این شست و شوی توسط آب گرم بدون یون صورت می گیرد. آب بدون یون هیچ گونه خاصیت رسانایی ندارد و موجب بروز مشکلی در مار نخواهد شد.

مرحله آخر، بسته بندی:

یکی از موارد مهم در بسته بندی تجهیزات الکترونیکی رعایت نکات ایمنی حفاظت از قطعات در برابر الکتریسیته ساکن است. پلاستیک های معمولی به سادگی چند صد ولت الکتریسیته ساکن ایجاد می کنند و این ولتاژ برای بسیاری از قطعات می تواند آسیب زننده باشد. در صنایع بسته بندی قطعات و برد های الکترونیکی از نوعی پلاستیک آنتی استاتیک استفاده می شود که به پلاستیک های متالایز یا آنتی استاتیک معروف است. این بسته بندی از ایجاد الکتریسیته ساکن و آسیب به قطعات جلوگیری می کند.