تخطيط التجميع المختلط هو التنسيق الاستراتيجي لعمليات التصنيع لتجميعات لوحات الدوائر المطبوعة (PCBA) التي تحتوي على مكونات بتقنية التثبيت السطحي (SMT) وتقنية الثقب النافذ (THT) على حد سواء. على عكس اللوحات ذات التقنية الواحدة، تتطلب التقنية المختلطة تسلسلاً دقيقًا لمنع التلف الحراري، وضمان موثوقية وصلات اللحام، واستيعاب التجهيزات المادية مثل منصات اللحام بالموجة. يجب على المهندسين تحديد مناطق الحظر، وتوجيه المكونات، والملفات الحرارية في وقت مبكر من مرحلة التصميم لتجنب إعادة العمل المكلفة.
في APTPCB (مصنع APTPCB للوحات الدوائر المطبوعة)، نرى أن التجميع المختلط الناجح يعتمد بشكل كبير على التحقق من التصميم للتصنيع (DFM) قبل تجميع اللوحة الأولى. يوفر هذا الدليل المواصفات وقوائم المراجعة وخطوات استكشاف الأخطاء وإصلاحها اللازمة لتنفيذ استراتيجية تجميع مختلطة قوية.
إجابة سريعة حول تخطيط التجميع المختلط (30 ثانية)
إذا كنت تصمم لوحة تحتوي على مكونات SMT و THT، فاتبع هذه المبادئ الأساسية لضمان قابلية التصنيع:
- تسلسل العملية: التسلسل الهرمي القياسي هو الجانب العلوي SMT (إعادة التدفق) ← الجانب السفلي SMT (إعادة التدفق/الغراء) ← THT (لحام بالموجة، انتقائي، أو يدوي).
- مناطق الخلوص: حافظ على خلوص أدنى يتراوح من 3 مم إلى 5 مم حول وسادات THT إذا كنت تستخدم منصات لحام بالموجة للسماح لجدران التثبيت بالإغلاق بإحكام على لوحة الدوائر المطبوعة.
- توجيه المكونات: قم بمحاذاة المكونات السلبية SMT بشكل عمودي على اتجاه الموجة لتقليل جسور اللحام وتأثيرات الظل.
- التسلسل الهرمي الحراري: تأكد من أن مكونات THT يمكنها تحمل دورات الحرارة التراكمية إذا تم وضعها بالقرب من أجزاء SMT ذات الكتلة العالية.
- حدود الجانب الثانوي: تجنب وضع مكونات SMT الثقيلة أو الطويلة على الجانب الثانوي (السفلي) إذا كان هذا الجانب سيمر فوق حوض لحام بالموجة؛ فقد تسقط أو تتطلب درعًا معقدًا.
- التحقق: راجع دائمًا "تأثير الظل" حيث قد تحجب أجزاء THT الكبيرة موجة اللحام من الوصول إلى وسادات SMT الأصغر خلفها.
متى ينطبق تخطيط التجميع المختلط (ومتى لا ينطبق)
يساعد فهم متى يتم تفعيل سير عمل التجميع المختلط الكامل على تحسين التكلفة والوقت المستغرق.
متى يكون تخطيط التجميع المختلط حاسمًا:
- تطبيقات الطاقة العالية: التصميمات التي تتطلب موصلات ميكانيكية قوية أو مكثفات كبيرة متوفرة فقط في حزم THT.
- المكونات القديمة: المشاريع التي تستخدم دوائر متكاملة قديمة أو مستشعرات محددة ليس لها مكافئات للتركيب السطحي.
- نقاط الإجهاد الميكانيكي: منافذ الإدخال/الإخراج (USB، Ethernet، مقابس الطاقة) التي تتطلب القوة المادية للتثبيت عبر الفتحات.
- التعبئة على الوجهين: اللوحات ذات المكونات النشطة على الطبقتين العلوية والسفلية التي تتطلب لحامًا انتقائيًا أو تركيبات لحام بالموجة.
متى يكون تخطيط التجميع المختلط غير ضروري (أو يجب تجنبه):
- تصميمات SMT النقية: إذا كانت جميع المكونات تحتوي على بدائل SMT، فالتزم بعملية إعادة تدفق واحدة لتقليل التكلفة ومعدلات العيوب.
