چگونه برد الکترونیکی را مونتاژ کنیم؟

اولین گام جهت مونتاژ برد، پیاده کردن خمیر لحیم یا همان (Solder Paste)، بر روی برد الکترونیکی است. این فرآیند که شباهت زیادی به چاپ روی پیراهن یا استفاده از شابلون برای طراحی دارد، کمک می‌کند تا یک لایه نازک از استیل ضدزنگ، بر روی برد شما قرار گیرد. این پروسه در اصطلاح استنیل کردن نامیده می‌شود. استنسیل به تولیدکننده این امکان را می‌دهد تا (Solder Paste) را فقط در قسمت‌هایی از برد الکترونیکی که مطابق نقشه نیازمند اتصال است، پیاده کند. در اصل، این کار، پیاده کردن نقشه بر روی برد الکترونیکی است به طوری که خطوط اتصال قطعات مختلف، با خمیر لحیم ویژه پوشش داده شده و نسبت به نواحی نارسانا، متمایز شوند. خمیر لحیم یا همان (Solder Paste) در این مورد، یک ماده خاکستری حاوی گلوله‌های بسیار ریز فلزی(قلع و نقره) است. ساختار این گلوله‌های ریز به شکلی است که از 96.5 درصد قلع، 3 درصد نقره و 0.5 درصد مس تشکیل شده‌اند. این خمیر گلوله‌های مذکور را با شار مخلوط کرده و اتصال آن‌ها به سطح برد را از طریق ذوب آسان‌تر می‌کند.

بر روی برد الکترونیکی قطعات گوناگونی قرار می گیرند، ترانزیستور، خازن، دیود، مقاومت برخی از مهم ترین این قطعات هستند. بعد از پیاده ساختن خطوط مدار بر روی برد، پروسه مونتاژ برد الکترونیکی وارد فاز انتخاب و جایگذاری قطعات می‌شود. در مقیاس صنعتی، این کار مطابق تکنولوژی (SMT) یا همان فناوری نصب سطحی انجام می‌شود. ربات‌هایی که به آن‌ها (SMD) گفته می‌شود، با تکنولوژی مذکور، اجزای غیر ارتباطی را بر روی برد نصب می‌کنند. (SMD)ها پروسه لحیم کاری را پی می‌گیرند. در گذشته و در مقیاس کوچک غیرصنعتی، این پروسه به شکل دستی انجام می‌شد؛ مونتاژگران اجزای سازنده را با دست خود انتخاب کرده و در محل تعیین‌شده، مطابق نقشه قرار می‌دهند. آن چنان که مشخص است کار کردن به این شکل معایب زیادی دارد و به همین خاطر امروزه انواع مدار الکترونیکی با استفاده از ربات‌ها مونتاژ می‌شوند. ماشین‌هاو ربات‌های (SMD) ضمن اینکه سرعت بیشتری دارند، دقت و عملکرد بسیار مطلوبی هم در اختیار تولیدکننده قرار می‌دهند. بازوی جانبی (SMD) یک برد الکترونیکی آماده شده را با گیره خلأ برداشته و پس از قرار دادن آن در یک موقعیت مطلوب، انتخاب قطعات الکترونیکی و جایگذاری روی برد آغاز می‌شود. در نظر داشته باشید که در برخی از بردهای الکترونیکی، تولیدکننده بسته به تشخیص خود ممکن است در این مرحله از ریشه، متد (THT) انتخاب شود.

هنگامی که خمیر لحیم‌کاری و قطعات الکترونیکی نصب‌شده روی سطح، به‌درستی جای خود قرار گرفتند، باید در جای خود محکم و ثابت شوند. این بدان معنی است که خمیر لحیم باید جامد شود و قطعات نیز به وسیله آن به برد چسبیده شوند. این کار از طریق پروسه‌هایی انجام می‌شود که در اصطلاح به آن Reflow می‌گویند. در پروسه Reflow پس از انتخاب و جایگذاری قطعات، برد الکترونیکی توسط یک نوار نقاله در طول خط تولید منتقل می‌شود. این نوار نقاله از میان یک اجاق بزرگ که آن اجاق Reflow می‌گویند، عبور می‌کند. این اجاق بزرگ، از مجموعه گرم‌کن‌ها و هیترهایی تشکیل شده که به مرور دمای برد را تا 250 درجه سانتی‌گراد بالا می‌برند. این دما برای ذوب کامل گلوله‌های فلزی موجود در خمیر لحیم کافی هستند. پس از اینکه خمیر لحیم به وضعیت مورد نظر رسید، برد الکترونیکی مسیر خود را از میان اجاق ادامه می‌دهد. در بخش انتهایی اجاق، برد الکترونیکی از میان مجموعه‌ای از خنک‌کننده‌ها عبور می‌کند که دمای برد و اجزای آن را به طور پیوسته و اندک‌اندک کاهش می‌دهند. باید در نظر داشت افزایش و کاهش ناگهانی یا غلط دما، منجر به نقص در پروسه (Reflow) خواهد شد. در پایان این مسیر، قطعات الکترونیکی و خطوط مدار چاپی، رابطه پایدار و محکم پیدا می‌کنند.

