1. مقدمة لتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور
ومع تزايد المنافسة في السوق بين منتجات الاتصالات والمنتجات الإلكترونية، فإن دورة حياة المنتجات تقصر. يلعب تحديث المنتجات الأصلية وسرعة إصدار المنتجات الجديدة دورًا حاسمًا بشكل متزايد في بقاء المؤسسة وتطويرها. في مجال التصنيع، أصبحت كيفية الحصول على منتجات جديدة ذات قابلية تصنيع أعلى وجودة تصنيع مع فترة زمنية أقل في الإنتاج هي القدرة التنافسية التي يسعى إليها أصحاب الرؤية بشكل متزايد.
في صناعة المنتجات الإلكترونية، مع تصغير المنتجات وتعقيدها، أصبحت كثافة تجميع لوحات الدوائر أعلى فأعلى. وبناء على ذلك، فإن الجيل الجديد من عملية تجميع SMT والذي تم استخدامه على نطاق واسع يتطلب من المصممين أن يأخذوا في الاعتبار قابلية التصنيع في البداية. بمجرد أن يكون ضعف قابلية التصنيع ناتجًا عن سوء الاعتبار في التصميم، فلا بد من تعديل التصميم، الأمر الذي سيؤدي حتماً إلى إطالة وقت تقديم المنتج وزيادة تكلفة التقديم. حتى لو تم تغيير تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور قليلاً، فإن تكلفة إعادة صنع اللوحة المطبوعة ولوحة شاشة طباعة عجينة اللحام SMT تصل إلى آلاف أو حتى عشرات الآلاف من اليوانات، وتحتاج الدائرة التناظرية إلى إعادة تصحيح الأخطاء. قد يؤدي تأخير وقت الاستيراد إلى تفويت الفرصة على الشركة في السوق وتكون في وضع غير مؤاتٍ للغاية من الناحية الاستراتيجية. لكن إذا تم تصنيع المنتج دون تعديل، فإنه حتما سيكون به عيوب تصنيعية أو زيادة في تكاليف التصنيع، مما سيكون أكثر تكلفة. لذلك، عندما تصمم الشركات منتجات جديدة، كلما تم أخذ قابلية التصنيع للتصميم في الاعتبار مبكرًا، كلما كان ذلك أكثر ملاءمة للإدخال الفعال للمنتجات الجديدة.
2. المحتويات التي يجب مراعاتها عند تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور
تنقسم قابلية تصنيع تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى فئتين، إحداهما هي تكنولوجيا معالجة إنتاج لوحات الدوائر المطبوعة؛ ويشير الثاني إلى دائرة وهيكل المكونات ولوحات الدوائر المطبوعة لعملية التركيب. بالنسبة لتكنولوجيا معالجة إنتاج لوحات الدوائر المطبوعة، فإن الشركات المصنعة العامة لثنائي الفينيل متعدد الكلور، نظرًا لتأثير قدرتها التصنيعية، ستزود المصممين بمتطلبات مفصلة للغاية، وهو أمر جيد نسبيًا في الممارسة العملية. لكن بحسب فهم المؤلف، فإن الواقع العملي الذي لم يحظ بالاهتمام الكافي، هو النوع الثاني، وهو التصميم القابل للتصنيع للتجميع الإلكتروني. تركز هذه الورقة أيضًا على وصف مشكلات قابلية التصنيع التي يجب على المصممين مراعاتها في مرحلة تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
يتطلب تصميم قابلية التصنيع للتجميع الإلكتروني من مصممي ثنائي الفينيل متعدد الكلور أن يأخذوا في الاعتبار ما يلي في بداية تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور:
2.1 الاختيار المناسب لوضع التجميع وتخطيط المكونات في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور
يعد اختيار وضع التجميع وتخطيط المكونات جانبًا مهمًا جدًا في قابلية تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور، والذي له تأثير كبير على كفاءة التجميع والتكلفة وجودة المنتج. في الواقع، كان المؤلف على اتصال بعدد كبير جدًا من ثنائي الفينيل متعدد الكلور، ولا يزال هناك نقص في الاعتبار لبعض المبادئ الأساسية للغاية.