- النماذج الأولية ذات الحجم المنخفض: بالنسبة لأقل من 10 لوحات، غالبًا ما يكون اللحام اليدوي لمكونات THT أكثر فعالية من حيث التكلفة من تصميم منصات لحام موجي معقدة.
- المكونات الحساسة للحرارة: إذا كانت اللوحة تحتوي على أجزاء لا يمكنها تحمل درجات حرارة اللحام الموجي، فقد تكون العملية المختلطة محفوفة بالمخاطر؛ يُفضل اللحام اليدوي أو الانتقائي.
- الكثافة العالية جدًا: إذا كانت اللوحة تفتقر إلى الخلوص المطلوب من 3-5 مم لمنصات اللحام الموجي، فإن التصميم يفرض التحول إلى اللحام الانتقائي أو العمل اليدوي، مما يغير نطاق التخطيط.
قواعد ومواصفات تخطيط التجميع المختلط (المعلمات والحدود الرئيسية)
يوضح الجدول التالي قواعد التصميم الهامة للوحات ذات التقنية المختلطة. الالتزام بهذه القيم يمنع فشل التصنيع الشائع.
| القاعدة | القيمة/النطاق الموصى به | لماذا يهم | كيفية التحقق | إذا تم تجاهله |
|---|---|---|---|---|
| خلوص منصة اللحام الموجي | > 3.0 مم (يُفضل 5.0 مم) | يسمح لجدران التثبيت بإغلاق الجزء السفلي من لوحة الدوائر المطبوعة دون الاصطدام بمكونات SMT. | فحص المسافة في CAD | تتعرض مكونات SMT القريبة من وسادات THT للسحق أو الغمر باللحام. |
| اتجاه مكونات SMT | عمودي على الموجة | يقلل من «التظليل» حيث يحجب جسم المكون تدفق اللحام. | الفحص البصري / DFM | وصلات مفتوحة أو لحام غير كافٍ على الوسادات الخلفية. |
| وسادات التشتيت | 1.5x إلى 2x حجم الوسادة | يسحب اللحام الزائد بعيدًا عن المسامير الأخيرة للموصل لمنع الجسور. | مراجعة Gerber | جسور لحام على الصف الأخير من المسامير في اللحام الموجي. |
| طول سلك THT | 1.5 مم - 2.0 مم (بعد القطع) | يمنع الأسلاك من الاصطدام بفوهة الموجة أو التسبب في دوائر قصيرة. | القياس الفيزيائي | دوائر قصيرة أو تلف الفوهة أثناء اللحام بالموجة. |
| حاجز قناع اللحام | > 0.1 مم (4 ميل) | يمنع جسور اللحام بين وسادات SMT و THT المتقاربة. | هندسة CAM | معدل جسور مرتفع يتطلب إعادة عمل يدوية. |
| سد الثقوب (مغطاة) | 100% تحت BGA/SMT | يمنع سرقة اللحام أو تسرب الفراغ أثناء التجميع. | رسم التصنيع | فراغات لحام أو وصلات ضعيفة على أجزاء SMT. |
| ارتفاع المكون (الأسفل) | < 5.0 مم (للموجة) | الأجزاء الطويلة في الأسفل تتداخل مع ارتفاع موجة اللحام. | فحص النموذج ثلاثي الأبعاد | المكونات تسحب في حوض اللحام؛ الأجزاء تسقط. |
| تخفيف حراري | اتصال بـ 4 أذرع | يضمن بقاء الحرارة عند الوصلة أثناء اللحام دون تبديدها في المستويات. | إعدادات التخطيط | وصلات لحام باردة؛ عدم القدرة على تسخين البرميل بالكامل. |
| علامات مرجعية | 3 لكل جانب (عالمي) | ضروري لمحاذاة الماكينة لكل من وضع SMT والإدخال التلقائي لـ THT. | الفحص البصري | مكونات غير محاذية؛ تحولات في الموضع. |
| قضبان حافة التجميع | > 5.0 مم عرض | يوفر قبضة للناقلات وأصابع اللحام بالموجة. | رسم اللوحة | سقوط اللوحة في الماكينة أو تشوهها بشكل كبير. |
خطوات تنفيذ تخطيط التجميع المختلط (نقاط فحص العملية)
يتطلب تنفيذ خط تجميع مختلط تسلسلاً صارمًا لحماية المكونات التي تمت معالجتها في المراحل المبكرة.
