در یک PCB با فناوری ترکیبی، لازم نیست برای همه اتصالات از یک روش لحیم‌کاری استفاده شود. یک مسیر قابل‌تصور این است که ابتدا قطعات نصب سطحی با ریفلو لحیم شوند، سپس قطعات پایه‌دار نصب و با لحیم‌کاری انتخابی یا دستی لحیم شوند. اگر چیدمان سمت زیرین، قطعات، فیکسچرها و هندسه برد اجازه دهند، لحیم‌کاری موجی نیز گزینه دیگری است.
انتخاب درست به کل برد بستگی دارد. پیش از آنکه مونتاژکار به مسیری متعهد شود، باید بداند کدام قطعات هر مرحله مواجهه حرارتی را تحمل می‌کنند، آیا تجهیزات لحیم‌کاری به اتصالات پایه‌دار دسترسی دارند و اتصالات نهایی چگونه بر اساس معیارهای توافق‌شده بازرسی خواهند شد.
مقایسه روش‌های اصلی لحیم‌کاری
| روش | کاربرد اولیه‌ای که باید بررسی شود | چه چیزی ممکن است آن را نامناسب کند |
|---|---|---|
| ریفلو | اتصالات نصب سطحی که روی آن‌ها خمیر لحیم اعمال شده است؛ قطعات پایه‌دار سازگار نیز ممکن است گزینه‌هایی برای روش پایه در خمیر باشند. | قطعه نتواند مواجهه‌های حرارتی برنامه‌ریزی‌شده را تحمل کند، یا فرایند انتخاب‌شده نتواند لحیم کافی به اتصال برساند. |
| موجی | گروهی از اتصالات بدون پوشش که می‌توانند از موج لحیم عبور کنند. | قطعات سمت زیرین، جهت‌گیری، ماسک‌گذاری یا هندسه فیکسچر مانع مواجهه سازگار با فرایند یا دسترسی شوند. |
| لحیم‌کاری انتخابی | اتصالات پایه‌دار موضعی در یک مجموعه ترکیبی. | نازل یا فیکسچر نتواند به اتصالات برسد، یا فرایند پیشنهادی نتواند شرایط قطعات مجاور و نیاز حرارتی اتصال را تأمین کند. |
| لحیم‌کاری دستی | تعداد کمی اتصال، نمونه‌های اولیه یا موارد استثنایی که به دسترسی جداگانه نیاز دارند. | الزامات دسترسی به اتصال، کنترل حرارت، فرایند اپراتور یا بازرسی برای کار موردنظر به‌طور مستمر برآورده نشوند. |
| لحیم‌کاری لیزری | اتصال موضعی در جایی که فرایند لیزری مناسب در دسترس باشد. | پرتو یا منبع تأمین لحیم نتواند به اتصال برسد، یا مجموعه و فرایند را نتوان برای مواد انتخاب‌شده کنترل و راستی‌آزمایی کرد. |
این‌ها پرسش‌هایی برای غربالگری هستند، نه قواعد خودکار فرایند. دسترسی به تجهیزات و نیازهای ابزارگذاری باید با مونتاژکار تأیید شود. لحیم‌کاری لیزری از یک منبع حرارتی متمرکز برای اتصال موضعی استفاده می‌کند؛ با این حال همچنان به توجه به هم‌راستایی، رساندن لحیم و دماهایی که برد و قطعات به آن‌ها می‌رسند نیاز دارد. یک مقاله فنی IPC با عنوان Options for Assembly using High Temperature Interconnection Technologies یک آزمایش لحیم‌کاری لیزری را شرح می‌دهد؛ تنظیمات فرایند آن مختص همان آزمایش است.
از گروه‌های اتصال شروع کنید، نه تجهیزات
ریفلو برای مونتاژ SMT رایج است، اما تنها راه لحیم‌کاری قطعات نصب سطحی نیست. قطعات SMT سازگار در سمت زیرین را نیز می‌توان با روش موجی لحیم کرد، بنابراین لحیم‌کاری موجی الزاماً به اتصالات پایه‌دار محدود نیست. از سوی دیگر، وجود قطعات SMT در سمت زیرین به‌طور خودکار فرایند موجی را منتفی نمی‌کند؛ بلکه سازگاری و دسترسی را به پرسش‌هایی مهم تبدیل می‌کند.
