عملية إنتاج PCBA التفصيلية (بما في ذلك العملية الكاملة لـ DIP)، تعال وشاهد!
"عملية لحام الموجة"
اللحام الموجي هو عملية لحام للأجهزة المتصلة. وهي عملية يُشكّل فيها اللحام السائل المنصهر، بمساعدة المضخة، شكل موجة لحام محددة على السطح السائل لخزان اللحام، ثم تمر لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) للمكون المُدخل عبر ذروة موجة اللحام بزاوية محددة وعمق غمر محدد على سلسلة النقل لتحقيق لحام مفصل اللحام، كما هو موضح في الشكل أدناه.
تتم عملية التدفق العام على النحو التالي: إدخال الجهاز -- تحميل PCB -- لحام الموجة -- تفريغ PCB -- تقليم دبوس DIP -- التنظيف، كما هو موضح في الشكل أدناه.
1. تقنية إدخال THC
1. تشكيل دبوس المكون
يجب تشكيل أجهزة DIP قبل إدخالها
(1) تشكيل المكونات المعالجة يدويًا: يمكن تشكيل الدبوس المنحني باستخدام ملقط أو مفك براغي صغير، كما هو موضح في الشكل أدناه.
(2) معالجة آلية تشكيل المكونات: يتم إكمال تشكيل المكونات باستخدام آلية تشكيل خاصة، ومبدأ عملها هو أن وحدة التغذية تستخدم التغذية الاهتزازية لتغذية المواد (مثل الترانزستورات الإضافية) مع مقسم لتحديد موقع الترانزستور. الخطوة الأولى هي ثني الدبابيس على جانبي الجانبين الأيسر والأيمن؛ والخطوة الثانية هي ثني الدبوس الأوسط للخلف أو للأمام للتشكيل. كما هو موضح في الصورة التالية.
2. أدخل المكونات
تنقسم تقنية الإدخال من خلال الفتحة إلى الإدخال اليدوي والإدخال الميكانيكي التلقائي للمعدات
(1) عند الإدخال واللحام اليدوي، يجب إدخال المكونات التي تحتاج إلى تثبيت ميكانيكي، مثل رف التبريد، والحامل، والمشبك، وما إلى ذلك، لجهاز الطاقة، ثم إدخال المكونات التي تحتاج إلى لحام وتثبيت. عند الإدخال، لا تلمس دبابيس المكونات أو رقائق النحاس على لوحة الطباعة مباشرةً.
(٢) يُعدّ التوصيل الآلي الميكانيكي (AI) أحدث تقنيات الإنتاج الآلي في تركيب المنتجات الإلكترونية المعاصرة. عند تركيب المعدات الميكانيكية الأوتوماتيكية، يجب إدخال المكونات ذات الارتفاع المنخفض أولًا، ثم المكونات ذات الارتفاع الأعلى. يجب وضع المكونات الرئيسية القيّمة في التركيب النهائي. يجب أن يكون تركيب رف تبديد الحرارة، والحامل، والمشبك، وما إلى ذلك قريبًا من عملية اللحام. يوضح الشكل التالي تسلسل تجميع مكونات لوحة الدوائر المطبوعة.
3. لحام الموجة
(1) مبدأ عمل اللحام الموجي
اللحام الموجي تقنية تُشكّل موجة لحام محددة الشكل على سطح اللحام السائل المنصهر عن طريق ضغط الضخ، وتُشكّل بقعة لحام في منطقة لحام الدبوس عندما يمرّ مُكوّن التجميع المُدمج مع المُكوّن عبر موجة اللحام بزاوية ثابتة. يُسخّن المُكوّن أولاً في منطقة التسخين المُسبق لآلة اللحام أثناء عملية النقل بواسطة ناقل السلسلة (يظلّ التسخين المُسبق للمكوّن ودرجة الحرارة المُراد تحقيقها مُتحكمين بها من خلال منحنى درجة الحرارة المُحدد مُسبقًا). في اللحام الفعلي، عادةً ما يكون من الضروري التحكم في درجة حرارة التسخين المُسبق لسطح المُكوّن، ولذلك أُضيفت أجهزة مُقابلة للكشف عن درجة الحرارة (مثل كاشفات الأشعة تحت الحمراء). بعد التسخين المُسبق، يُدخل المُكوّن في أخدود الرصاص للحام. يحتوي خزان القصدير على لحام سائل منصهر، وترشّ الفوهة الموجودة أسفل خزان الفولاذ قمةً موجيةً ثابتةً من اللحام المنصهر، بحيث عندما يمرّ سطح لحام المكون عبر الموجة، يُسخّن بفعل موجة اللحام، كما تُرطب موجة اللحام منطقة اللحام وتتمدد لتملأها، وتُنجز عملية اللحام. يوضح الشكل أدناه مبدأ عملها.
