تصميم لوحات الدوائر المطبوعة الصغيرة: تصميم المصفوفة وفصل اللوحات

تخيل دائرة إلكترونية بأبعاد 26 × 18 مم، يجب أن تمر بمراحل الطباعة باستخدام الاستنسل والتجميع والتركيب قبل فصلها إلى لوحات فردية. قد تبدو المصفوفة الأكثر كثافة أرخص في برامج التصميم بمساعدة الحاسوب، ولكن قد يكون من الصعب دعمها أو فحصها أو فصلها. هذا هو التحدي العملي وراء تجميع لوحات الدوائر المطبوعة الصغيرة.

هنا نقوم بإنشاء مصفوفتين من نفس اللوحة الافتراضية: ترتيب 12 عنصرًا وترتيب 16 عنصرًا. الحسابات بسيطة، لكن القرار الهندسي ليس كذلك. قد تفوق متطلبات حالة الحواف النهائية، وقضبان الأدوات، ودعم التجميع، وشكل الشحن، أي مكسب طفيف في الاستخدام الهندسي.

الأبعاد المذكورة في المثال هي مدخلات توضيحية، وليست حدود عملية التصنيع القياسية لشركة Highleap . للاطلاع على المصطلحات التمهيدية، راجع نظرة عامة على تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) ؛ التصميم الموضح أدناه مخصص للمراجعة من قبل كل من المصنّع وفني تجميع SMT.

حدد وظيفة اللوحة قبل رسم المصفوفة

قبل رسم مصفوفة، حدد كيفية التعامل مع اللوحات كمجموعة واحدة. هل تُستخدم اللوحة فقط في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة، أم في عملية إعادة اللحام بتقنية التجميع السطحي، أم في الفحص، أم حتى في الشحن؟ هذه متطلبات مختلفة. قد يُفضل مُصنِّع اللوحات الخام تصميم لوحة عمل واحدة، بينما يحتاج مُجمِّع اللوحات إلى مصفوفات أصغر قابلة للنقل مزودة بقضبان وعلامات مرجعية وفتحات أدوات. وقد يحتاج العميل النهائي إلى قطع فردية ذات حواف نظيفة ومُتحكَّم بأبعادها.

يُحدد مخطط اللوحة أماكن إضافة الجسور المؤقتة. فعلى سبيل المثال، قد تحتوي لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لوحدة بصرية صغيرة على حافة توصيل للموصل، وفتحات تثبيت، ومكونات قريبة من المحيط، وركيزة رقيقة للغاية. لا ينبغي أن تحتوي أي من هذه الحواف تلقائيًا على لسان قابل للفصل. قد تكون هناك حاجة إلى منطقة معتمدة خالية من الألسنة في أي مكان قد يؤثر فيه بقايا التوصيل على الغلاف أو الموصل المتصل. تُشرح عملية التوصيل الأساسية في قسم تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة ذات الأصابع الذهبية الصلبة.

اجمع ستة مدخلات قبل محاولة التخطيط

ينبغي أن يحدد إصدار الإنتاج أيضًا الجهة المسؤولة عن الموافقة على مجموعة التجميع النهائية. فإذا قام مالك التصميم بتثبيت مسارات اللوحة دون مراجعة المُجمِّع، فقد تكون اللوحة الناتجة مناسبة للتصنيع ولكنها غير مناسبة للطباعة باستخدام معجون اللحام أو لفصلها.

مثال عملي: قارن بين مصفوفة 12-Up ومصفوفة 16-Up

جميع الأبعاد المذكورة أدناه هي افتراضات لشرح الحساب، وليست حدود خطوط Highleap أو عروض القضبان القياسية. تخيل لوحة دوائر مطبوعة للتحكم بأبعاد 26 مم × 18 مم. لنفترض أن المُجمِّع يقبل مبدئيًا قضيبًا للمعالجة بعرض 8 مم على كل جانب من جوانب المصفوفة المستطيلة، وأن مخطط اللسان الموجه المقترح يتطلب فجوة فصل اسمية قدرها 2 مم بين الخطوط الخارجية للوحات المتجاورة. يُشار إلى نقطة التلامس الذهبية على أحد حواف 26 مم كحافة بدون لسان/بدون علامة. ولتبسيط الأمر، افترض اتجاهًا واحدًا للوحة لكل اقتراح.

بالنسبة لمصفوفة منتظمة مكونة من N عمودًا و M صفًا، يكون الغلاف الخارجي كما يلي:

عرض المصفوفة = N × عرض اللوحة + (N − 1) × الفجوة بين اللوحات + قضيبين جانبيين.

ارتفاع المصفوفة = M × ارتفاع اللوحة + (M − 1) × الفجوة بين اللوحات + قضيبان طرفيان.