برای بردی که در هر دو سمت آن SMT وجود دارد، توالی پیشنهادی باید مواجهه هر سمت با ریفلو را در نظر بگیرد. محدودیت‌های دمایی قطعات، حساسیت به رطوبت، تعداد دفعات عبور از ریفلو و پروفایل حرارتی واقعی برد را بررسی کنید. جهت‌گیری قطعات و امکان نگه‌داشتن آن‌ها در جای خود طی هر مرحله عبور بعدی نیز باید بررسی شود.
برای آشنایی با جزئیات هر فرایند، به لحیم‌کاری ریفلو، لحیم‌کاری موجی و مقایسه روش‌های قطعات پایه‌دار در مبانی لحیم‌کاری قطعات پایه‌دار مراجعه کنید.
مسیر فرضی برای یک برد ترکیبی
بردی را در نظر بگیرید که در سمت بالا آی‌سی، در سمت پایین قطعات SMT و دو کانکتور پایه‌دار دارد. یکی از کانکتورها نزدیک ناحیه‌ای پرتراکم از SMT قرار دارد. به نظر می‌رسد اطراف اتصالات کانکتور دیگر فضای بیشتری وجود دارد. این یک مثال برنامه‌ریزی است، نه یک مونتاژ تکمیل‌شده یا نتیجه آزمایش.
یک توالی پیشنهادی عبارت است از:
- خمیر لحیم را اعمال کنید، قطعات SMT را قرار دهید و سمت‌های دارای SMT را با توالی متناسب با برد ریفلو کنید.
- دو کانکتور پایه‌دار را نصب کنید.
- بسته به بررسی دسترسی و شرایط حرارتی، اتصالات آن‌ها را با لحیم‌کاری انتخابی یا لحیم‌کاری دستی کنترل‌شده لحیم کنید.
- مجموعه را با استفاده از روش‌ها و معیارهای پذیرش توافق‌شده برای محصول بازرسی و آزمایش کنید.
ناحیه پرتراکم نقطه حساس در گذار بین مراحل است. لحیم‌کاری انتخابی ناحیه‌ای موضعی را گرم می‌کند، اما این موضوع نیاز به ارزیابی قطعات مجاور را برطرف نمی‌کند. لحیم‌کاری دستی ممکن است راه دیگری برای دسترسی به اتصالات ارائه دهد؛ این روش قابل‌کنترل است و ذاتاً معیوب نیست. هیچ‌یک از این دو روش را نمی‌توان تنها بر اساس تعداد قطعات با اطمینان انتخاب کرد.
| گروه اتصال | روش پیشنهادی | نگرانی مربوط به دسترسی یا حرارت | شواهد یا تصمیمی که هنوز لازم است |
|---|---|---|---|
| آی‌سی‌های سمت بالا | اعمال خمیر، جانمایی و ریفلو | محدودیت‌های دمایی قطعات و مواجهه حرارتی هنگام مونتاژ سمت مقابل | دیتاشیت قطعات، الزامات حساسیت به رطوبت، تعداد پیشنهادی دفعات عبور و پروفایل برد |
| قطعات SMT سمت پایین | اعمال خمیر، جانمایی و ریفلو؛ لحیم‌کاری موجی قطعات سازگار نیز ممکن است بررسی شود | نگه‌داشتن قطعات در جای خود طی توالی انتخاب‌شده؛ سازگاری با هرگونه مواجهه حرارتی بعدی در لحیم‌کاری | راهنمای قطعات و مواد، چیدمان سمت زیرین و بررسی فرایند پیشنهادی |
| کانکتور دور از SMT پرتراکم | لحیم‌کاری انتخابی یا دستی پس از نصب | دسترسی به اتصالات، محدودیت‌های حرارتی کانکتور و نگه‌داری آن هنگام لحیم‌کاری | اطلاعات کانکتور، هندسه برد و بررسی عملیات پیشنهادی توسط مونتاژکار |