يستخدم اللحام الموجي مبدأ نقل الحرارة بالحمل الحراري لتسخين منطقة اللحام. تعمل موجة اللحام المنصهرة كمصدر للحرارة، حيث تتدفق لغسل منطقة لحام الدبوس من جهة، كما أنها تؤدي دورًا في التوصيل الحراري، حيث يتم تسخين منطقة لحام الدبوس نتيجةً لذلك. ولضمان تسخين منطقة اللحام، عادةً ما يكون لموجة اللحام عرض معين، مما يضمن تسخينًا وترطيبًا كافيين عند مرور سطح اللحام للمكون عبر الموجة. في اللحام الموجي التقليدي، تُستخدم الموجة المفردة عادةً، وتكون الموجة مسطحة نسبيًا. أما مع استخدام لحام الرصاص، فيتم حاليًا اعتماده على شكل موجة مزدوجة. كما هو موضح في الصورة التالية.
يُتيح دبوس المُكوّن انغماس اللحام في الثقب المعدنيّ الممتدّ في الحالة الصلبة. عندما يلامس الدبوس موجة اللحام، يصعد اللحام السائل على جدار الدبوس والثقب بفعل التوتر السطحي. يُحسّن الخاصية الشعرية للثقوب المعدنية الممتدّة تسلق اللحام. بعد وصول اللحام إلى وسادة لوحة الدوائر المطبوعة، ينتشر تحت تأثير التوتر السطحي للوسادة. يُصرف اللحام الصاعد غاز التدفق والهواء من الثقب، مما يُملأ الثقب ويُشكّل وصلة اللحام بعد التبريد.
(2) المكونات الرئيسية لآلة اللحام الموجي
تتكون آلة اللحام الموجي بشكل رئيسي من حزام ناقل، وسخان، وخزان قصدير، ومضخة، وجهاز رغوة (أو رش) التدفق. وتنقسم بشكل رئيسي إلى منطقة إضافة التدفق، ومنطقة التسخين المسبق، ومنطقة اللحام، ومنطقة التبريد، كما هو موضح في الشكل التالي.
3. الاختلافات الرئيسية بين اللحام الموجي واللحام بالانصهار
الفرق الرئيسي بين اللحام الموجي واللحام بالصهر هو اختلاف مصدر التسخين وطريقة إمداد اللحام. في اللحام الموجي، يُسخّن اللحام مُسبقًا ويُذاب في الخزان، وتؤدي موجة اللحام الناتجة عن المضخة دورًا مزدوجًا كمصدر حرارة وإمداد لحام. تُسخّن موجة اللحام المنصهرة الثقوب والوسادات ودبابيس المكونات في لوحة الدوائر المطبوعة، كما تُوفّر اللحام اللازم لتشكيل وصلات اللحام. أما في اللحام بالصهر، فيُوزّع اللحام (معجون اللحام) مُسبقًا على منطقة اللحام في لوحة الدوائر المطبوعة، ويكون دور مصدر الحرارة أثناء إعادة الصهر هو إعادة صهر اللحام.
(1) 3 مقدمة لعملية اللحام بالموجة الانتقائية
تم اختراع معدات اللحام الموجي لأكثر من 50 عامًا، وتتميز بكفاءة إنتاج عالية وإنتاجية عالية في تصنيع مكونات الثقوب ولوحات الدوائر، مما جعلها تُعتبر من أهم معدات اللحام في الإنتاج الضخم التلقائي للمنتجات الإلكترونية. ومع ذلك، هناك بعض القيود في تطبيقها: (1) اختلاف معلمات اللحام.
