فرآیند تولید SMT چیست؟

فناوری نصب سطحی (SMT) روشی است که در تولید لوازم الکترونیکی استفاده می شود که در آن قطعات مستقیماً بر روی سطح بردهای مدار چاپی (PCB) نصب می شوند. SMT به دلیل کارایی، مقرون به صرفه بودن و توانایی تولید دستگاه های الکترونیکی فشرده و با کارایی بالا، به فرآیند تولید استاندارد در صنعت الکترونیک تبدیل شده است. در این مقاله، فرآیند تولید SMT را با جزئیات، از جمله هر مرحله و شرایط مرتبط، بررسی خواهیم کرد.

شرایط مربوط به SMT

قبل از ورود به فرآیند تولید SMT، درک برخی از اصطلاحات کلیدی مهم است:

1. PCB (برد مدار چاپی): بردی که در الکترونیک برای پشتیبانی مکانیکی و اتصال الکتریکی قطعات الکترونیکی استفاده می شود.

2. SMD (دستگاه نصب سطحی): قطعاتی که برای نصب مستقیم روی سطح PCB طراحی شده اند.

3. خمیر لحیم کاری: مخلوطی از پودر لحیم کاری و فلاکس که برای اتصال SMD به PCB استفاده می شود.

4. لحیم کاری مجدد: فرآیندی که در آن خمیر لحیم کاری تا نقطه ذوب خود گرم می شود تا اتصالات الکتریکی و مکانیکی دائمی بین قطعات و PCB ایجاد شود.

5. AOI (بازرسی نوری خودکار): یک فرآیند بازرسی بصری مبتنی بر ماشین که از دوربین ها برای تشخیص عیوب PCB ها استفاده می کند.

6. AXI (بازرسی اشعه ایکس خودکار): یک روش بازرسی با استفاده از اشعه ایکس برای بررسی اتصالات لحیم کاری و اتصالات پنهان در زیر قطعات.

7. SPI (بازرسی خمیر لحیم کاری): فرآیند بررسی کیفیت کاربرد خمیر لحیم کاری روی PCB.

فرآیند تولید SMT

فرآیند تولید SMT شامل چندین مرحله است که هر کدام برای اطمینان از قرار دادن مطمئن و لحیم کاری قطعات الکترونیکی روی PCB حیاتی است. در زیر یک نمای کلی از هر مرحله در فرآیند SMT ارائه شده است.

مرحله 1: چاپ خمیر لحیم کاری

اولین قدم در فرآیند تولید SMT در حال استفاده از خمیر لحیم کاری به PCB است. خمیر لحیم کاری یک ماده چسبنده است که از گلوله های لحیم کاری ریز مخلوط با فلاکس ساخته می شود. در قسمت‌هایی از PCB که قطعات در آنجا نصب می‌شوند، معمولاً روی پدهای فلزی اعمال می‌شود.

فرآیند چاپ خمیر لحیم کاری:

1. تراز استنسیل: یک شابلون فلزی با برش های مربوط به محل لحیم کاری روی PCB روی برد قرار می گیرد. شابلون به عنوان یک ماسک عمل می کند تا اطمینان حاصل شود که خمیر لحیم کاری فقط در قسمت های مورد نظر اعمال می شود.

2. برنامه چسباندن: یک اسکاج یا ابزار مشابه، خمیر لحیم کاری را در سراسر شابلون پخش می کند، و آن را با فشار از طریق سوراخ ها به PCB زیر آن می برد. ضخامت و یکنواختی لایه خمیری برای اطمینان از اتصال صحیح اجزا و لحیم کاری بسیار مهم است.

3. حذف شابلون: شابلون با دقت برداشته می شود و خمیر لحیم کاری دقیقاً روی پدهای PCB باقی می ماند.

کاربرد صحیح خمیر لحیم کاری بسیار مهم است زیرا کیفیت اتصالات لحیم کاری و قابلیت اطمینان کلی مونتاژ را تعیین می کند.

مرحله شماره 2: بازرسی خمیر لحیم کاری (SPI)

بعد از استفاده از خمیر لحیم کاری، مرحله بعدی است بازرسی خمیر لحیم کاری (SPI). این مرحله برای اطمینان از اینکه خمیر لحیم کاری به درستی روی PCB قرار می گیرد، حیاتی است.

فرآیند SPI:

1. بازرسی خودکار: دستگاه های SPI از دوربین ها و حسگرها برای اسکن PCB و اندازه گیری حجم، ارتفاع، مساحت و موقعیت رسوبات خمیر لحیم استفاده می کنند.

2. کنترل کیفیت: داده های بازرسی برای تشخیص هر گونه نقص، مانند خمیر ناکافی، خمیر اضافی، یا رسوبات نامرتب تجزیه و تحلیل می شود. این عیوب می تواند منجر به اتصالات لحیم کاری ضعیف، قرار گرفتن نادرست قطعات یا اتصال کوتاه شود.

