برد الکترونیکی
برد الکترونیکی چیست؟
در زمان حاضر بیشترین تاثیر را وسایل الکترونیکی بر روی زندگی ما دارند. در کمترین حالت شما بصورت روزانه با گوشی همراه، یخچال، آسانسور، خودرو، عابر بانک و کامپیوتر در تعامل هستید. اشتراک تمامی این موارد برد های الکترونیکی هستند که از زمان ظهور در دهه ۱۹۳۰ میلادی تا به امروز تغییرات زیادی داشته‌اند.
در این مقاله می خوانید:
- مراحل طراحی برد الکترونیکی
- مراحل ساخت برد الکترونیکی
- مونتاژ برد الکترونیکی (لحیم کاری برد الکترونیکی)
- شستشوی برد الکترونیکی
- کنترل کیفیت برد الکترونیکی
بیشتر بخوانید: تاریخچه برد مدار چاپی
مراحل طراحی برد الکترونیکی
چرخه تولید برد الکترونیکی از مفهوم شروع می شود یعنی خواسته ما از عملکرد برد الکترونیکی چه چیزی است.
ابتدا به صورت دستی بخش به بخش برد را طراحی می کنیم بخش هایی مانند پردازش، ورودی، تغذیه و … . هر کدام از این بخش ها نیز می توانند از زیر مجموعه هایی تشکیل شده باشند. بعد از طراحی، قسمت ها را در کنار هم قرار می دهیم و شماتیک کار ما به دست می آید. تا این مرحله ایده و مفهوم پروژه مشخص شده است.
در این مرحله ما باید در نرم افزار آلتیوم پروژه خودرا مستند کنیم و اطلاعات را وارد نرم افزار می کنیم و سند شماتیک را تشکیل می دهیم در سند شماتیک از نماد های قطعات الکترونیکی استفاده می کنیم. در این مرحله آی سی ها، رگولاتور ها، سلف ها، مقاومت ها و خازن ها و تمامی قطعات را وارد می کنیم.
بیشتر بخوانید: برد فرکانس بالا
بعد از اینکه شماتیک کامپایل شد شما این سند رابه سند PCB تبدیل می کنید. تمامی قطعات و ارتباطات به سند PCB انتقال پیدا می کند.
ادامه بخش طراحی برد الکترونیکی را در این مقاله بخوانید.
جهت سفارش طراحی برد الکترونیکی از شرکت رویال صنعت سامانه مشاوره بگیرید.
مراحل ساخت برد الکترونیکی
برای ساخت برد الکترونیکی ما باید یک سری فایل در اختیار سازنده قرار دهیم. در گذشته فایل ارسالی در فرمت گربر بود و امروزه نیز برخی از سازندگان PCB در چین از سفارش دهنده فایل گربر را درخواست می کنند.
فایل گربر تمامی لایه های برد را به تفکیک در اختیار شما قرار می دهد. فایل گربر این قابلیت را هم دارد تا فایل سوراخکاری را هم جداگانه در اختیار شما قرار دهد.
در چند سال اخیر برای ساخت برد الکترونیکی فقط فایل PCB را تحویل سازنده می دهند. برای برد های بیشتر از دو لایه باید فایل استک به سازنده تحویل داده شود. البته در ایران به دلیل اینکه تنها از یک روش برای تولید بردهای با تعداد لایه بالا استفاده می شود به این فایل نیازی نیست.
اما برای سازنده های خارجی این فایل قطعا مورد نیاز است. نحوه تنظیم فایل استک به اینگونه است؛ در بخش استک منیجر در آپشن باید این اطلاعات را وارد کنید:
- تعداد لایه های برد
- اسم گذاری لایه های برد
- ضخامت دی الکتریک که بین لایه های برد قرار می گیرد
بیشتر بخوانید: همه چیز درباره برد مدار چاپی PCB
ساخت برد های چند لایه
برد های چند لایه در حقیقت تعدادی برد دولایه است که به یکدیگر متصل می شوند و بین آن ها دی الکتریک قرار می گیرد. هنگام سفارش شما باید ضخامت هر برد دولایه و ضخامت دی الکتریک را هم مشخص کنید.
پس از در اختیار قرار دادن فایل PCB و فایل استک باید پوشش نهایی برد را هم به سازنده اعلام کنیم بطور مثال باید گفت که روی پد ها قلع اندود شود. پوشش های دیگری مانند الکترولس طلا هم وجود دارد. ضخامت لایه مس روی برد براساس جریان کشی و کاربرد انتخاب می شود و برای مصارف معمول ۱۸ تا ۲۵ میکرون است.