تجزئة وتحليل قائمة المواد (BOM)
- الإجراء: فصل قائمة المواد (BOM) إلى مجموعات SMT العلوية، SMT السفلية، و THT.
- المعلمة الرئيسية: تحديد الأجهزة الحساسة للرطوبة (MSD) وأجزاء THT الحساسة للحرارة.
- التحقق: التأكد من عدم تحديد أي جزء THT لدورة إعادة التدفق ما لم يكن متوافقًا مع "Pin-in-Paste".
التحقق من البصمة والتخطيط
- الإجراء: التحقق من أن بصمات THT تحتوي على حلقات حلقية وأحجام ثقوب كافية لاختراق الموجة.
- المعلمة الرئيسية: حجم الثقب = قطر السلك + 0.25 مم (+/- 0.05 مم).
- التحقق: إجراء فحص DFM لتخليص منصة الموجة حول مناطق THT.
تصميم التثبيت والمنصة
- الإجراء: تصميم وثيقة أو ملف CAD لـ مقدمة تثبيت لحام الموجة. يحمي هذا التثبيت أجزاء SMT السفلية بينما يعرض أسلاك THT للموجة.
- المعلمة الرئيسية: سمك الجدار لا يقل عن 1.5 مم؛ المادة عادة ما تكون Durostone أو حجر صناعي.
- التحقق: محاكاة ملاءمة المنصة لضمان عدم وجود تداخل مع مكونات SMT.
تجميع SMT (الجانب الأساسي والثانوي)
- الإجراء: تعبئة وإعادة تدفق مكونات SMT. إذا كانت مزدوجة الجانب، فإن المكونات الأثقل عادة ما توضع في التمريرة الأولى (الجانب العلوي).
- المعلمة الرئيسية: درجة حرارة الذروة لملف إعادة التدفق (عادة 245 درجة مئوية - 260 درجة مئوية).
- فحص: قم بإجراء فحص بصري آلي (AOI) للتحقق من وضع مكونات SMT قبل بدء مكونات THT.
إدخال المكونات ذات الثقوب (THT)
- الإجراء: أدخل مكونات THT يدويًا أو عبر آلات الإدخال الآلية.
- المعلمة الرئيسية: طول بروز السلك ومحاذاة القطبية.
- فحص: فحص بصري للتأكد من أن المكونات مثبتة بشكل متساوٍ على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB).
اللحام بالموجة أو اللحام الانتقائي
- الإجراء: تمرير اللوحة (في حاملها) عبر آلة اللحام بالموجة أو استخدام روبوت لحام انتقائي.
- المعلمة الرئيسية: درجة حرارة وعاء اللحام (255 درجة مئوية - 265 درجة مئوية) ووقت التوقف (2-4 ثوانٍ).
- فحص: تحقق من أن ملء الثقوب (الملء الرأسي) يفي بمعايير IPC الفئة 2 أو 3 (عادة 75% أو 100%).
التنظيف والفحص النهائي
- الإجراء: إزالة بقايا التدفق إذا تم استخدام تدفق قابل للذوبان في الماء؛ فحص وجود كرات اللحام.
- المعلمة الرئيسية: مستويات التلوث الأيوني.
- فحص: فحص بالأشعة السينية إذا كانت أجزاء THT تحجب وسادات SMT أو إذا تم استخدام تقنية Pin-in-Paste.
استكشاف أخطاء تخطيط التجميع المختلط وإصلاحها (أنماط الفشل والإصلاحات)
تُدخل خطوط التكنولوجيا المختلطة عيوبًا فريدة حيث تتفاعل العمليتان.
العرض: تخطي اللحام (التظليل)
- السبب: جسم مكون THT كبير أو جدار لوح سميك يمنع موجة اللحام من الوصول إلى وسادة.
- فحص: مراجعة اتجاه المكون بالنسبة لاتجاه الموجة.