3. حلقه بازخورد: در صورت شناسایی نقص، تنظیماتی را می توان در تنظیمات چاپگر خمیر لحیم کاری یا پارامترهای فرآیند انجام داد تا مشکل برطرف شود. این حلقه بازخورد کاربرد خمیر لحیم کاری با کیفیت بالا را تضمین می کند.

مرحله 3: نصب تراشه

هنگامی که خمیر لحیم کاری بررسی و تأیید شد، مرحله بعدی است نصب تراشه، همچنین به عنوان قرار دادن اجزا شناخته می شود.

فرآیند نصب تراشه:

1. آماده سازی جزء: اجزای SMT یا SMD ها در قرقره ها، سینی ها یا لوله ها عرضه می شوند و به دستگاه انتخاب و جاسازی وارد می شوند.

2. انتخاب و مکان: دستگاه انتخاب و جاسازی از بازوهای رباتیک مجهز به نازل های خلاء برای برداشتن اجزا از فیدرها و قرار دادن آنها بر روی پدهای لحیم کاری شده روی PCB استفاده می کند. دقت بالای دستگاه تضمین می کند که قطعات به طور دقیق مطابق با طراحی PCB قرار می گیرند.

3. تراز و قرارگیری: دستگاه از سیستم های بینایی و الگوریتم های هم ترازی استفاده می کند تا مطمئن شود هر جزء به درستی قرار گرفته است. سرعت و دقت ماشین‌های انتخاب و جابجایی مدرن امکان تولید با توان بالا را فراهم می‌کند.

نصب تراشه یک مرحله حیاتی است زیرا هر گونه ناهماهنگی یا قرارگیری نادرست می تواند منجر به معیوب شدن بردها شود که نیاز به دوباره کاری یا از بین بردن پرهزینه دارد.

مرحله چهارم: بازرسی بصری + قرار دادن اجزا با دست

پس از قرار دادن خودکار قطعات، اغلب نیاز به a بازرسی بصری و قرار دادن برخی از اجزاء با دست.

بازرسی بصری و فرآیند قرار دادن دستی:

1. بازرسی بصری: اپراتورهای ماهر به صورت بصری بردها را بازرسی می کنند تا قطعات ناهماهنگ، قطعات از دست رفته یا هر گونه عیب آشکاری که ممکن است دستگاه ها از قلم افتاده باشند را بررسی کنند. این مرحله اغلب با استفاده از ابزارهای ذره بین یا میکروسکوپ انجام می شود.

2. قرار دادن اجزای دستی: برخی از قطعات، به ویژه آنهایی که غیر استاندارد، بزرگ یا حساس هستند، ممکن است نیاز به قرار دادن دستی داشته باشند. این می تواند شامل اتصال دهنده ها، ترانسفورماتورها یا اجزای عجیب و غریب باشد که ماشین های خودکار نمی توانند به طور موثر از عهده آنها برآیند.

3. تنظیمات: اگر مشخص شد که قطعات در جای خود قرار ندارند یا از بین رفته اند، اپراتورها می توانند به صورت دستی این اجزا را تنظیم یا اضافه کنند تا مطمئن شوند که همه قطعات قبل از لحیم کاری به درستی قرار گرفته اند.

این مرحله کمک می کند تا اطمینان حاصل شود که هر گونه خطا در فرآیند خودکار شناسایی می شود و نقص های احتمالی در محصول نهایی را کاهش می دهد.

مرحله پنجم: لحیم کاری مجدد

هنگامی که همه اجزا در جای خود قرار گرفتند، مونتاژ PCB به سمت آن حرکت می کند لحیم کاری مجدد، که در آن خمیر لحیم کاری ذوب می شود تا اتصالات الکتریکی و مکانیکی دائمی ایجاد شود.

فرآیند لحیم کاری مجدد:

1. منطقه پیش گرم: مجموعه PCB به تدریج در کوره جریان مجدد حرارت داده می شود تا هر گونه رطوبت از بین برود و برد و قطعات به دمایی درست زیر نقطه ذوب لحیم کاری برسد.

2. منطقه خیساندن: دما برای فعال شدن شار در خمیر لحیم حفظ می شود که سطوح فلزی را تمیز کرده و آنها را برای لحیم کاری آماده می کند.

3. منطقه Reflow: دما به سرعت به بالاتر از نقطه ذوب خمیر لحیم افزایش می یابد و باعث می شود که گلوله های لحیم ذوب شده و اتصالات لحیم بین قطعات و لنت های PCB ایجاد شود.

4. منطقه خنک کننده: مجموعه به آرامی خنک می شود تا اتصالات لحیم کاری جامد شود و از اتصال مکانیکی و الکتریکی قوی اطمینان حاصل شود.

