تقنية التثبيت السطحي: الطباعة، الوضع، ومراقبة الجودة

تقوم شركة Surface Mount Technology (SMT) ببناء لوحات دوائر مطبوعة عن طريق وضع أجزاء على وسادات مسطحة ولحامها في فرن إعادة التدفق. يسمح لقطع صغيرة بالجلوس بالقرب من بعضها ويدعم التجميع الآلي. تقارن هذه المقالة بين SMT وثقوب العبور، وتراجع أنواع العبوات الشائعة، وتشرح الخط الكامل: الطباعة، SPI، الالتقاط والوضع، إعادة التدفق، والفحص.

أساسيات تقنية التركيب السطحي

تجميع الدائرة المدمجة مع الأجزاء المثبتة على السطح

تقنية التثبيت السطحي (SMT) هي طريقة لبناء لوحات دوائر مطبوعة يتم فيها توصيل المكونات الإلكترونية مباشرة على وسادات معدنية مسطحة على السطح، بدلا من المرور عبر فتحات في اللوحة. تسمى هذه الأجزاء أجهزة التثبيت السطحي (SMDs). بعد وضع الأجزاء على الوسائد مع معجون اللحام، تخضع اللوح لمرحلة تسخين، غالبا في فرن إعادة التدفق، لإذابة اللحام وتكوين وصلات كهربائية وميكانيكية صلبة.

نظرا لأن الأجزاء قد تكون صغيرة جدا وموضوعة بالقرب من بعضها، يسمح SMT بتركيب المزيد من المكونات على لوحة واحدة ويساعد في جعل المنتجات أصغر وأخف وزنا. تعمل هذه العملية أيضا بشكل جيد مع الآلات الآلية، مما يساعد في الحفاظ على ثبات الجودة ويسهل إنتاج كميات كبيرة بتكلفة مضبوطة.

مقارنة SMT مع الفتحة العميقة

أنواع الحزم الشائعة للتركيب السطحي

• المقاومات/المكثفات السلبية للشريحة - أجزاء مستطيلة صغيرة ذات وسادات صغيرة على لوحة الدوائر المطبوعة. هي حساسة لكمية معجون اللحام وتوازن التسخين، لأن اللحام غير المتساو قد يؤدي إلى ميل أو ضعف الوصلات.

• حزم الإطار الأليد (QFP، QFN) - دوائر متكاملة ذات أسلاك رفيعة أو وسادة كبيرة مكشوفة. قد يكون هناك جسور لحام بين الدبابيس، مما يسبب مشاكل إذا لم تستقر الأسلاك بشكل مستو، ويجب أن توفر تدفقا جيدا للحرارة عبر وساداتها.

• حزم المصفوفة (أنواع BGA) - أجزاء تحتوي على كرات لحام مرتبة في شبكة تحت العبوة. تخفي وصلات اللحام بعد التجميع، لذا غالبا ما يستخدم فحص الأشعة السينية للتأكد من ذوبان الكرات واتصالها بشكل صحيح.

• الصمامات الثنائية والترانزستورات (عائلات SOD/SOT) - حزم صغيرة ذات قطبية محددة أو دبوس 1. تحتاج إلى التوجيه الصحيح على لوحة الدائرة ووضعها بدقة حتى تتطابق توصيلاتها مع تخطيط الدوائر.

تقنية التثبيت السطحي في تجميع لوحات الدوائر المطبوعة

خط تجميع SMT 2.1

 • طباعة معجون اللحام - يتم دفع معجون اللحام عبر قالب ليستقر على كل وسادة من لوحة الدوائر المطبوعة العارية.

• فحص معجون اللحام (SPI) - يتم فحص المعجون المطبوع لتأكيد الكمية والموقع الصحيحين على كل وسادة.

• تركيب المكونات بالاختيار والوضع - تضع الآلات قطع SMD على معجون اللحام الرطب في كل موقع للوسادة.