- إصلاح: تدوير المكون 90 درجة أو زيادة المسافة بين العائق والوسادة.
- وقاية: استخدام أساسيات اللحام بالثقب لتصميم "وسادات السرقة" (thieving pads) أو ضبط اضطراب الموجة.
عرض: سقوط مكونات SMT من الجانب الثانوي
- السبب: اللحام المعاد تدفقه على مكونات SMT السفلية يعاد صهره أثناء عملية الموجة.
- فحص: تحقق مما إذا كانت لوح الموجة يغطي هذه المكونات SMT بالكامل.
- إصلاح: تطبيق لاصق (غراء أحمر) على مكونات SMT السفلية قبل اللحام بالموجة أو تحسين درع اللوح.
- وقاية: إبقاء مكونات SMT السفلية على بعد 5 مم على الأقل من فتحات THT.
عرض: وصلات لحام باردة على THT
- السبب: المستويات الأرضية الثقيلة تبدد الحرارة بشكل أسرع مما يمكن للموجة توفيره.
- فحص: فحص وصلات التخفيف الحراري في تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة.
- إصلاح: زيادة وقت البقاء أو درجة حرارة التسخين المسبق (بحذر، لتجنب إتلاف مكونات SMT).
- وقاية: استخدام أذرع حرارية (thermal spokes) على جميع دبابيس الأرضي في مرحلة التصميم.
عرض: انحناء لوحة الدوائر المطبوعة
- السبب: عدم تطابق حراري بين دورات إعادة التدفق المتعددة واللحام بالموجة.
- فحص: قياس الانحناء والالتواء وفقًا لمعايير IPC-610 (<0.75%).
- إصلاح: استخدام مادة لوح أكثر صلابة أو إضافة مقويات للوحة أثناء عملية الموجة.
- وقاية: موازنة توزيع النحاس على طبقات لوحة الدوائر المطبوعة.
عرض: جسور لحام على موصلات ذات خطوة دقيقة
- السبب: سحب الموجة يترك لحامًا زائدًا على الدبابيس الأخيرة.
- تحقق: ابحث عن "جسور اللحام" على الحافة الخلفية للموصل.
- إصلاح: أعد العمل يدويًا على الجسور باستخدام مكواة لحام وفتيل.
- الوقاية: أضف وسادات سارقة للحام (solder thieves) إلى البصمة؛ وجه الموصل بالتوازي مع الموجة.
كيفية اختيار تخطيط التجميع المختلط (قرارات التصميم والمقايضات)
يتضمن اتخاذ القرار بشأن استراتيجية التجميع المختلط المحددة الموازنة بين الحجم والتكلفة والتعقيد.
الخيار أ: اللحام بالموجة مع المنصات
- الأفضل لـ: الإنتاج بكميات متوسطة إلى عالية حيث يتم تجميع مكونات THT معًا.
- المقايضة: يتطلب منصات مخصصة باهظة الثمن (تجهيزات) وقواعد خلوص صارمة (3-5 مم) حول أجزاء THT.
- محفز القرار: إذا كان لديك >500 لوحة وكانت أجزاء THT مجمعة، فاختر هذا.
الخيار ب: اللحام الانتقائي
- الأفضل لـ: اللوحات عالية الكثافة حيث تكون أجزاء SMT قريبة جدًا من دبابيس THT بحيث لا يمكن استخدام منصة.
- المقايضة: وقت دورة أبطأ لكل لوحة مقارنة بالموجة؛ وقت برمجة آلة أعلى.
- محفز القرار: إذا كان الخلوص <3 مم أو كانت المكونات طويلة على كلا الجانبين، فاختر اللحام الانتقائي.
الخيار ج: اللحام اليدوي
- الأفضل لـ: النماذج الأولية، أو الكميات المنخفضة جدًا، أو الأجزاء الحساسة للحرارة التي لا يمكنها تحمل عملية آلية.
- المقايضة: جودة غير متناسقة (تعتمد على المشغل) وتكلفة عمالة عالية.
- محفز القرار: إذا كان لديك أقل من 50 لوحة أو 1-2 موصل THT فقط، فإن التجميع اليدوي غالبًا ما يكون أرخص من الأدوات.
