فاکتورهای کیفیت مونتاژ SMD و راهکارهای بهبود آن

چرا فاکتورهای کیفیت مونتاژ SMD و THD باید برای ما مهم باشد؟

فاکتورهای کیفیت مونتاژ SMD و THD جز فاکتور های کیفیت محصول نهایی به حساب می آیند چرا که، مونتاژ قطعات بر روی بردهای PCB، هسته اصلی کل پروسه مونتاژ می باشد و کیفیت لحیم کاری بر کیفیت کلی محصولات تولیدی اثر خواهد گذاشت. در مونتاژ قطعات SMD به صورت صنعتی، کیفیت لحیم کاری یکی از پایه های اصلی کیفیت نهایی محصول است. همچنین اهرمی و عاملی در رقابت با سایر محصولات موجود در بازار است. در ادامه مطلب به عوامل موثر در کیفیت مونتاژ SMD و THD خواهیم پرداخت.

قطعات

قطعات مصرفی در مونتاژ بردهای الکترونیکی یکی از فاکتورهای موثر بر کیفیت مونتاژ SMD و THD و در نهایت کیفیت نتیجه نهایی محصول است. چرا که خود قطعات مورد استفاده در طراحی محصول مستقیم بر کیفیت پروسه لحیم کاری (Reflow Soldering) تاثیر خواهید گذاشت، بنابراین موارد زیر را باید مد نظر قرار داد:

1. پکیج و سایز قطعات مصرفی برای تولید باید با الزامات دستگاه مونتاژ اتوماتیک مطابقت داشته باشد.
2. شکل و شمایل قطعات باید با توانایی های دستگاه مونتاژ اتوماتیک همخوانی داشته و استاندارد های لازم را دارا باشد. همچنین ابعاد قطعات، با توجه به مشخصات ارائه شده، دقیق باشد.
3. کیفیت لحیم پذیری قطعات و خود برد PCB نیز باید با الزامات پروسه Reflow Soldering مطابقت داشته باشد. پایه های قطعات و همچنین پد های روی برد PCB باید عاری از هرگونه آلودگی و اکسیداسیون باشند. اگر نقاط لحیم کاری خیس یا دارای رطوبت باشند باعث می شود خطا هایی همچون سرد لحیمی (False Soldering)، دانه های قطع (Soldering Beads) و یا سوراخ در پروسه لحیم کاری پدید آیند. برای کنترل رطوبت در بردهای PCBو یا قطعاتی همچون سنسور رطوبت، باید آنها را وکیوم و بسته بندی نمود و در محل خشک نگه داری کرد تا دفعه بعدی که برای مونتاژ به آنها نیاز باشد.

طراحی PCB

نحوه طراحی PCB یکی از فاکتورهای موثر بر کیفیت مونتاژ SMD و THD و کیفیت محصول خروجی، طراحی پدهای قطعات در PCB و سطح تکنولوژی بکار رفته به طور مستقیم بر نتیجه نهایی تاثیر می گذارد. بر اساس آمار ارائه شده از شرکت HP، 80% خطا ها و مشکلات پیش آمده در تولید به طور مستقیم به طراحی مربوط می شود، همچنین 40% تا 60% این خطا ها به سابستریت PCB برمی گردد (که با توجه به نوع متریال خمیر قطع مصرفی متغییر خواهد بود).

در خیلی از مواقع خطاهای بوجود آمده در محصول نهایی مربوط به طراحی می شود. یعنی مشکلاتی در مراحل مختلف پروسه مونتاژ پدید می آیند به طراحی نادرست بر می گردد. استفاده از فوتپرینت های غلط، رعایت نکردن اصول طراحی IPC و غیره. پس در مرحله اول باید برای حاصل شده یک مونتاژ با کیفیت موارد موجود در طراحی بررسی شوند. برای این موضوع می توانید به مقالات متعدد ارائه شده در سایت از قبیل این مقاله مراجعه کنید.

عوامل موثر در چاپ خمیر قلع بر روی PCB

فاکتور های بسیاری بر کیفیت خمیر قلع چاپ شده روی برد های مدار چاپی تاثیر گذار می باشند. برای مثال، در استفاده از خمیر قلع و لحیم کاری باید به قانون “اولین ورودی اولین خروجی (First in first out)” توجه داشت و گزارش های مربوطه را ثبت کرد. همچنین مطمئن شد که شیب تغییرات حرارتی به گونه ای باشد که حداقل 4 ساعت طول بکشد تا به دمای اولیه برگردد. خمیر قلع باید قبل از مصرف به خوبی هم بخورد تا به شرایط ایده آلی برای اعمال روی استنسیل و جدا شدن از آن برسد. در ادامه به معرفی و بررسی هر یک از این موارد می پردازیم.