(1) حدد طريقة التجميع المناسبة
بشكل عام، وفقًا لكثافات التجميع المختلفة لثنائي الفينيل متعدد الكلور، يوصى باستخدام طرق التجميع التالية:
طريقة التجميع | تخطيطي | عملية الجمعية العامة |
1 SMD كامل من جانب واحد |
| معجون لحام مطبوع بلوحة واحدة، لحام بإعادة التدفق بعد وضعه |
2 SMD كامل على الوجهين |
| أ. معجون لحام مطبوع على الجانب B، لحام بإعادة التدفق SMD أو كلمات صلبة لاصقة على الجانب B (مطبوعة) بعد أن تكون ذروة اللحام |
3 التجميع الأصلي من جانب واحد |
| معجون لحام مطبوع، لحام بإعادة التدفق بعد وضع SMD لحام الموجة المستقبلية الضعيفة للمكونات المثقبة |
4 مكونات مختلطة على الجانب A SMD بسيط فقط على الجانب B |
| معجون لحام مطبوع على الجانب A، لحام بإعادة تدفق SMD؛ بعد التنقيط (الطباعة) وتثبيت الغراء SMD على الجانب B، وتركيب المكونات المثقبة، واللحام الموجي THD وSMD على الجانب B |
5 أدخل على الجانب A SMD بسيط على الجانب B فقط |
| بعد معالجة SMD بمادة لاصقة موضعية (مطبوعة) على الجانب B، يتم تركيب المكونات المثقبة ولحام الموجة إلى THD وSMD على الجانب B |
كمهندس تصميم دوائر، يجب أن يكون لدي فهم صحيح لعملية تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور، حتى أتمكن من تجنب ارتكاب بعض الأخطاء من حيث المبدأ. عند اختيار وضع التجميع، بالإضافة إلى مراعاة كثافة تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور وصعوبة توصيل الأسلاك، من الضروري مراعاة تدفق العملية النموذجي لوضع التجميع هذا ومستوى معدات المعالجة الخاصة بالمؤسسة نفسها. إذا لم يكن لدى الشركة عملية لحام موجة جيدة، فإن اختيار طريقة التجميع الخامسة في الجدول أعلاه قد يجلب لك الكثير من المتاعب. ومن الجدير بالذكر أيضًا أنه إذا تم التخطيط لعملية اللحام الموجي لسطح اللحام، فيجب تجنب تعقيد العملية عن طريق وضع عدد قليل من SMDS على سطح اللحام.
(2) تخطيط المكون
تخطيط مكونات PCB له تأثير مهم جدًا على كفاءة الإنتاج والتكلفة وهو مؤشر مهم لقياس تصميم PCB لقابلية الاتصال. بشكل عام، يتم ترتيب المكونات بشكل متساو ومنتظم ومرتب قدر الإمكان، ويتم ترتيبها في نفس الاتجاه وتوزيع القطبية. الترتيب المنتظم مناسب للفحص ويساعد على تحسين سرعة التصحيح/المكونات الإضافية، والتوزيع الموحد يفضي إلى تبديد الحرارة وتحسين عملية اللحام. من ناحية أخرى، من أجل تبسيط العملية، يجب على مصممي ثنائي الفينيل متعدد الكلور أن يدركوا دائمًا أنه يمكن استخدام عملية لحام جماعية واحدة فقط من لحام إعادة التدفق واللحام الموجي على جانبي ثنائي الفينيل متعدد الكلور. هذا جدير بالملاحظة بشكل خاص في كثافة التجميع، حيث يجب توزيع سطح لحام ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع المزيد من مكونات التصحيح. يجب على المصمم أن يأخذ في الاعتبار عملية اللحام الجماعية التي سيتم استخدامها للمكونات المثبتة على سطح اللحام. على نحو مفضل، يمكن استخدام عملية اللحام الموجي بعد معالجة التصحيح لحام دبابيس الأجهزة المثقبة على سطح المكون في نفس الوقت. ومع ذلك، فإن مكونات تصحيح اللحام الموجي لها قيود صارمة نسبيًا، فقط 0603 وما فوق مقاومة رقاقة الحجم، SOT، SOIC (تباعد الدبوس ≥1 مم وارتفاع أقل من 2.0 مم). بالنسبة للمكونات الموزعة على سطح اللحام، يجب أن يكون اتجاه المسامير متعامدًا مع اتجاه نقل ثنائي الفينيل متعدد الكلور أثناء لحام قمة الموجة، وذلك لضمان أن أطراف اللحام أو الخيوط على جانبي المكونات مغمورة في اللحام في نفس الوقت. يجب أيضًا أن يفي ترتيب الترتيب والتباعد بين المكونات المتجاورة بمتطلبات لحام قمة الموجة لتجنب "تأثير التدريع"، كما هو موضح في الشكل. 1. عند استخدام اللحام الموجي SOIC والمكونات الأخرى متعددة الأطراف، يجب ضبطه في اتجاه تدفق القصدير عند قدمي لحام (كل جانب 1)، لمنع اللحام المستمر.