پس از اینکه قطعات با تکنولوژی SMT و عبور از پروسه Reflow در جای خود بر روی برد الکترونیکی ثابت شدند، باید از درستی مراحل طی‌شده، اطمینان حاصل کنیم. هر چند کل پروسه به شکل رباتیک و برنامه‌ریزی‌شده انجام می‌شود اما به هر حال، امکان وقوع خطا وجود دارد. گاهاً اشکال در ایجاد تغییر دمایی یا خطا در جایگذاری، ممکن است به سلامت برد آسیب بزند یا حتی در یک گام عقب‌تر، خطوط اتصال برد دچار نواقص یا قطعی‌هایی باشند. به همین خاطر نیاز است تا با روش‌های مختلفی، کیفیت برد الکترونیکی را بررسی کنیم. هرچند در حال حاضر مجال پرداختن به تمام مراحل و روش‌های کنترل کیفیت نیست اما اجازه دهید مروری بر اسامی و عناوین روش‌ها داشته باشیم. کنترل کیفیت دستی و چشمی: هرچند پروژه‌های صنعتی ذاتاً به سمت اتوماسیون و کمک گرفتن از ربات‌ها و برنامه‌های از پیش تعیین‌شده حرکت می‌کنند اما همچنان حواس و هوش انسانی در پروسه تولید و مونتاژ برد الکترونیکی، دخالت دارند. در این روش معمولاً اشخاص متخصص با رعایت نکات ایمنی به صورت دیداری یا در موارد نادری با لمس اتصالات و سطح برد، از سلامت و درستی مراحل طی‌شده اطمینان حاصل می‌کنند. کنترل اپتیکال اتوماتیک: در این متد و روش، ربات‌ها و ابزار هوشمند مختلفی با استفاده از طیف وسیعی از سنسورهای اپتیکال و غیر اپتیکال، در طول خط تولید، سلامت برد را زیر نظر می‌گیرند. به ربات‌ها و ماشین‌های کاربردی در این پروسه، اصطلاحاً (AOI) گفته می‌شود. کنترل با اشعه ایکس: در بردهای با حساسیت و جزئیات بیشتر، از اشعه ایکس هم برای بررسی کیفیت و سلامت برد الکترونیکی استفاده می‌شود. با استفاده از اشعه ایکس، یک ناظر انسانی یا یک رایانه هوشمند و برنامه‌ریزی شده ضمن بررسی جایگیری قطعات، سلامت لایه‌ها و اتصالات را بررسی می‌کند.

یک سرواژه انگلیسی ایجادشده از حروف ابتدایی عبارت (Plated-Through Hole) است. این عبارت به معنای سوراخ آبکاری شده است. بسته به اینکه برد الکترونیکی قطعاتی مازاد بر تکنولوژی (SMT) نرمال داشته باشد یا خیر، از (PTH) استفاده می‌شود. در متد PTH از طریق ایجاد یک سوراخ آبکاری‌شده در شاسی برد، قطعات الکترونیکی در جای خود قرار می‌گیرند. قطعات الکترونیکی از این سوراخ‌ها برای ارسال و دریافت سیگنال الکتریکی و قرار گرفتن در مدار استفاده می‌کنند. در این متد، خمیر لحیم در عمل فایده‌ای نداشته و عملکرد مورد انتظار را ندارد زیرا اساساً از سوراخ ایجاد شده عبور کرده یا اصطلاحاً پایین می‌چکد. برای همین از روش‌های جایگزینی در متد PTH استفاده می‌شود. یکی از روش‌های لحیم‌کاری موجی یا همان (Wave Soldering) است. به طور اجمالی می‌توان گفت، در این روش پس از جایگذاری قطعه الکترونیکی در سوراخ، (PCB) از طریق یک نوار نقاله به حرکت درآمده و به سمت یک اجاق خاص حرکت می‌کند. در این اجاق، سطح زیری (PCB) با پاشش لحیم ذوب‌شده مواجه می‌شود. پس از این با ورود سریع به محیط سرد عملاً لحیم به ثبات لازم می‌رسد. پس از این مرحله نیز، یک بار دیگر کنترل نهایی انجام شده و در نهایت (PCB) تکمیل‌شده به انتهای خط می‌رسد.