| کانکتور نزدیک SMT پرتراکم | لحیم‌کاری انتخابی یا دستی پس از نصب | دسترسی ابزار و احتمال گرم‌شدن قطعات مجاور | اطلاعات چیدمان موضعی و ارتفاع قطعات، بررسی دسترسی، محدودیت‌های قطعات و برنامه‌ای برای ارزیابی مواجهه حرارتی |
| هر دو کانکتور، به‌عنوان یک گروه جایگزین | لحیم‌کاری موجی، اگر برد اجازه دهد | سازگاری SMT سمت زیرین، هندسه کانکتورها و نیاز احتمالی به فیکسچر یا ماسک‌گذاری | بررسی کامل سمت زیرین، رویکرد فیکسچر و ارزیابی تأمین‌کننده از مسیر پیشنهادی |
این جدول پرسش‌ها را مشخص می‌کند، نه مسیر برتر را. کانکتوری که در نقشه دسترسی به آن آسان‌تر به نظر می‌رسد نیز باید با ابعاد واقعی قطعات و هندسه برد بررسی شود.
برای مثال، اگر تأمین‌کننده تشخیص دهد که نازل لحیم‌کاری انتخابی نمی‌تواند به کانکتور نزدیک ناحیه SMT پرتراکم برسد، بپرسید آیا تغییر چیدمان، استفاده از ابزار دیگر یا انجام عملیات دستی کنترل‌شده امکان‌پذیر است. اگر یک فیکسچر موجی اتصالی را بپوشاند یا قطعه حساسی را بدون محافظ در معرض فرایند قرار دهد، رویکرد اصلاح‌شده‌ای برای فیکسچر یا مسیری دیگر درخواست کنید. پیش از انتشار بسته مونتاژ، گزینه انتخاب‌شده و روش بازرسی اتصال را ثبت کنید؛ فرض نکنید فیکسچر یا روشی دیگر به‌طور خودکار مشکل را حل می‌کند.
جایگاه لحیم‌کاری موجی و روش پایه در خمیر
لحیم‌کاری موجی به‌عنوان یک گزینه مشروط. ممکن است ارزیابی مسیر موجی برای کانکتورهای پایه‌دار و اتصالات SMT سازگار در سمت زیرین ارزشمند باشد. تصمیم به ویژگی‌های سمت زیرین برد در مواجهه با فرایند بستگی دارد: سازگاری قطعات، جهت‌گیری، فاصله‌گذاری، سایه‌ها، هندسه کانکتورها و هر فیکسچر یا ماسک‌گذاری پیشنهادی. به‌جای فرض اینکه موج می‌تواند به همه اتصالات موردنظر برسد، از مونتاژکار بخواهید کل سمت زیرین را بررسی کند.
روش پایه در خمیر به‌عنوان راهی احتمالی برای کوتاه‌تر کردن مسیر. اگر محدودیت‌های ریفلوی قطعه، حجم خمیر موجود و فرایند پیشنهادی اجازه دهند، می‌توان کانکتور پایه‌دار را برای روش پایه در خمیر بررسی کرد. این بررسی باید پیش از نهایی‌شدن مسیر انجام شود: کانکتوری که برای لحیم‌کاری پس از نصب مناسب است، به‌طور خودکار برای ریفلو مناسب نیست و خمیر اعمال‌شده برای اتصال پایه‌دار باید به‌عنوان بخشی از فرایند ارزیابی شود.
راهنمای اختصاصی تأمین‌کنندگان قطعات و مواد در اینجا اهمیت دارد. برای مثال، دیتاشیت قطعات و راهنمای ریفلوی Texas Instruments اطلاعاتی درباره محدودیت‌های قطعات مربوط ارائه می‌دهند؛ دیتاشیت محصولات خمیر لحیم Indium Corporation نیز راهنمای استفاده از ماده مربوط است. هیچ‌یک پروفایل عمومی و قابل‌استفاده برای همه بردها نیست.