يجب ترتيب المكونات من نفس النوع في نفس الاتجاه على اللوحة، مما يسهل تركيب المكونات وفحصها ولحامها. على سبيل المثال، وجود الأطراف السالبة لجميع المكثفات الشعاعية التي تواجه الجانب الأيمن من اللوحة، مع وجود جميع شقوق DIP في نفس الاتجاه، وما إلى ذلك، يمكن أن يؤدي إلى تسريع الأجهزة وتسهيل العثور على الأخطاء. كما هو موضح في الشكل 2، نظرًا لأن اللوحة A تعتمد هذه الطريقة، فمن السهل العثور على المكثف العكسي، بينما تستغرق اللوحة B المزيد من الوقت للعثور عليه. في الواقع، يمكن للشركة توحيد اتجاه جميع مكونات لوحة الدائرة التي تصنعها. قد لا تسمح بعض تخطيطات اللوحة بذلك بالضرورة، ولكن يجب أن يكون ذلك مجهودًا.
ما هي قضايا التصنيع التي ينبغي مراعاتها في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور
أيضًا، يجب تأريض أنواع المكونات المتشابهة معًا قدر الإمكان، مع وضع جميع أقدام المكونات في نفس الاتجاه، كما هو موضح في الشكل 3.
ومع ذلك، واجه المؤلف بالفعل عددًا لا بأس به من PCBS، حيث تكون كثافة التجميع عالية جدًا، ويجب أيضًا توزيع سطح اللحام لثنائي الفينيل متعدد الكلور بمكونات عالية مثل مكثف التنتالوم ومحاثة التصحيح، بالإضافة إلى SOIC وTSOP ذي المسافات الرفيعة. في هذه الحالة، من الممكن فقط استخدام رقعة معجون اللحام المطبوعة على الوجهين للحام بالتدفق العكسي، ويجب تركيز المكونات الإضافية قدر الإمكان في توزيع المكونات للتكيف مع اللحام اليدوي. الاحتمال الآخر هو أن العناصر المثقبة على وجه المكون يجب أن يتم توزيعها قدر الإمكان في عدد قليل من الخطوط المستقيمة الرئيسية لاستيعاب عملية اللحام الموجي الانتقائي، والتي يمكن تجنب اللحام اليدوي وتحسين الكفاءة، وضمان جودة اللحام. يعد توزيع وصلات اللحام المنفصلة من المحرمات الرئيسية في اللحام الموجي الانتقائي، مما سيضاعف وقت المعالجة.
عند ضبط موضع المكونات في ملف اللوحة المطبوعة، من الضروري الانتباه إلى المراسلات الفردية بين المكونات ورموز الشاشة الحريرية. إذا تم نقل المكونات دون تحريك رموز الشاشة الحريرية المقابلة بجوار المكونات، فسيصبح ذلك خطرًا كبيرًا على الجودة في التصنيع، لأنه في الإنتاج الفعلي، تكون رموز الشاشة الحريرية هي لغة الصناعة التي يمكن أن توجه الإنتاج.