نکته بعدی Solder mask یا چاپ سبز هست که باید مشخص کنیم انجام شود یا نه. همچنین رنگ آن را هم میتوانیم انتخاب کنیم. مورد بعدی نحوه چاپ راهنما بر روی لایه بالایی یا زیرین برد است. باید انتخاب شود که اسم یا مقدار یا نماد قطعه چاپ شود.
حالا بعد از تمامی این تنظیمات می پردازیم به موضوع اصلی ساخت PCB
یکی از ساده ترین راه ها ماژیک ضد اسید هست که برد خام یک یا دوطرف مس با دی الکتریک بین آن ها را برمیداریم و با ماژیک روی آن می کشیم و با اسید شسته و برد دلخواه ما بدست می آید. یکی دیگه از روش ها لتراست هست که به زبان ساده عکس برگردان هم میگویند. دو روش تجاری برای تولید مدار چاپی وجود دارد:
- روش چاپ سیلک و روش فوتو ایمیج
- روش فوتو ایمیج، روش بسیار دقیق است.
برای توضیحات تکمیلی روش های تجاری ساخت برد الکترونیکی به این مقاله مراجعه کنید.
جهت سفارش تولید برد الکترونیکی از شرکت رویال صنعت سامانه مشاوره بگیرید.
مونتاژ برد الکترونیکی
مونتاژ برد های الکترونیکی از نظر نوع قطعات به دو دسته THDوSMD تقسیم می شود. مونتاژ برد های الکترونیکی به روش THT در اواسط قرن بیست رونق گرفت. قطعات THD با پایه های سوزنی شکلی که دارند درون سوراخ های تعبیه شده در برد های الکترونیکی فرو می روند. برد های الکترونیکی در طراحی THD بصورت دو طرفه می باشد یعنی قطعه از یک طرف برد داخل سوراخ های تعبیه شده روی برد قرار گرفته و از طرف دیگر پایه قطعه روی پدهای تعبیه شده لحیم می شود پس قطعه طرف اول و پد ها طرف دوم قرار میگیرد همین محدودیت باعث می شود، کشیدن Trackها با مشکل مواجه شود. برای رفع این محدودیت برد های دولایه ابداع شد.
ابداع برد های دو لایه این امکان را فراهم آورد تا Trackها دو طرف برد کشیده شوند ولی همچنان وجود سوراخ های متعدد روی برد الکترونیکی هم فضا را محدود می کرد و هم از استحکام برد می کاست.
نحوه مونتاژ شدن قطعات THD به شکل زیر است:
- قطعه از یک طرف روی برد قرار داده می شود.
- پایه های قطعه از طرف دیگر حرارت داده می شود. این حرارت دادن باید به شکلی باشد تا هم پایه قطعه گرم شود و هم پد تعبیه شده روی برد گرم شود.
- سیم قلع مناسب را به محل پد گرم شده نزدیک می کنیم تا ذوب شده و دور تا دور پایه قطعه و داخل سوراخ پد را فرا بگیرد.
- سپس سیم قلع را برداشته چند ثانیه بعد پس از اینکه قلع مذاب کامل سوراخ پد را پر کرد گرما را از روی پایه بر میداریم.
مونتاژ اتوماتیک قطعات SMD
- مرحله اول: میکس قلع
یک ساعت قبل از استفاده از خمیر قلع باید آن را از یخچال خارج کنیم. سپس قوطی قلع را در دستگاه میکسر قرار می دهیم. در میکسر قلع با حرکت چرخشی که در دو جهت انجام می پذیرد قلع و مایع فلکس موجود در آن به خوبی با هم مخلوط می شود. پخش یکنواخت مایع فلکس در خمیر قلع بسیار مهم است.
- مرحله دوم: پرینت خمیر قلع بر روی PCB
بعد از تنظیم کردن دستگاه پرینتر قلع مقداری از خمیر قلع آماده شده را روی استنسیل ریخته و دستگاه به صورت اتوماتیک استنسیل را روی PCB قرار می دهد و با فشار مشخص، تیغه های پرینتر، قلع را روی برد قرار می دهد. چون فشار تیغه ها ثابت است اندازه لایه قرار داده شده بر روی PCB یکنواخت خواهد بود.