الخيار د: Pin-in-Paste (إعادة تدفق اختراقي)
- الأفضل لـ: التخلص تمامًا من خطوة اللحام بالموجة. يتم لصق أجزاء THT وإعادة تدفقها مع SMT.
- المفاضلة: يتطلب أجزاء THT عالية الحرارة وتصميم استنسل دقيق للحصول على حجم لحام كافٍ.
- محفز القرار: إذا كانت أجزاء THT متوافقة وترغب في تقليل خطوات العملية، فابحث في تكامل SMT و THT هذا.
أسئلة متكررة حول تخطيط التجميع المختلط (DFM)
كيف يؤثر التجميع المختلط على التكلفة الإجمالية للمشروع؟ التجميع المختلط أغلى بشكل عام بنسبة 15-30% من SMT النقي بسبب خطوات العملية الإضافية (اللحام بالموجة/الانتقائي)، وعمالة الإدخال اليدوي، وتكاليف أدوات التثبيت.
ما هو التأثير على المهلة الزمنية؟ يضيف عادةً 2-3 أيام إلى جدول الإنتاج. هناك حاجة إلى وقت لتصنيع التركيبات (المنصات)، والإدخال اليدوي، وعملية اللحام الثانوية.
هل يمكنني استخدام التجميع المختلط للوحات مزدوجة الجوانب؟ نعم، ولكنها تتطلب تخطيطًا دقيقًا. عادةً، يتم وضع SMT على كلا الجانبين (إعادة التدفق)، ثم يتم لحام THT. إذا كان THT على كلا الجانبين، فغالبًا ما يتطلب لحامًا يدويًا للجانب الثاني أو لحامًا انتقائيًا معقدًا.
ما هي البيانات التي أحتاجها لتقديمها لمراجعة DFM؟ يجب عليك توفير ملفات Gerber، وقائمة مكونات (BOM) تشير إلى الأجزاء التي هي THT مقابل SMT، ورسومات التجميع التي توضح قطبية المكونات. على وجه التحديد، قم بتمييز أي أجزاء "Do Not Populate" (DNP).
ما هي معايير القبول لوصلات لحام THT؟ وفقًا لمعيار IPC-A-610، تتطلب وصلة THT من الفئة 2 على الأقل 75% تعبئة رأسية للبرميل و 180 درجة من التبلل على الجانب المستهدف. تتطلب الفئة 3 تبللاً بزاوية 270 درجة.
لماذا يوصى غالبًا بـ "اللحام الانتقائي" بدلاً من اللحام بالموجة؟ يستخدم اللحام الانتقائي فوهة موجة صغيرة تتحرك إلى نقاط محددة. إنه يلغي الحاجة إلى منصات باهظة الثمن ويقلل من الصدمة الحرارية لبقية اللوحة، مما يجعله أكثر أمانًا للوحات الكثيفة ذات التقنية المختلطة.
كيف أمنع "كرات اللحام" في التجميع المختلط؟ غالبًا ما تحدث كرات اللحام أثناء اللحام بالموجة إذا كان التسخين المسبق غير كافٍ أو كان التدفق مفرطًا. يساعد ضمان التصميم الصحيح لاستنسل PCB لعملية SMT ومعلمات الموجة الصحيحة في تقليل ذلك.
هل Pin-in-Paste بديل قابل للتطبيق؟ نعم، ولكن فقط إذا كان جسم مكون THT يمكنه تحمل درجات حرارة إعادة التدفق 260 درجة مئوية. إنه يبسط العملية عن طريق التعامل مع أجزاء THT مثل أجزاء SMT.
ما هو الحد الأدنى للخلوص لمنصة لحام الموجة؟ تحتاج عمومًا إلى 3 مم إلى 5 مم من المساحة الحرة حول وسادات THT على جانب اللحام. تستوعب هذه المساحة جدار المنصة الذي يحمي أجزاء SMT القريبة.
هل تتولى APTPCB تصميم التثبيت؟ نعم، يقوم مهندسو APTPCB بتصميم وتصنيع منصات اللحام بالموجة الضرورية أو برامج اللحام الانتقائي بناءً على ملفات Gerber الخاصة بكم.