2.2 يجب أن يكون PCB مزودًا بحواف تثبيت وعلامات تحديد المواقع وفتحات تحديد موضع العملية اللازمة للإنتاج التلقائي.
في الوقت الحاضر، يعد التركيب الإلكتروني أحد الصناعات التي تتمتع بدرجة من الأتمتة، ومعدات الأتمتة المستخدمة في الإنتاج تتطلب ناقل حركة أوتوماتيكي لثنائي الفينيل متعدد الكلور، بحيث يكون اتجاه نقل ثنائي الفينيل متعدد الكلور (عموما للاتجاه الجانبي الطويل)، العلوي والسفلي لكل منهما حافة تثبيت بعرض 3-5 مم على الأقل، من أجل تسهيل النقل التلقائي، وتجنب بالقرب من حافة اللوحة بسبب عدم القدرة على التثبيت تلقائيًا.
يتمثل دور علامات تحديد المواقع في أن ثنائي الفينيل متعدد الكلور يحتاج إلى توفير اثنتين أو ثلاث علامات تحديد موضع على الأقل لنظام التعريف البصري لتحديد موقع ثنائي الفينيل متعدد الكلور بدقة وتصحيح أخطاء تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور لمعدات التجميع التي تستخدم على نطاق واسع في تحديد المواقع البصرية. من بين علامات تحديد المواقع شائعة الاستخدام، يجب توزيع اثنتين منها على قطر لوحة PCB. يستخدم تحديد علامات تحديد المواقع بشكل عام رسومات قياسية مثل لوحة مستديرة صلبة. لتسهيل التعرف، يجب أن تكون هناك منطقة فارغة حول العلامات دون ميزات أو علامات دائرة أخرى، ويجب ألا يقل حجمها عن قطر العلامات (كما هو موضح في الشكل 4)، ويجب أن تكون المسافة بين العلامات وحافة اللوحة أكثر من 5 مم.
في تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور نفسه، وكذلك في عملية تجميع المكونات الإضافية شبه الأوتوماتيكية، واختبار تكنولوجيا المعلومات والاتصالات وغيرها من العمليات، يحتاج ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى توفير فتحتين أو ثلاث فتحات لتحديد المواقع في الزوايا.
2.3 الاستخدام الرشيد للألواح لتحسين كفاءة الإنتاج والمرونة
عند تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور بأحجام صغيرة أو أشكال غير منتظمة، فإنه سيخضع للعديد من القيود، لذلك يتم اعتماده بشكل عام لتجميع العديد من ثنائي الفينيل متعدد الكلور الصغير في ثنائي الفينيل متعدد الكلور بالحجم المناسب، كما هو موضح في الشكل 5. بشكل عام، يمكن اعتبار ثنائي الفينيل متعدد الكلور بحجم جانب واحد أقل من 150 مم يتبنى طريقة الربط. بواسطة اثنين، ثلاثة، أربعة، وما إلى ذلك، يمكن ربط حجم ثنائي الفينيل متعدد الكلور الكبير إلى نطاق المعالجة المناسب. بشكل عام، يعد ثنائي الفينيل متعدد الكلور بعرض 150 مم ~ 250 مم وطول 250 مم ~ 350 مم هو الحجم الأكثر ملاءمة في التجميع التلقائي.
هناك طريقة أخرى للوحة وهي ترتيب ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع SMD على جانبي التهجئة الإيجابية والسلبية في لوحة كبيرة، تُعرف هذه اللوحة عمومًا باسم Yin وYang، بشكل عام للنظر في توفير تكلفة لوحة الشاشة، أي أنه من خلال هذه اللوحة، تحتاج في الأصل إلى وجهين من لوحة الشاشة، والآن تحتاج فقط إلى فتح لوحة الشاشة. بالإضافة إلى ذلك، عندما يقوم الفنيون بإعداد برنامج التشغيل لآلة SMT، تكون كفاءة برمجة PCB لـ Yin وYang أعلى أيضًا.