1.     طراحی استنسیل

وظیفه اصلی استنسیل ایجاد شرایطی برای اعمال صحیح خمیر قلع در مکان های مورد نظر روی PCB نظیر پده ها می باشد. استفاده از استنسیل در پروسه اعمال خمیر قلع و مونتاژ ضروری و غیر قابل حذف است و کیفیت مونتاژ وابسته به کیفیت قلع گذاری و کیفیت استنسیل وابسته است. در حال حاضر سه روش کلی برای ساخت و تهیه استنسیل وجود دارد: روش زدودن شیمیایی، برش لیزر و الکتروفرمینگ. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد استنسیل این مقاله را مطالعه بفرمایید.

موارد موثر و مهم در طراحی استنسیل را شابلون استیل شامل موارد زیر می باشد:

• ضخامت ورق استیل. برای اطمینان از کیفیت چاپ صحیح خمیر قلع و لحیم کاری، سطح شابلون استنسیل باید صاف و یک دست باشد و ضخامت آن با توجه به حداقل فاصله بین تو دهانه روی آن مشخص می شود.
• طراحی دهانه های روی استنسیل. دهانه ها باید به صورت ذوزنقه ای شکل، دیواره های آن صیقلی و صاف و بدون رد و برآمدگی باشند. دو فاکتور مهم باید در استنسیل در نظر گرفته شود. نسبت ظاهری که نسبت عرض دهانه به ضخامت ورق استیل است. و نسبت مساحت که نسبت محاست دهانه به مساحت دیواره ی آن می باشد. فرمول این نسبت ها در تصویر زیر نمایش داده شده است.

2.     دانه قلع و ….

• جلوگیری از دانه قلع روی PCB. در مونتاژ قطعات SMDبا ابعاد 0603 و کوچکتر باید، برای جلوگیری از بروز دانه قلع روی پدها و PCB باید دهانه های شابلون استنسیل پرداخت و پولیش شود. و همچنین برای دستگاه هایی که دارای پدهای بیش از حد بزرگ هستند، پیشنهاد می شود که به چند بخش تقسیم شود تا اعمال بیش از خمیر قلع جلوگیری شود.
• قرار دادن نشانه های ویژه بر روی برد مدار چاپی. پیشنهاد می شود حداقل 3 نشان روی شابلون استنسیل وجود داشته باشد. متناظر این نشان ها نیز باید به طور دقیق بر روی PCB وجود داشته باشد. با کمک این نشان ها، شابلون استیل استنسیل با دقت قابل قبولی روی PCB قرار می گیرد. این نشان ها باید به صورت قطری، با بیشترین فاصله ممکن از یکدیگر و همچنین با شکل بسیار واضح باشند تا بیشترین دقت را فراهم کنند.
• جهت و راستای اعمال خمیر قلع. راستای چاپ خمیر قلع بر روی برد نیز یکی از کلید های کنترلی به حساب می آید و باید چیدمان و فاصله بین آنها در نظر گرفته شود زیرا در برخی موارد جهت حرکت لیسه روی استنسیل می تواند منجر به تجمع بیش از حد خمیر قلع در بعضی نقاط شود.

3.     مشخصات لیسه

میزان سختی مواد بکار رفته و شکل لیسه تاثیر قابل توجهی در کیفیت چاپ خمیر قلع دارد. به طور معمول از استیل با آبکاری نیکل استفاده می شود. لیسه های 60 درجه بیشتر رایج هستند ولی اگر قطعات THD روی برد وجود دارد پیشنهاد می شود که از لیسه 45 درجه استفاده کنید. زیرا می تواند کمک کند تا قلع بیشتری بر روی سوراخ پدهای قطعات THD قرار گیرد و کیفیت مونتاژ این قطعات بهبود یابد.

4.     پارامترهای موثر در اعمال خمیر قلع

پارامترهای موثر عموماً شامل سرعت تیغه، فشار تیغه، سرعت برداشتن شابلون استنسیل، نحوه تمیز کردن شابلون، فرکانس استفاده و … . یک رابطه محدودکننده مشخص بین زاویه تیغه با شابلون استنسیل و ویسکوزیته ی خمیر قلع وجود دارد. بنابراین کنترل صحیح این پارامترها می تواند تضمین کننده کیفیت خمیر قلع اعمال یا چاپ شده بر روی برد مدار چاپی باشد.