قد تتطلب وصلات اللحام المختلفة على نفس لوحة الدائرة معايير لحام مختلفة تمامًا نظرًا لاختلاف خصائصها (مثل السعة الحرارية، وتباعد المسامير، ومتطلبات اختراق القصدير، إلخ). ومع ذلك، فإن خاصية اللحام الموجي تتمثل في إتمام لحام جميع وصلات اللحام على لوحة الدائرة بأكملها بنفس المعايير المحددة، لذا تحتاج وصلات اللحام المختلفة إلى "التوافق" مع بعضها البعض، مما يُصعّب عملية اللحام الموجي لتلبية متطلبات لحام لوحات الدوائر عالية الجودة بشكل كامل.
(2) تكاليف التشغيل العالية.
في التطبيق العملي للحام الموجات التقليدي، يؤدي رشّ الصهور على كامل اللوحة وتوليد خبث القصدير إلى ارتفاع تكاليف التشغيل. وخاصةً في اللحام الخالي من الرصاص، نظرًا لأن سعر اللحام الخالي من الرصاص يزيد عن ثلاثة أضعاف سعر لحام الرصاص، فإن زيادة تكاليف التشغيل الناتجة عن خبث القصدير أمرٌ مثيرٌ للدهشة. بالإضافة إلى ذلك، يستمر اللحام الخالي من الرصاص في إذابة النحاس على الوسادة، ويتغير تركيب اللحام في أسطوانة القصدير بمرور الوقت، مما يتطلب إضافة القصدير النقي والفضة باهظة الثمن بانتظام لحل هذه المشكلة.
(3) الصيانة ومشاكل الصيانة.
سيبقى التدفق المتبقي في الإنتاج في نظام نقل اللحام الموجي، ويجب إزالة خبث القصدير الناتج بانتظام، مما يجلب صيانة المعدات وأعمال الصيانة الأكثر تعقيدًا للمستخدم؛ لهذه الأسباب، ظهر اللحام الموجي الانتقائي.
لا تزال عملية لحام الموجة الانتقائية PCBA تستخدم فرن القصدير الأصلي، ولكن الفرق هو أن اللوحة تحتاج إلى وضعها في حامل فرن القصدير، وهو ما نقوله غالبًا عن تركيبات الفرن، كما هو موضح في الشكل أدناه.
تُعرَّض الأجزاء التي تتطلب لحامًا موجيًا للقصدير، وتُحمَى الأجزاء الأخرى بغلاف السيارة، كما هو موضح أدناه. يشبه هذا وضع عوامة نجاة في حمام سباحة، حيث لا يصل الماء إلى المكان الذي تغطيه عوامة النجاة، وعند استبدالها بموقد من الصفيح، لا يصل القصدير إلى المكان الذي تغطيه السيارة، ولن تكون هناك مشكلة إعادة صهر القصدير أو سقوط الأجزاء.
"عملية لحام إعادة التدفق عبر الثقب"
لحام إعادة الانصهار عبر الثقب هو عملية لحام إعادة انصهار لإدخال المكونات، ويُستخدم بشكل رئيسي في تصنيع ألواح تجميع الأسطح التي تحتوي على عدد قليل من المكونات الإضافية. ويرتكز جوهر هذه التقنية على طريقة تطبيق معجون اللحام.
1. مقدمة العملية
وفقا لطريقة تطبيق معجون اللحام، يمكن تقسيم لحام التدفق العكسي من خلال الفتحة إلى ثلاثة أنواع: عملية لحام التدفق العكسي لطباعة الأنابيب من خلال الفتحة، وطباعة معجون اللحام من خلال عملية لحام التدفق العكسي لثقب، وعملية لحام التدفق العكسي لصفائح القصدير المصبوبة من خلال الفتحة.
1) عملية الطباعة الأنبوبية من خلال عملية لحام إعادة التدفق بالثقب
تُعد عملية لحام إعادة التدفق عبر الثقب باستخدام الطباعة الأنبوبية أقدم استخدام لهذه العملية، وتُستخدم بشكل رئيسي في تصنيع موالف التلفزيون الملون. يعتمد جوهر هذه العملية على مكبس أنبوبي من معجون اللحام، كما هو موضح في الشكل أدناه.