• اللحام بإعادة التدفق - تمر اللوح عبر فرن ساخن فيذوب المعجون، يرطب الوسادات والأسلاك، ثم يبرد لتشكيل وصلات صلبة.

• الفحص البصري الآلي (AOI) - تقوم الكاميرات بفحص اللوحة بحثا عن أجزاء مفقودة، أو أجزاء خاطئة، أو غير محاذاة، أو عيوب لحام ظاهرة.

• (اختياري) أشعة سينية، تنظيف، إعادة عمل، واختبار وظيفي - قد تستخدم خطوات إضافية لفحص الوصلات المخفية، إزالة البقايا، إصلاح العيوب، والتأكد من أن اللوحة المجمعة تعمل.

طباعة معجون اللحام

• فتحات القناع تتحكم في كمية المعجون التي تطلق على كل وسادة، مما يؤثر على حجم وشكل المفصل.

• محاذاة الطباعة تتأكد من أن المعجون يهبط على الوسائد بدلا من قناع اللحام أو النحاس القريب.

• غالبا ما تخلق المطبوعات السيئة عيوبا لا يمكن للخطوات اللاحقة تصحيحها بالكامل.

فحص معجون اللحام (SPI)

يقوم فحص معجون اللحام (SPI) بفحص رواسب اللحام مباشرة بعد الطباعة وقبل وضع الأجزاء. يقيس ارتفاع المعجون، حجمه، ومساحته، ويؤكد أن كل ترسيب ضمن حدود محددة وموضوعه الصحيح على الوسادة. عندما تظهر مشاكل في هذه المرحلة، يمكن تصحيح المشكلة قبل أن يتم بناء العديد من اللوحات بنفس خطأ الطباعة. يقلل هذا من إعادة العمل والخردة ويساعد في الحفاظ على استقرار عملية SMT بالكامل من خلال توفير تغذية راجعة سريعة حول حالة القالب، والتعامل مع المعجون، وإعداد الطابعة.

الاختيار والوضع

• حالة المغذي تؤثر على مدى موثوقية اختيار الأجزاء وتساعد على تجنب فقدان أو إسقاط أو مضاعفة الأجزاء.

• يكتشف محاذاة الرؤية أخطاء الدوران والموقع الصغيرة ويصححها قبل وضع الجزء على الوسادة.

• التحكم في القطبية والاتجاه يحافظ على محاذاة الصنائيات الثنائية وICs والمكثفات المستقطبة مع علاماتها على لوحة الدوائر المطبوعة.

لحام إعادة التدفق

• البرد الشديد - بلل ضعيف، وصلات باهتة أو حبيبية، وصلات مفتوحة، وروابط لحام ضعيفة.

• الحرارة الزائدة - تلف في الأجزاء، رفع الوسادات، وارتفاع معدلات العيوب بسبب الإجهاد الحراري الإضافي على اللوحة.

• التسخين غير المتساو - سلبيات صغيرة مشوهة، مكونات مائلة، ووصلات تبدو مختلفة عبر نفس اللوحة.

تقنية التركيب السطحي: الفحص والتحكم في العمليات

AOI والأشعة السينية: اختيار طريقة الفحص المناسبة

أساسيات SMT DFM

يركز التصميم من أجل التصنيع (DFM) في SMT على تخطيطات اللوحات التي تطبع وتضع وتفحص بشكل نظيف. التخطيط الذي يتبع ممارسات DFM الجيدة يساعد العملية على البقاء مستقرا، ويدعم وصلات اللحام القابلة للتكرار، ويسهل التحكم في العيوب قبل انتشارها عبر العديد من الألواح. ممارسات DFM المفيدة:

• استخدام أنماط الأراضي الصحيحة لكل نوع من الحزمة، بناء على معايير البصمة المعترف بها.

• الحفاظ على تباعد بين الوسادات والآثار يسمح بإطلاق العجينة بشكل نظيف ويقلل من فرصة جسر اللحام.

• إضافة علامات قطبية واضحة ومؤشرات pin-1 للديودات ومصابيح LED وICs.