به طور کلی، سرعت کم لیسه می تواند کیفیت چاپ را بهبود بخشد، ولی این سرعت کم می تواند باعث کند شدن لبه لیسه شود و همچنین باعث کاهش بازده تولید گردد. اگر سرعت لیسه زیاد باشد، ممکن است خمیر قلع فرصت کافی برای پرکردن سوراخ ها موجود روی استنسیل را نداشته باشد و باعث شود قلع کافی روی پدهای لحاظ نشود و در نیجه کیفیت مونتاژ کاهش پیدا کند.

اعمال فشار زیاد روی لیسه سبب می شود خمیر قلع های قرار گرفته در دهانه های شابلون، خارج شود. در نتیجه خمیر قلع اعمال شده کمتر از حالت عادی خواهد بود ولی می تواند سرعت پوشندن سوراخ های شابلون را افزایش دهد. از طرف دیگر اعمال فشار ناکافی می تواند باعث شود عملیات چاپ به درستی صورت نپذیرد.

برآیند این مطالب به نقطه خواهد رسید که تا زمانی که چرخش و غلت خوردن خمیر قلع روی استنسیل به صورت نرمال و عادی می باشد می توانید سرعت حرکت لیسه را افزایش دهید. همچینین فشار روی لیسه را در حدی نگه دارید تا کیفیت قلع چاپ شده روی PCB مطلوب باشد.

در مورد سرعت برداشتن استنسیل نیز شرایط مشابه است، اگر با سرعت شابلون را بردارید ممکن است قسمت روی خمیر قلع چاپ شده تغییر حالت دهد و نامطلوب شود و از طرفی دیگر برداشتن با سرعت پایین بازده تولید را تحت تاثیر قرار خواهد داد. و در نهایت اگر نحوه تمیز کردن و فرکانس استفاده به خوبی تعیین نشود منجر به کثیف شدن استنسیل، کاهش کیفیت چاپ قلع و پروسه مونتاژ خواهد شد.

5.     دقت تجهیزات

در چاپ خمیر قلع، دقت تجهیزات بسیار مهم است زیرا دقت واقعی در زمان پروسه پر تکرار تولید خود را نشان می دهد. دقت تجهیزات در پروسه تکراری و متوالی چاپ، تعیین کننده ی ثبات در کیفیت خمیر قلع اعمال شده و کیفیت مونتاژ خواهد بود بالاخص در زمانی که تراکم قطعات روی برد PCB بالا و فاصل بین پایه و قطعات کم باشد.

6.     تخت و پایه زیر PCB

تخت یا بستری که PCB برای چاپ خمیر قلع روی آن قرار می گیرد در کیفیت چاپ موثر است. اگر حمایت خوبی از PCB در هنگام چاپ خمیر قلع انجام ندهد می تواند سبب شود در برخی نقاط ضخامت خمیر قلع چاپ شده بطور نامطلوب افزایش یابد و یا در همه جای PCB یکنواخت نباشد. پس مطمئن شوید که تخت زیر برد مدار چاپی صاف، هموار و یکدست باشد تا شابلون استنسیل به خوبی به آن بچسبد و کیفیت چاپ را تضمین کند.

مونتاژ قطعات

یکی دیگر از فاکتورهای کیفیت مونتاژ SMD، خود پروسه جایگذاری قطعات است. خود این پروسه شامل سه عامل انتخاب صحیح، دقت جایگذاری و فشار مناسب مونتاژ قطعات است که تضمین کننده کیفیت مونتاژ قطعات بر روی PCB هستند. منظور از انتخاب صحیح یعنی این که قطعات چسبانده شده مطابق با BOM باشد. دقت جایگذاری به قرار گیری دقیق قطعات در مختصات تعیین شده، اشاره دارد. همچنین این دقت در نصب باید باثبات باشد تا مطمئن باشیم که تمام قطعات در طول زمان مونتاژ در محل دقیق خود برای لحیم کاری قرار گرفته باشند. علاوه بر این باید زاویه قطعه در هنگام نصب مورد توجه قرار گیرد تا جهت و پلاریته آنها صحیح باشد.