نسبة مساحة اللوحة الهندسية هي (عدد اللوحات × مساحة اللوحة الواحدة × مساحة اللوحة الواحدة) ÷ مساحة غلاف المصفوفة الكلية. هذا مجرد مؤشر للتصميم ، وليس مؤشرًا على استخدام رقائق المصنع، لأنه لا يشمل لوحات الإنتاج، وعينات الاختبار، وهوامش الأدوات، ومخلفات العملية.

المرشح أ: 3 أعمدة × 4 صفوف، 12 دائرة

• العرض: 3 × 26 + 2 × 2 + 2 × 8 = سماكة 98 ملم.
• الارتفاع: 4 × 18 + 3 × 2 + 2 × 8 = سماكة 94 ملم.
• المستطيل الكلي: 98 × 94 = 9,212 مم ².
• مساحة الألواح النهائية اثنا عشر: 12 × (26 × 18) = 5,616 مم ².
• نسبة مساحة اللوحة الهندسية: 5,616 ÷ 9,212 ≈ 61.0%.

المرشح ب: 4 أعمدة × 4 صفوف، 16 دائرة

• العرض: 4 × 26 + 3 × 2 + 16 = سماكة 126 ملم.
• الارتفاع: 4 × 18 + 3 × 2 + 16 = سماكة 94 ملم.
• المستطيل الكلي: 126 × 94 = 11,844 مم ².
• ستة عشر مساحة لوحية جاهزة: 16 × 468 = 7,488 مم ².
• نسبة مساحة اللوحة الهندسية: 7,488 ÷ 11,844 ≈ 63.2%.

الخلاصة الهندسية: يستخدم المرشح "ب" المستطيل المفترض بكفاءة أعلى قليلاً، لكن هذا لا يُعد دليلاً كافياً لاعتماده. يجب التحقق مما إذا كان مقاس 126 مم مناسبًا للناقل المعتمد ودعامة الاستنسل، وما إذا كانت صلابة السكة كافية لتحمل إعادة التدفق، وما إذا كانت أداة فصل الألواح قادرة على الوصول إلى جميع نقاط الكسر. قد يظل المرشح "أ" أقل تكلفة لكل وحدة تجميع مقبولة إذا أدى استخدام لوحة أعرض إلى زيادة العيوب أو وقت المعالجة. يُعد هذا التمييز أساسيًا لتحسين الألواح في الإنتاج بكميات كبيرة.

اختر V-Scoring أو Tab Routing حسب Edge Risk

لا توجد طريقة فصل مثالية واحدة لجميع لوحات الدوائر المطبوعة الصغيرة. يعتمد ذلك على الشكل الهندسي الخارجي، ومساحة النحاس والمكونات المتبقية، ونوع المادة/سُمكها، وآلة فصل اللوحات المستخدمة. وهذا أمر بالغ الأهمية خاصةً عندما تُركّب الوحدات في أغلفة محكمة الإغلاق.

التقييم على شكل حرف V: فعال فقط عندما تسمح الهندسة بذلك

تُفضّل خطوط القطع على شكل حرف V مسارات فصل مستقيمة تدعمها عملية القطع الخاصة بالشركة المصنعة. وقد تُقلل هذه الخطوط من الفاقد الناتج عن عملية التوجيه أو خطوات المناولة للوحات المستطيلة المناسبة. ولكن اللوحة المقطوعة تحتفظ بنسيج متبقٍ مُتحكم فيه، وتتطلب طريقة فصل متوافقة. قد يُؤدي الانحناء إلى إجهاد وصلات اللحام القريبة أو المكونات الهشة، لذا فإن التجميع الذي يحتوي على مكثفات سيراميكية مثبتة على الحافة أو أجهزة ذات تباعد دقيق يحتاج إلى مراجعة دقيقة للإجهاد. يجب الموافقة على اتجاه القطع، واستمرارية الخط، وبنية اللوحة، ومقبولية الحافة النهائية - وليس افتراض ذلك بناءً على عمق قطع اسمي منسوخ من منتج آخر.

توجيه علامات التبويب: مزيد من حرية الحافة، مزيد من القرارات المحلية

يمكن للتصميم ذي الحواف المحفورة والمزودة بألسنة قابلة للفصل حماية الحواف غير المنتظمة أو الدقيقة، ولكن على المصمم تحديد موضع كل لسان، وعرضه، ونمط الثقوب (إن وجد)، وكيفية التعامل مع الجزء المتبقي. قد يتسبب وجود لسان بجوار نقطة تلامس حافة البطاقة في بروز غير مقبول بعد الفصل. كما أن كثرة الفتحات المحفورة قد تُضعف اللوحة قبل عملية التجميع السطحي. يوفر دليل فصل اللوحة باستخدام أداة "عضة الفأرة" معلومات أساسية حول معالجة الألسنة المثقبة؛ ويجب اعتماد الأحجام النهائية بناءً على إمكانيات الورشة وفريق التجميع.