عندما يتم تقسيم اللوحة، يمكن إجراء الاتصال بين الألواح الفرعية من خلال أخاديد مزدوجة الوجه على شكل حرف V، وفتحات طويلة وفتحات دائرية، وما إلى ذلك، ولكن يجب مراعاة التصميم قدر الإمكان لجعل خط الفصل في خط مستقيم، من أجل تسهيل اللوحة، ولكن ضع في اعتبارك أيضًا أن جانب الفصل لا يمكن أن يكون قريبًا جدًا من خط PCB بحيث يكون من السهل إتلاف PCB عند اللوحة.
هناك أيضًا لوحة اقتصادية للغاية ولا تشير إلى لوحة PCB، ولكن إلى شبكة لوحة الرسم الشبكية. مع تطبيق مطبعة عجينة اللحام الأوتوماتيكية، سمحت مطبعة الطباعة الحالية الأكثر تقدمًا (مثل DEK265) بحجم شبكة فولاذية 790 × 790 مم، وإعداد نمط شبكة PCB متعدد الجوانب، ويمكن تحقيق قطعة من شبكة الصلب لطباعة منتجات متعددة، وهي ممارسة موفرة للتكلفة للغاية، ومناسبة بشكل خاص لخصائص المنتج للدفعة الصغيرة ومجموعة متنوعة من الشركات المصنعة.
2.4 اعتبارات التصميم القابل للاختبار
تصميم قابلية الاختبار لـ SMT مخصص بشكل أساسي للوضع الحالي لمعدات تكنولوجيا المعلومات والاتصالات. يتم أخذ مشكلات الاختبار الخاصة بالتصنيع في مرحلة ما بعد الإنتاج في الاعتبار في تصميمات الدوائر وثنائي الفينيل متعدد الكلور المثبتة على السطح. لتحسين تصميم قابلية الاختبار، ينبغي النظر في متطلبين لتصميم العملية والتصميم الكهربائي.
2.4.1 متطلبات تصميم العملية
دقة تحديد المواقع وإجراءات تصنيع الركيزة وحجم الركيزة ونوع المسبار كلها عوامل تؤثر على موثوقية المسبار.
(1) فتحة تحديد المواقع. يجب أن يكون الخطأ في وضع الثقوب على الركيزة في حدود ±0.05 مم. قم بتعيين فتحتين لتحديد المواقع على الأقل بعيدًا قدر الإمكان. إن استخدام فتحات تحديد المواقع غير المعدنية لتقليل سمك طلاء اللحام لا يمكن أن يلبي متطلبات التسامح. إذا تم تصنيع الركيزة ككل ثم تم اختبارها بشكل منفصل، فيجب وضع فتحات تحديد الموضع على اللوحة الأم وكل ركيزة على حدة.
(2) لا يقل قطر نقطة الاختبار عن 0.4 مم، والمسافة بين نقاط الاختبار المجاورة تزيد عن 2.54 مم، ولا تقل عن 1.27 مم.
(3) لا ينبغي وضع المكونات التي يزيد ارتفاعها عن * مم على سطح الاختبار، مما سيؤدي إلى ضعف الاتصال بين مسبار أداة الاختبار عبر الإنترنت ونقطة الاختبار.
(4) ضع نقطة الاختبار على بعد 1.0 مم من المكون لتجنب تلف التأثير بين المسبار والمكون. يجب ألا يكون هناك أي مكونات أو نقاط اختبار ضمن 3.2 ملم من حلقة فتحة تحديد المواقع.
(5) لا يجوز ضبط نقطة الاختبار على مسافة 5 مم من حافة ثنائي الفينيل متعدد الكلور، والتي تستخدم لضمان تثبيت التثبيت. عادة ما تكون نفس حافة العملية مطلوبة في معدات إنتاج الحزام الناقل ومعدات SMT.
(6) يجب أن تكون جميع نقاط الكشف معلبة أو مواد معدنية موصلة ذات ملمس ناعم وسهل الاختراق ويجب اختيار عدم الأكسدة لضمان اتصال موثوق به وإطالة عمر خدمة المسبار.