- مرحله سوم: قطعه گذاری
این قسمت توسط دستگاه Pick & Place انجام می شود. در این مرحله فایل مربوط به مختصات قطعات از روی فایل PCB استخراج شده و روی دستگاه Pick &Place بارگذاری می شود.
- مرحله چهارم: Reflow Oven
پس از قطعه گذاری نوبت به پخت در دستگاه Reflow Oven می رسد. در این مرحله منحنی دمایی قلع و منحنی Soldering قطعات نصب شده روی برد بررسی شده و یک منحنی کاری برای دستگاه مشخص می شود و پس از رسیدن دستگاه به دمای مورد نظر اجازه ورود PCB به Oven داده می شود، بعد از گذر کردن برد از مناطق دمایی مختلف دستگاه در منطقه انتهایی عمل سرد شدن اتفاق می افتد و برد از دستگاه خارج خواهد شد.
پس از این مرحله برد ها بدون دخالت دست درون پالت های تعبیه شده توسط دستگاه Unloader جمع آوری می شوند.
- مرحله پنجم: AOI (automated optical inspection)
در این مرحله نظارت نهایی بر روی برد ها توسط دستگاه AOI صورت گرفته و یک گزارش برای هر برد صادر می شود که در این گزارش مشکلات مونتاژی برد مشخص می شود و در صورت وجود این مشکلات یک تگ قرمز رنگ بر روی قطعه معیوب زده می شود که توسط reworker اصلاح خواهد شد.
- مرحله ششم: شستشو و بسته بندی
در این مرحله برد ها اگر نیاز به شستشو داشته باشند با محلول های مجاز که خاصیت خورندگی نداشته باشند با دستگاه Ultrasonic شسته شده و خشک خواهد شد و سپس پس از بازبینی نهایی توسط اپراتور با دستکش های آنتی استاتیک با نایلون های آنتی استاتیک بسته بندی خواهد شد.
بیشتر بخوانید: مونتاژ برد smd
جهت سفارش واردات قطعات الکترونیک با شرکت رویال صنعت سامانه تماس بگیرید.
شستشوی برد الکترونیکی
برد های الکترونیکی به چند دلیل باید شسته شوند. ابتدا پس از مونتاژ برد الکترونیکی به دلیل ماندن مایه فلاکس و ذرات یونی بر روی برد باید برد الکترونیکی را شستشو دهیم. از طرف دیگر با گذشت زمان و به دلیل واکنش هایی که بین فلزات موجود در برد الکترونیکی و عوامل محیطی رخ می دهد لازم است تا برای جلو گیری از اختلالات و افت سرعت و کیفیت، برد الکترونیکی را شستشو دهیم.
ابتدا باید ذرات بزرگتر مانند گرد و غبار را از روی برد برداریم. برای این کار چند روش وجود دارد. شما می توانید با استفاده از اسپری هوای فشرده گرد و خاک و آلودگی های خشک را از سطح مدار پاک کنیم.برای سطوح در دسترس میتوانیم با استفاده از مسواک یا برس این ذرات را از سطح برد الکترونیکی برداریم. بعد از این مرحله باید ذرات کوچکتر که به سطح برد چسبیده اند را با محلول های خاص که خورندگی ندارند، پاک کنیم.
بیشتر بخوانید: آموزش تعمیرات برد الکترونیکی
- تمیز کردن برد الکترونیکی با الکل
یکی از پر کاربرد ترین محلول ها برای این کار الکل ایزو پروپیل است. نقطه جوش ایزوپروپیل پایین است و به سرعت تبخیر می شود.
جوش شیرین برای از بین بردن رسوبات حاصل از واکنش با عوامل محیطی به کار می رود.جوش شیرین را به نسبت ۱ به ۳ با آب مخلوط میکنیم و به نواحی مورد نظر بمالید. صبر کنید تا خشک شود و پس از آن برد را با آب مقطر تمییز شستشو دهید.
- شستشوی برد الکترونیکی با تینر
از تینر نیز می‌توان برای تمیز کردن برد الکترونیکی استفاده کرد. تینر نوعی حلال تمیز کننده است که سرعت تبخیر بالایی دارد. سطح برد الکترونیکی را به تینر آغشته کرده و پیش از آنکه خشک شود با برس یا مسواک شروع به تمیز کردن سطح کنید. در پایان با یک پارچه‌ی نخی بدون پرز آن را تمیز کنید.