الترتيبات الهجينة: ممكنة، ولكنها ليست بالضرورة أبسط

تجمع بعض التصاميم بين خطوط القطع المستقيمة على محور واحد وخطوط التوجيه للحواف الخاصة. قد يكون استخدام لوحة هجينة عمليًا، ولكنه يزيد من الحاجة إلى رسومات واضحة وأدوات متوافقة. لا تُحدد مثل هذا المزيج لمجرد الادعاء بتحسين الاستخدام؛ بل يجب أن يحل مشكلة مثبتة تتعلق بالمعالجة أو جودة الحواف.

تصميم قضبان أدوات التثبيت ودعامات تقنية التجميع السطحي معًا

لا يُعدّ القضيب مجرد قطعة صفائحية مهدرة، بل قد يكون ضروريًا لدعم السيور الناقلة، والتثبيت، والتعريف. ولكن يجب أن يتطابق موقعه وأبعاده مع المعدات التي ستطبع المعجون، وتضع الأجزاء، وتفحص التجميع. قد يحمل القضيب علامات مرجعية على اللوحة، أو فتحات أدوات، أو رموز شريطية/علامات دفعات، أو مراجع اختبار؛ وهذه الميزات غير قابلة للتبديل.

تساعد العلامات المرجعية العالمية نظام التثبيت على تحديد موضع المصفوفة ودورانها. أما العلامات المرجعية المحلية ، عند الحاجة، فتُحسّن من دقة التعرف على عمليات التثبيت الدقيقة. وتُستخدم فتحات الأدوات لتحديد موضع اللوحة ميكانيكيًا في أداة التثبيت. يجب على المُجمِّع توفير العدد والإحداثيات ومتطلبات منع التداخل، إذ لا يوجد نموذج عالمي مُناسب للسكك/العلامات المرجعية لجميع خطوط التجميع السطحي.

تستحق صلابة اللوحة فحصًا دقيقًا. قد تكون اللوحة صغيرة، لكن لوحة ذات 16 موصلًا مثقوبة ومُوجّهة بشكل كبير قد تتصرف بشكل مختلف عن لوحة مستطيلة صلبة. ضع في اعتبارك أماكن دعم الجانب السفلي أثناء الطباعة، وأماكن احتمال تسبب الحرارة في تشوه مؤقت، وكيف تؤثر الموصلات الثقيلة أو عمليات إعادة التدفق المتعددة على سهولة التعامل معها. تتناول مقالة متطلبات تجميع لوحات SMT من Highleap هذه الاعتبارات العامة المتعلقة بالتجميع؛ والقرار هنا هو تطبيقها على رسم اللوحة الصغيرة المحدد.

حماية الحواف الحساسة بعد إزالة الألواح

في الوحدات البصرية القابلة للتوصيل، قد يُحدث عيب صغير في الحافة فرقًا كبيرًا. قد تتطلب منطقة التلامس دقةً عالية في التثبيت وشطفًا نهائيًا؛ وقد يؤدي انفصال اللسان بشكل غير مُتحكم فيه أو سوء التعبئة إلى تلف هذه المنطقة. تسلسل القبول الأمثل هو: فحص اللوحة بحثًا عن أي تلف ناتج عن التصنيع؛ فصل اللوحة باستخدام التقنية المعتمدة؛ فحص الحافة الحساسة بحثًا عن أي نتوءات أو انقطاع في الألياف أو بقايا ألسنة؛ التحقق من أي بُعد تم تحديده على أنه حرج؛ ثم التعبئة بطريقة تمنع احتكاك نقاط التلامس ببعضها.

يجب أن يوضح الرسم التوضيحي للقبول الحالة النهائية التي يتم قياسها. عبارة "لا حواف خشنة" هي عبارة تقديرية. أما عبارة "لا بقايا لسان على نقطة مرجع الحافة E1؛ افحص شكل الموصل النهائي وفقًا للرسم MC-02" فهي أقرب إلى متطلبات عملية، شريطة أن يحدد الرسم المرجعي بالفعل الهندسة ومنهجية القياس. لا تدّعِ أن تقنية V-score ممنوعة في جميع لوحات الدوائر المطبوعة عالية السرعة؛ فالعملية المقبولة هي تلك التي تم التحقق من صحتها بناءً على هيكلها وغلاف موصلها.