• توفير الوصايا المحلية واللوحات الائتمانية حتى تتمكن الآلات من محاذاة اللوحة بدقة.

• تجنب المناطق الضيقة التي تحجب فوهات التثبيت أو رؤية كاميرات الفحص.

• تخطيط الألواح وميزات الانفصال حتى تبقى الألواح مستقرة أثناء تحركها عبر الخط.

SMT بدون رصاص مقابل SMT مهيأ بالرصاص

يتميز SMT الخالي من الرصاص بفترة عملية أكثر ضيقة من SMT المصنوع من الرصاص لأنه يعمل عند درجات حرارة أعلى ويمكنه استخدام الوسادات بشكل مختلف، مما يجعل التحكم الحراري واستقرار العملية أكثر أهمية للوصلات الموثوقة. يجب أن تسخن ملفات إعادة التدفق جميع الوصلات بشكل صحيح دون إجهاد زائد للأجزاء أو لوحة الدوائر المطبوعة، وتصبح التصاميم السلبية الصغيرة والكثيفة أكثر عرضة للتحطم الحجري والانحراف والوصلات الضعيفة. للحفاظ على انخفاض العيوب والموثوقية العالية، تحتاج العملية إلى طباعة لحام متسقة، واختيار معجون مناسب، وملفات إعادة تدفق مستقرة، وفحص فعال.

تقنية التركيب السطحي: العيوب وإعادة العمل

عيوب SMT الشائعة

إعادة العمل والإصلاح

• استخدام الحرارة المسيطر عليها لتجنب رفع وسادات الرفع أو إتلاف مادة اللوحة المطبوعة.

• تطبيق الفلكس بشكل صحيح للمساعدة في لحام الوسائد والأسلاك وتقليل احتمال حدوث عيوب جديدة.

• إعادة الفحص بعد إعادة العمل باستخدام AOI أو الأشعة السينية عند الحاجة للتأكد من أن الوصلة المصلحة والوصلات المجاورة مقبولة.

• تتبع العيوب المتكررة وأنماط إعادة العمل حتى يمكن تصحيح العملية من المصدر بدلا من إصلاح نفس المشكلة عدة مرات.

الخاتمة

تأتي نتائج SMT الجيدة من التحكم في كل خطوة: طباعة معجون نظيف، فحوصات SPI شفافة، وضع دقيق، وملف إعادة تدفق يسخن الوصلات بشكل متساو دون أن تسخن الأجزاء بشكل مفرط. يكتشف AOI مشاكل ظاهرة، بينما يفحص الأشعة السينية المفاصل المخفية مثل BGAs. خيارات DFM القوية تساعد أيضا، مثل البصمات الصحيحة، التباعد الآمن، علامات القطبية الواضحة، الوصايا الائتمانية، والألواح المستقرة. الخالي من الرصاص يسير أكثر حرارة، لذا النافذة أضيق.

الأسئلة الشائعة [الأسئلة الشائعة]

مم يتكون معجون اللحام؟

معجون اللحام هو مزيج من مسحوق اللحام والتدفق.

لماذا يهم سطح سطح لوحة الدوائر المطبوعة في SMT؟

يؤثر ذلك على مدى ترطيب اللحام للوسادات ومدى موثوقية الوصلات.

لماذا تحتاج قطع SMT إلى التحكم في الرطوبة؟

يمكن أن تتوسع الرطوبة أثناء إعادة التدفق، مما يسبب تشقق العبوة.

ما الذي يتحكم فيه تصميم القالب؟

يتحكم في كمية معجون اللحام المطبوعة على كل وسادة.

لماذا تلعب درجة الحرارة والرطوبة دورا في SMT؟

يغير سلوك المعجون ويزيد من المخاطر مثل التلوث أو تلف الانسداد التدريجي (ESD).

كيف يتم فحص موثوقية SMT على المدى الطويل؟

يتم التحقق من ذلك من خلال اختبارات الضغط مثل اختبار الدورة الحرارية، والاهتزاز، والرطوبة.