لحیم کاری مجدد بسیار مهم است زیرا کیفیت اتصالات لحیم کاری را تعیین می کند که بر عملکرد و قابلیت اطمینان دستگاه الکترونیکی نهایی تأثیر می گذارد.

مرحله ششم: AOI (بازرسی نوری خودکار)

پس از لحیم کاری مجدد، مونتاژ انجام می شود بازرسی نوری خودکار (AOI) برای تشخیص هر گونه نقص در محل قرار دادن یا لحیم کاری قطعات.

فرآیند AOI:

1. تصویربرداری با وضوح بالا: ماشین‌های AOI از دوربین‌های با وضوح بالا برای گرفتن تصاویر دقیق از مجموعه PCB از زوایای مختلف استفاده می‌کنند.

2. تجزیه و تحلیل تصویر: دستگاه تصاویر گرفته شده را با یک مرجع خوب مقایسه می کند و به دنبال انحرافاتی مانند اجزای از دست رفته، قطبیت نادرست، پل های لحیم کاری یا سنگ قبر (جایی که اجزا در یک طرف قرار دارند) می گردد.

3. تشخیص نقص: سیستم AOI هرگونه نقصی را برای بررسی علامت گذاری می کند. تابلوهایی که دارای نقص های شناسایی شده هستند یا برای دوباره کاری ارسال می شوند یا برای بازرسی بیشتر علامت گذاری می شوند.

AOI با اطمینان از اینکه فقط بردهای بدون نقص به مرحله بعدی تولید می روند، به حفظ کیفیت بالا کمک می کند.

مرحله شماره 7: AXI (بازرسی اشعه ایکس خودکار)

برای قطعات با اتصالات لحیم پنهان، مانند آرایه های شبکه توپ (BGA)، یک بازرسی خودکار اشعه ایکس (AXI) برای بازرسی کیفیت لحیم کاری لازم است.

فرآیند AXI:

1. تصویربرداری اشعه ایکس: دستگاه های AXI از اشعه ایکس برای نفوذ به PCB و ایجاد تصاویری از اتصالات لحیم پنهان در زیر قطعات استفاده می کنند.

2. تجزیه و تحلیل نقص: تصاویر اشعه ایکس برای بررسی عیوب مانند فضای خالی، پل های لحیم کاری، یا پوشش ناکافی لحیم کاری که از طریق بازرسی نوری قابل مشاهده نیستند، تجزیه و تحلیل می شوند.

3. تضمین کیفیت: تخته هایی که دارای نقص هستند بسته به شدت و امکان سنجی مجدد، برای دوباره کاری یا حذف شدن علامت گذاری می شوند.

AXI برای اطمینان از قابلیت اطمینان قطعات با اتصالات لحیم پنهان ضروری است، زیرا نقص های شناسایی نشده می تواند منجر به خرابی دستگاه شود.

مرحله هشتم: I.C.T یا تست عملکرد

مرحله نهایی در فرآیند تولید SMT است تست درون مدار (I.C.T) یا الف تست عملکردی برای اطمینان از اینکه مجموعه PCB تمام مشخصات الکتریکی و عملکردی را برآورده می کند.

فرآیند I.C.T یا آزمون عملکردی:

1. تست درون مدار (I.C.T): این تست تک تک قطعات روی PCB مانند مقاومت ها، خازن ها و آی سی ها را بررسی می کند تا از درست قرار گرفتن و عملکرد آنها اطمینان حاصل شود. I.C.T همچنین شورت، باز شدن و اتصالات لحیم درست را بررسی می کند.

2. تست عملکردی: در این تست، PCB روشن می شود و عملکردهای خاصی آزمایش می شود تا اطمینان حاصل شود که برد طبق انتظار عمل می کند. تست عملکردی شرایط عملیاتی واقعی را که PCB در کاربرد نهایی خود با آن مواجه خواهد شد، شبیه سازی می کند.

3. شناسایی نقص و دوباره کاری: اگر در حین تست I.C.T یا عملکردی نقصی شناسایی شود، برد برای کار مجدد برگردانده می شود. این ممکن است شامل تعویض قطعات، لحیم کاری مجدد یا تنظیم تنظیمات مونتاژ باشد.

فناوری اطلاعات و ارتباطات و تست عملکرد آخرین مراحل برای اطمینان از کیفیت و عملکرد محصول نهایی است و خطر رسیدن محصولات معیوب به مشتری را به حداقل می رساند.

نتیجه گیری

فرآیند تولید SMT شامل چندین مرحله دقیق است، از چاپ خمیر لحیم کاری تا آزمایش عملکرد نهایی. هر مرحله برای اطمینان از کیفیت، قابلیت اطمینان و عملکرد محصول الکترونیکی نهایی بسیار مهم است. با درک جزئیات هر مرحله در فرآیند SMT، سازندگان می توانند لوازم الکترونیکی با کیفیت بالا تولید کنند که مطابق با استانداردهای امروزی باشد.