پیش از تعهد مونتاژکار چه اطلاعاتی تحویل دهید
اطلاعات لازم برای ارزیابی کل مجموعه را ارائه کنید:
- داده‌های برد و مونتاژ: فایل‌های ساخت، نقشه‌های مونتاژ و محل قطعات در هر دو سمت. اتصالات پایه‌دار و نواحی SMT پرتراکم مجاور را که ممکن است دسترسی را محدود کنند، مشخص کنید.
- اطلاعات قطعات: شماره قطعه سازنده و دیتاشیت‌ها، از جمله محدودیت‌های حرارتی کانکتورها، حساسیت قطعات SMT به رطوبت و مواجهه مجاز با ریفلو.
- توالی پیشنهادی: زمان مونتاژ هر سمت SMT، تعداد دفعات پیشنهادی عبور از ریفلو و اتصالات پایه‌داری که گزینه لحیم‌کاری انتخابی، دستی، موجی یا پایه در خمیر هستند.
- اطلاعات دسترسی: ارتفاع قطعات، هندسه کانکتورها و نواحی‌ای که ممکن است مسیر ابزار، نازل، موج یا فیکسچر در آن‌ها مسدود شود. بررسی طراحی برای لحیم‌کاری انتخابی می‌تواند به صورت‌بندی این پرسش‌ها کمک کند.
- الزامات پذیرش و راستی‌آزمایی: ویرایش سند قابل‌اعمال یا معیارهای تعیین‌شده در قرارداد، نقاط بازرسی و هرگونه آزمون الکتریکی یا عملکردی موردنیاز.
یک BOM قابل‌استفاده به مونتاژکار کمک می‌کند هر محل نصب و اتصال را به اطلاعات صحیح قطعه مرتبط کند. به بهترین روش‌های تهیه BOM مونتاژ مراجعه کنید.
درباره پذیرش و بازرسی توافق کنید
IPC میان الزامات لحیم‌کاری J-STD-001 و پذیرش‌پذیری پس از مونتاژ در IPC-A-610 تمایز قائل می‌شود. برای هر سفارش مشخص، درباره اسناد قابل‌اعمال، ویرایش‌ها، کلاس و هر معیار پذیرش اضافی توافق کنید؛ برای اطلاع از الزامات، به استانداردهای دارای مجوز مراجعه کنید. NASA-STD-8739.3، با عنوان Soldered Electrical Connections، سند دیگری درباره کیفیت اجرای کار است؛ هرجا برای کار قابل‌اعمال است از آن استفاده کنید، نه اینکه آن را برای هر برد تجاری پیش‌فرض بدانید.
بازرسی را بر اساس هندسه واقعی و معیارهای توافق‌شده انتخاب کنید. بازرسی چشمی یا بازرسی نوری خودکار می‌تواند به ارزیابی ویژگی‌های قابل‌دسترسی کمک کند، اما هیچ‌یک همه شرایط یک اتصال پنهان را مشخص نمی‌کند. اگر اتصالات مهم را نتوان به‌اندازه کافی به‌صورت چشمی ارزیابی کرد، پیش از تولید درباره بازرسی یا آزمون اضافی مناسب گفت‌وگو کنید.
بازرسی خمیر لحیم می‌تواند از فرایند SMT پشتیبانی کند. آزمون‌های الکتریکی و عملکردی به پرسش‌هایی متفاوت از بازرسی کیفیت اجرای کار پاسخ می‌دهند، بنابراین در صورت نیاز برای آن‌ها جداگانه برنامه‌ریزی کنید: برنامه‌ریزی آزمون عملکردی PCBA.
برای بررسی مسیر، فایل‌های برد، BOM، دیتاشیت کانکتورها و الزامات پذیرش پیشنهادی را همراه با یک درخواست قیمت ارائه کنید. اگر توالی فرایند یا شواهد موجود هنوز در حال تعیین است، برای گفت‌وگو درباره مواردی که باید پیش از تعهد بررسی شوند، با APTPCB تماس بگیرید.