موارد لتخطيط التجميع المختلط (صفحات وأدوات ذات صلة)
- إرشادات DFM: قواعد تصميم مفصلة للمسافات والتخطيط.
- تجميع SMT و THT: نظرة عامة على قدراتنا في التكنولوجيا المختلطة.
- اللحام الانتقائي: تعمق في بديل اللحام بالموجة.
- التجميع الشامل: كيف ندير سلسلة التوريد بأكملها للوحات المختلطة.
مسرد تخطيط التجميع المختلط (المصطلحات الرئيسية)
| المصطلح | التعريف |
|---|---|
| منصة اللحام بالموجة | أداة تثبيت مخصصة مصنوعة من مادة مقاومة للحرارة (مثل Durostone) تحمل لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) وتحمي مكونات SMT أثناء اللحام بالموجة. |
| اللحام الانتقائي | عملية تستخدم نافورة لحام صغيرة قابلة للبرمجة للحام وصلات THT محددة دون التأثير على مكونات SMT القريبة. |
| لحام إعادة التدفق | عملية صهر معجون اللحام لتثبيت مكونات SMT؛ وعادة ما تكون الخطوة الأولى في التجميع المختلط. |
| التظليل | عيب حيث يحجب جسم المكون تدفق موجة اللحام، مما يتسبب في تخطي أو وصلات مفتوحة على الوسادات خلفه. |
| وسادة امتصاص اللحام | وسادة وهمية إضافية تضاف إلى نهاية بصمة الموصل لـ "سرقة" اللحام الزائد ومنع حدوث جسور. |
| تقنية Pin-in-Paste (PiP) | تقنية يتم فيها لحام مكونات THT باستخدام أفران إعادة التدفق SMT عن طريق طباعة المعجون في الثقوب. |
| الحلقة الحلقية | حلقة النحاس حول ثقب مطلي؛ حاسمة لقوة وصلة THT. |
| تخفيف حراري | نمط شعاعي يربط وسادة بطبقة نحاسية، مما يمنع تبديد الحرارة بسرعة كبيرة أثناء اللحام. |
| مادة صاهرة (فلكس) | عامل تنظيف كيميائي يستخدم قبل وأثناء اللحام لإزالة الأكسدة وتحسين الترطيب. |
| Durostone | بلاستيك مقوى بالألياف الزجاجية شديد التحمل يستخدم لتصنيع منصات اللحام الموجي نظرًا لاستقراره الحراري. |
اطلب عرض سعر لتخطيط التجميع المختلط (التحقق من التصميم لتصنيع (DFM) + التسعير)
يتطلب الحصول على عرض سعر دقيق للتجميع المختلط فهمًا واضحًا لاحتياجات عمليتك. في APTPCB، نجري مراجعة DFM مجانية لتحديد مشكلات اللحام الموجي المحتملة أو تعارضات التخليص قبل التسعير.
للحصول على عرض سعر سريع ودقيق، يرجى إعداد:
- ملفات Gerber: بما في ذلك جميع طبقات النحاس وملفات الحفر وطبقات المعجون.
- قائمة المواد (BOM): مع تحديد واضح لأجزاء SMT مقابل THT.
- رسومات التجميع: تسليط الضوء على أي متطلبات خاصة للتركيب أو الإخفاء.
- الحجم والمهلة الزمنية: الاستخدام السنوي المقدر وتاريخ التسليم المطلوب.
الخلاصة: الخطوات التالية لتخطيط التجميع المختلط
التخطيط الفعال للتجميع المختلط يسد الفجوة بين تصميمات التثبيت السطحي المدمجة ومتطلبات المكونات ذات الثقوب النافذة القوية. من خلال الالتزام بقواعد التخليص الصارمة، وتحسين تسلسلات العمليات، واستخدام التجهيزات الصحيحة، يمكنك تحقيق إنتاجية عالية الموثوقية دون الحاجة إلى إعادة عمل مفرطة. سواء كان مشروعك يتطلب منصات لحام بالموجة أو لحام انتقائي دقيق، فإن التخطيط المبكر يضمن أن تصميمك جاهز لخط الإنتاج.