مورد سوم فشار مناسب مونتاژ در هنگام جایگذاری است، که برای تضمین کیفیت نهایی باید مورد نظارت قرار گیرد تا از حدود مشخصی بیشتر یا کمتر نشود. این فشار در هنگام چسباندن قطعات خود به عواملی مانند ضخامت PCB، ضخامت پکیج قطعات، فشار نازل SMB و تنظیم ارتفاع نوک دستگاه در راستای محور Z در پروسه مونتاژ، وابسته است.

لحیم کاری (Reflow Welding)

تنظیمات درست نمودار حرارتی در پروسه لحیم کاری، یکی از فاکتورهای تاثیرگذار بر کیفیت مونتاژ SMD و تضمین کننده کیفیت محصول نهایی است. نمودار حرارتی مطلوب است که باعث شود تمام قطعات روی PCB بدون در نظر گرفتن نوع و تیپ آن به خوبی روی برد مدار چاپی لحیم شوند. نقاط لحیم کاری شده علاوه بر کیفیت ظاهری خوب باید از لحاظ داخلی نیز کیفیت مطلوبی داشته باشند.

شیب زیاد در نمودار حرارتی می تواند منجر به افزایش سریع دما شود که پیامدهایی بدی به همراه خواهد داشت. این عوارض شامل آسیب رسیدن به قطعات، تغییر شکل و دفرم شدن برد مدار چاپی، تبخیر سریع فلاکس موجود در خمیر قلع که خود باعث پاشیدن قلع به خارج از ناحیه پدهای و به وجود آمدن توپ قلع می شود، می باشد. حداکثر دما بطور معمول به گونه ای تنظیم می گردد که از نقطه ذوب خمیر قلع 30 تا 40 درجه سانتی گراد بالاتر باشد. دمای بیش از حد و زمان طولانی برای این پروسه می تواند به قطعاتی که نسبت به حرارت حساس هستند آسیب وارد کند. علاوه بر آن تبخیر فلاکس در خمیر قلع باعث می شود که لحیم کاری قابل اعتمادی صورت نپذیرد.

برای بهبود کیفیت لحیم کاری و اجتناب از مشکلات ناشی از اکسیداسیون، با توجه به شرایط می توان از رفلاکس نیتروژن بهره برد. تنظیمات نمودار حرارتی به طور عمومی بر اساس جنبه های زیر تعیین می گردد:

1. تنظیم بر اساس نموداری پیشنهادی ارائه شده توسط شرکت تولید کننده خمیر قلع مورد استفاده. ترکیبات خمیر قلع مشخص می کند که مراحل مختلف دمایی و نقطه ذوب چگونه باشد.
2. بر اساس پارامترهای عملکردی قطعات حساس به حرارت و آسیب پذیر. بیشترین دمای قابل قبول ارائه شده در مشخصات قطعات خاص باید مد نظر قرار بگیرد و از آن تجاوز نکند تا منجر به آسیب دیدن آنها نشود.
3. بر اساس ابعاد، وزن و ضخامت ورق PCB.
4. بر اساس ساختار کوره یا فر (Reflux furnace or oven)مورد استفاده برای لحیم کاری. نمودار حرارتی برای هر دستگاه باید متناسب با ساختار و عملکرد کوره باشد.

خدمات طراحی، چاپ و مونتاژ PCB در شرکت مرصا

شرکت مرصا ارائه دهنده خدمات طراحی، چاپ و مونتاژ PCB است. ما با بهره مندی از نیروی جوان متخصص خدمات PCBA را با بهترین کیفیت به شما ارائه خواهیم کرد. وجود تیم متخصص طراحی PCB ، خط چاپ و مونتاژ در کنار هم و در یک مجموعه به ما این تواندمندی را داده است تا خطا را به حداقل برسانیم و هماهنگی قابل توجه بین این سه حوزه ایجاد نماییم. شما بدون نگرانی می توانید تمامی مراحل تولید بردهای الکترونیکی محصولات خود را به ما بسپارید و محصول نهایی با کیفیت و عاری از هر گونه خطا را از ما تحویل بگیرید. برای سفارش مونتاژ برد و طراحی می توانید بر روی لینک های زیر کلیک کنید. در غیر اینصورت برای هر گونه مشاوره در زمینه تولید بردهای خود با ما در تماس باشید.

 

 

 

---

منابع:

https://www.pcbway.com/blog/PCB_Assembly/The_Main_Factors_Affect_the_Quality_of_SMT_Soldering_and_Its_Solutions.html

https://www.eeweb.com/factors-for-smt-pcb-assembly/