2) عملية طباعة معجون اللحام من خلال عملية لحام إعادة التدفق بالفتحة
تعد عملية لحام إعادة التدفق عبر الفتحة باستخدام معجون اللحام حاليًا هي عملية لحام إعادة التدفق عبر الفتحة الأكثر استخدامًا على نطاق واسع، وتستخدم بشكل أساسي في PCBA المختلطة التي تحتوي على عدد صغير من المكونات الإضافية، والعملية متوافقة تمامًا مع عملية لحام إعادة التدفق التقليدية، ولا تتطلب أي معدات عملية خاصة، والمتطلب الوحيد هو أن تكون مكونات المكونات الإضافية الملحومة مناسبة لعملية لحام إعادة التدفق عبر الفتحة، وتظهر العملية في الشكل التالي.
3) عملية لحام إعادة التدفق لصفائح القصدير من خلال الفتحة
تُستخدم عملية اللحام بإعادة التدفق من خلال ثقب صفيحة القصدير المصبوبة بشكل أساسي للموصلات متعددة الدبابيس، ولا يُعد اللحام معجون لحام ولكنه صفيحة قصدير مصبوبة، وعادةً ما تتم إضافتها مباشرة من قبل الشركة المصنعة للموصل، ولا يمكن تجميع التجميع إلا عن طريق التسخين.
متطلبات تصميم إعادة التدفق عبر الفتحة
1. متطلبات تصميم PCB
(1) مناسب للوحة PCB التي يقل سمكها عن 1.6 مم أو يساويها.
(2) الحد الأدنى لعرض الوسادة هو 0.25 مم، ويتم "سحب" معجون اللحام المنصهر مرة واحدة، ولا يتم تشكيل حبة القصدير.
(3) يجب أن تكون الفجوة بين المكون الخارجي (المسافة الفاصلة) أكبر من 0.3 مم
(4) الطول المناسب للسلك البارز من الوسادة هو 0.25~0.75 مم.
(5) الحد الأدنى للمسافة بين مكونات التباعد الدقيق مثل 0603 والوسادة هو 2 مم.
(6) يمكن توسيع الحد الأقصى لفتحة الشبكة الفولاذية بمقدار 1.5 مم.
(7) الفتحة هي قطر الرصاص مضافًا إليه 0.1~0.2 مم. كما هو موضح في الصورة التالية.
متطلبات فتح نافذة الشبكة الفولاذية
بشكل عام، من أجل تحقيق ملء الثقب بنسبة 50٪، يجب توسيع نافذة الشبكة الفولاذية، ويجب تحديد الكمية المحددة للتوسع الخارجي وفقًا لسمك PCB، وسمك الشبكة الفولاذية، والفجوة بين الثقب والرصاص وعوامل أخرى.
بشكل عام، طالما أن التمدد لا يتجاوز 2 مم، يُسحب معجون اللحام ويُملأ في الفتحة. تجدر الإشارة إلى أن التمدد الخارجي لا يمكن ضغطه بواسطة عبوة المكون، أو يجب تجنبه، وتشكيل حبة قصدير على أحد الجانبين، كما هو موضح في الشكل التالي.
"مقدمة لعملية التجميع التقليدية لـ PCBA"
1) التركيب من جانب واحد
يظهر تدفق العملية في الشكل أدناه
2) إدخال جانب واحد
يظهر تدفق العملية في الشكل 5 أدناه
إن تشكيل دبابيس الجهاز في اللحام الموجي هو أحد أقل أجزاء عملية الإنتاج كفاءة، مما يؤدي بالتالي إلى خطر التلف الكهروستاتيكي وإطالة وقت التسليم، ويزيد أيضًا من فرصة الخطأ.
3) التركيب على الوجهين
يظهر تدفق العملية في الشكل أدناه
4) جانب واحد مختلط
يظهر تدفق العملية في الشكل أدناه
إذا كان عدد المكونات التي تمر عبر الفتحة قليل، فيمكن استخدام اللحام بالانصهار واللحام اليدوي.
5) الخلط على الوجهين
يظهر تدفق العملية في الشكل أدناه
إذا كان عدد أجهزة SMD ثنائية الجوانب أكبر وعدد مكونات THT أقل، فيمكن استخدام اللحام بالصهر أو اللحام اليدوي في الأجهزة الملحقة. يظهر مخطط سير العملية أدناه.