یکی دیگر از محلول های تمییز کننده برد الکترونیکی مایع آسران P-800 (درب سفید) است. یک از سریع ترین روش های شستشوی برد الکترونیکی استفاده از دستگاه حمام التراسونیک است. این دستگاه با ایجاد لرزش و موج باعث می شود تا محلول به کل سطح برد و کوچکترین فضا های موجود نفوذ کند و در سریع ترین زمان برد را شستشو دهد. محلول های مورد استفاده دستگاه التراسونیک انواع مختلفی دارند اما برای شستشوی برد الکترونیکی باید از محلول های قلیایی استفاده کنیم.
بیشتر بخوانید: شستشوی برد الکترونیکی
کنترل کیفیت و عیب یابی مدارات الکترونیکی
اولین مرحله در QC و عیب یابی مدارات الکترونیکی هنگام مونتاژ قطعات بر روی PCB انجام می گیرد هنگامی که هر کدام از قطعات روی فایل یا نقشه را بررسی کرده و روی برد مونتاژ می کنیم، اولین مرحله چک کردن اتفاق می افتد. بعد از مرحله مونتاژ، چک چشمی را داریم که هدف از آن اطمینان از اتصال کامل قطعات به برد الکترونیکی و عدم قلع سردی یا عدم اتصال است.
بعد از چک چشمی در صورت وجود سیستم AOI (Automated Optical Inspection) می توانیم برد الکترونیکی را از لحاظ مونتاژی بطور کامل بررسی کنیم. با توجه به پارامتر هایی که بر روی این سیستم تنظیم می شود ۸۰ درصد اشتباهات و مشکلات موجود در برد قابل شناسایی است.
بعد از این مرحله تست گرم را خواهیم داشت. اولین مرحله تست گرم ، تست اهمی مسیرهای موجود است.تست اهمی بین تغذیه مثبت و منفی برد می تواند یک پارامتر مهم برای صحت عملکرد برد باشد. اگر اهم بین مثبت و منفی برد در حد مگا اهم باشد یعنی اتصالی بین این دو مسیر نیست . وجود اهم پایین در این مسیر احتمال اتصالی و از بین رفتن طبقه تغذیه برد را افزایش می دهد.
پس از تست اهمی مسیر تغذیه مسیر های دیگر مهم مدار مانند طبقه خروجی و طبقه ورودی را هم تست اهمی انجام می دهیم. بعد از اینکه از لحاظ اهمی مشکلی در مدار ندیدیم مجاز به وصل کردن تغذیه مدار هستیم. با توجه به اینکه چه مقدار جریان کشی خواهیم داشت مقدار جریان را محدود می کنیم و تغذیه مدار را وصل می کنیم. اگر از مقدار تعیین شده جریان بیشتری مدار بکشد بلافاصله تغذیه را قطع کرده و به دنبال مشکل می گردیم اما اگر مقدار مقدار جریان کشی مشکلی نداشت سراغ طبقه پردازنده و طبقه خروجی خواهیم رفت.
در انتهای کنترل کیفیت برد الکترونیکی و تست گرم بعد از اینکه صحت عملکرد کل مدار مورد تایید قرار گرفت ورودی ها را به مدار اعمال می کنیم و خروجی ها را می سنجیم. این مرحله آخرین مرحله تست گرم و عملکردی برد الکترونیکی می باشد. بعد از این مرحله پوشش دهی (coating) برد را خواهیم داشت که با انواع پوشش های Anti-dust یا Anti-static یا ضد رطوبت پوشش دهی می شوند.باردیگر تست عملکردی خواهیم گرفت ،سپس در پوششهای از قبل تعیین شده بسته بندی می کنیم.
سوالات متداول
پس از مونتاژ به دلیل ماندن مایه فلاکس و ذرات یونی بر روی برد و با گذشت زمان و به دلیل واکنش هایی که بین فلزات موجود در برد الکترونیکی رخ می دهد لازم است تا برای جلو گیری از اختلالات و افت سرعت و کیفیت، برد الکترونیکی را شستشو دهیم.
مرحله اول: میکس قلع
مرحله دوم: پرینت خمیر قلع بر روی PCB
مرحله سوم: قطعه گذاری
مرحله چهارم: Reflow Oven
مرحله پنجم: AOI (automated optical inspection)
مرحله ششم: شستشو و بسته بندی
واردات قطعات الکترونیکی، واردات بردهای الکترونیکی PCB، مهندسی معکوس بردهای الکترونیکی، مهندسي معكوس قطعات و مكانيزم های مكانيكی جزئی از خدمات این شرکت می باشد.