(7) لا يمكن تغطية نقطة الاختبار بمقاومة اللحام أو حبر النص، وإلا فإن ذلك سيقلل من منطقة الاتصال بنقطة الاختبار، ويقلل من موثوقية الاختبار.
2.4.2 متطلبات التصميم الكهربائي
(1) يجب توجيه نقطة اختبار SMC/SMD لسطح المكون إلى سطح اللحام من خلال الفتحة إلى أقصى حد ممكن، ويجب أن يكون قطر الثقب أكبر من 1 مم. بهذه الطريقة، يمكن استخدام أسرة إبرة أحادية الجانب للاختبار عبر الإنترنت، وبالتالي تقليل تكلفة الاختبار عبر الإنترنت.
(2) يجب أن يكون لكل عقدة كهربائية نقطة اختبار، ويجب أن يكون لكل IC نقطة اختبار للطاقة والأرض، وأقرب ما يمكن من هذا المكون، في نطاق 2.54 مم من IC.
(3) يمكن توسيع عرض نقطة الاختبار إلى 40 مل عندما يتم ضبطها على توجيه الدائرة.
(4) قم بتوزيع نقاط الاختبار بالتساوي على اللوحة المطبوعة. إذا تم تركيز المسبار في منطقة معينة، فإن الضغط العالي سوف يشوه اللوحة أو طبقة الإبرة قيد الاختبار، مما يمنع أيضًا جزءًا من المسبار من الوصول إلى نقطة الاختبار.
(5) يجب تقسيم خط إمداد الطاقة الموجود على لوحة الدائرة إلى مناطق لتعيين نقطة توقف الاختبار بحيث عندما يظهر مكثف فصل الطاقة أو المكونات الأخرى الموجودة على لوحة الدائرة دائرة كهربائية قصيرة لمصدر الطاقة، يمكنك العثور على نقطة الخلل بسرعة أكبر ودقة. عند تصميم نقاط التوقف، ينبغي النظر في القدرة على حمل الطاقة بعد استئناف نقطة توقف الاختبار.
ويبين الشكل 6 مثالاً لتصميم نقطة الاختبار. يتم وضع لوحة الاختبار بالقرب من مقدمة المكون بواسطة سلك التمديد أو يتم استخدام عقدة الاختبار بواسطة اللوحة المثقبة. يُمنع منعًا باتًا تحديد عقدة الاختبار على وصلة اللحام الخاصة بالمكون. هذا الاختبار قد يجعل وصلة اللحام الافتراضية تنبثق إلى الوضع المثالي تحت ضغط المسبار، بحيث يتم تغطية خطأ اللحام الافتراضي ويحدث ما يسمى "تأثير إخفاء الخطأ". قد يعمل المسبار بشكل مباشر على نقطة النهاية أو دبوس المكون بسبب انحياز المسبار الناتج عن خطأ تحديد الموقع، مما قد يتسبب في تلف المكون.
ما هي قضايا التصنيع التي ينبغي مراعاتها في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور؟
3. الملاحظات الختامية على تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور
ما ورد أعلاه هو بعض المبادئ الأساسية التي ينبغي مراعاتها في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور. في تصميم تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور الموجه إلى التجميع الإلكتروني، هناك الكثير من التفاصيل، مثل الترتيب المعقول لمساحة المطابقة مع الأجزاء الهيكلية، والتوزيع المعقول لرسومات الشاشة الحريرية والنصوص، والتوزيع المناسب لموقع جهاز التسخين الثقيل أو الكبير، في مرحلة تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور، من الضروري إعداد نقطة الاختبار ومساحة الاختبار في الموضع المناسب، والنظر في التداخل بين القالب والمكونات الموزعة القريبة عندما يتم تثبيت أدوات التوصيل بواسطة عملية التثبيت بالسحب والضغط. مصمم ثنائي الفينيل متعدد الكلور، لا يأخذ بعين الاعتبار كيفية الحصول على أداء كهربائي جيد وتصميم جميل فحسب، بل أيضًا نقطة لا تقل أهمية وهي قابلية التصنيع في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور، من أجل تحقيق الجودة العالية والكفاءة العالية والتكلفة المنخفضة.