قائمة التحقق من رسم اللوحة: تحرير المصفوفة كعنصر تحكم مستقل

1. رقم الجزء الخاص بالدائرة المفردة، والمراجعة، والمخطط المرجعي.
2. معرف المصفوفة ومراجعتها، وخريطة X×Y، والاتجاهات، وإجمالي غلاف المصفوفة النهائية.
3. المسافات المعتمدة، والسكك الحديدية، والفتحات، وفتحات الأدوات، والعلامات المرجعية.
4. طريقة الانفصال المقترحة، إحداثيات علامة التبويب، حواف بدون علامة تبويب/بدون تسجيل، وشروط الحافة النهائية.
5. افتراضات دعم/تركيب SMT وما إذا كانت اللوحات المجمعة تبقى في اللوحة للفحص أو البرمجة.
6. التعامل مع العيوب وتحديدها وحالة التسليم المسموح بها.
7. من هو الشخص المخول بالموافقة على تغييرات المصفوفة بمجرد تأهيل الإنتاج؟

غالباً ما تُغفل النقطتان الأخيرتان بين مرحلتي التصنيع والشراء. قد يُشير الرسم الهندسي إلى "12 لوحة"، لكن قد يطلب المشتري 1,000 لوحة فردية ويتوقع الحصول على مصفوفات كاملة من 12 لوحة. تُشرح آثار الحسابات والقبول في قسم " تسليم مجموعات لوحات الدوائر المطبوعة وتكوين اللوحات".

لا تقم بتحرير المصفوفة إلا بعد إجراء مقارنة عملية.

قبل الالتزام بمثال 12 أو 16 لوحة، اطلب مراجعة من فريق التجميع تشمل النقل، ودعم الطباعة/الاستنسل، وبروز المكونات، والفحص البصري الآلي، ومعدات فصل اللوحات. اطلب مراجعة تصميم التصنيع (DFM) لمساحات التوجيه، والسكك، ومحاذاة النحاس، وأي طلاء/حواف توصيل. ثم قارن تقديرات وقت الدورة الفعلية، ومخرجات اللوحات المقبولة المتوقعة، وتكاليف المصفوفة، وسيناريوهات العيوب.

ملاحظة أخيرة مفيدة: "تمت الموافقة على تصميم المصفوفة لعملية التصنيع والتجميع المحددة؛ أي تغييرات في الاتجاه، أو علامات الفصل، أو القضبان، أو الحافة الحرجة، أو الكمية لكل مصفوفة تتطلب مراجعة موثقة." هذا يجنب التعامل مع تصميم اللوحة على أنه تفصيل ثانوي غير مهم عند الشراء.

الأسئلة الشائعة حول تجميع لوحات الدوائر المطبوعة الصغيرة

هل يؤدي وضع المزيد من اللوحات الصغيرة في لوحة واحدة إلى تقليل التكلفة دائمًا؟

لا. قد يقلل ذلك من عمليات المعالجة لكل دائرة أو من هدر التخطيط الطفيف، ولكنه قد يزيد من أعمال التوجيه، ومشاكل الصلابة، وتلف اللوحات، أو زيادة احتمالية رفض المنتج. قارن بين الوحدات الجيدة وتكاليف الإنتاج، وليس فقط عدد المصفوفات.

هل ينبغي على مصنّع لوحات الدوائر المطبوعة أم على مُجمّع تقنية التجميع السطحي تصميم اللوحة؟

ينبغي على كليهما مراجعة المتطلبات. يفهم المصنّع قيود لوحة الإنتاج وتوجيهها؛ ويعرف المُجمِّع ظروف النقل، والطباعة، وإعادة اللحام، والفحص، وفصل اللوحات. يجب تحديد مالك إصدار المجموعة النهائية في وثائق الشراء.

هل من الآمن نسخ أبعاد القضبان القياسية أو أعماق النقوش؟

اعتبرها أمثلة مؤقتة فقط. فسمك اللوحة، والمادة، والأداة، وموضع المكونات، ومتطلبات المعدات هي التي تحدد ما هو مقبول.

هل يمكن فصل نقاط التلامس الذهبية على خط V-score؟

لا يُعتبر وجود خط قطع في منطقة تلامس دقيقة مقبولاً إلا إذا تم الحفاظ على حافة التلامس وآلية الموصل بالكامل من خلال عملية معتمدة. ولا ينبغي افتراض قبول وجود خط قطع يمر عبر منطقة تلامس دقيقة دون مراجعة الواجهة وعملية التصنيع.

طلب مراجعة تجميع لوحات الدوائر المطبوعة الصغيرة

أرسل بيانات لوحة الدوائر المطبوعة الفردية، ومخططها، وقيود التجميع، واقتراح اللوحة الحالي (إن وجد)، وعملية الفصل المُرادة، وكمية التسليم. وبذلك، يُمكن لعرض أسعار تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة المُخصصة للمشروع تحديد معلومات فصل اللوحة المفقودة بدلاً من افتراض تصميم عام 4 × 4.