راهنمای مونتاژ PCB رباتیک: ویژگی‌ها، چالش‌ها و راهکارها

فهرست مندرجات

1. چه چیزی مونتاژ PCB رباتیک را از PCBA استاندارد متفاوت می‌کند؟

2. کدام ویژگی‌های PCB در یک ربات بیشترین اهمیت را دارند؟

3. چه چالش‌هایی باعث مشکلات مونتاژ PCB رباتیک می‌شوند؟

4. چگونه تولید و بازرسی PCBA الزامات را به یک ساخت قابل اعتماد تبدیل می‌کند؟

5. نتیجه

6. سوالات متداول

ممکن است برد مدار یک ربات در طول آزمایش تک برد مشکلی به نظر نرسد، اما پس از نصب، مشکل سیگنال ظاهر شود. چه چیزی باعث تغییر آن می‌شود؟ نه برد، بلکه وضعیت کاری آن. اول، حرکت مفصل ممکن است به طور مداوم اتصالات و کانکتورهای انعطاف‌پذیر را تحت فشار قرار دهد، بارهای موتور جریان و تولید گرما را در برد درایور افزایش می‌دهند و مورد آخر، اتصالات لحیم کاری در بسته‌های BGA را نمی‌توان از طریق بازرسی بصری معمولی به طور کامل تأیید کرد.

بنابراین، برای مونتاژ برد مدار چاپی رباتیک، فقط بررسی اینکه آیا قطعه به درستی نصب شده و اتصالات لحیم کاری واجد شرایط هستند، معمولاً کافی نیست. تأمین‌کنندگان همچنین باید بدانند: هر برد را کجا قرار دهند، کدام ماژول‌ها متصل هستند، چه مقدار بار را می‌تواند تحمل کند و شرایط لازم برای کار و آزمایش محصولات چیست. اگر نسخه‌های BOM، رابط‌ها، میان‌افزار و استانداردهای آزمایش از قبل تأیید نشده باشند، ممکن است در طول اشکال‌زدایی کل دستگاه، حتی پس از گذراندن آزمایش تولید برد، مشکلاتی ایجاد شود.

در PCBasic خدمات مونتاژ PCB رباتیکبردهای مختلف، مراحل مونتاژ، بازرسی و آزمایش متناسب با کاربرد مورد نظر خود را طی خواهند کرد. این مقاله به معرفی خطرات تولید بردهای رایج مانند اتصالات انعطاف‌پذیر، بسته‌بندی BGA، بردهای درایور و پاور، بردهای حسگر و سایر بردهای رایج و همچنین اطلاعاتی که مشتریان قبل از ارائه پیشنهاد و تولید باید تأیید کنند، می‌پردازد.

چه چیزی مونتاژ PCB رباتیک را از PCBA استاندارد متفاوت می‌کند؟

کیفیت قرارگیری، لحیم‌کاری و بررسی‌های اولیه الکتریکی هنوز هم ضروری هستند، اما نمی‌توانند به طور کامل محیط کاری واقعی ربات را منعکس کنند. یک برد اتصال تحت تأثیر حرکت و نیروی کابل، برد قدرت تحت تأثیر تغییر بار و کنترل‌کننده نیاز به تبادل داده با سایر ماژول‌ها دارد. اگر ارزیابی تولید را فقط در سطح برد، لحیم‌کاری و بررسی‌های الکتریکی اولیه متوقف کنیم، ممکن است شرایط عملیاتی واقعی را نادیده بگیریم.

قبل از ارائه قیمت، یک برگه مشخصات برد می‌تواند بسیار مفید باشد. این برگه موقعیت نصب هر برد، ماژول‌های متصل، وضعیت استاتیک یا متحرک، بار الکتریکی، رابط، الزامات تأیید و محدودیت قبولی/ردی را ثبت می‌کند. با استفاده از این برگه، می‌توانیم شرایط عملیاتی را به نقاط خاص تولید، بازرسی و پذیرش تبدیل کنیم.

A پلتفرم ربات Cیک کمباین چندین هیئت مدیره توابع

بردهای مختلف در یک ربات با خطرات متفاوتی روبرو هستند، بنابراین همه آنها از یک طرح تولید و بازرسی یکسان پیروی نمی‌کنند. جدول زیر می‌تواند تفاوت‌های اصلی را نشان دهد.

قبل از ارائه نقل قول، خریدار باید بسته بندی را ارائه دهد نقشه، الزامات رابط و سیستم عامل، جریان یا بار نمایه، تلرانس سنسورهای کلیدی، محدودیت‌های باتری و حفاظت، الزامات مربوط به مسیریابی و خمش انعطاف‌پذیر برد، و همچنین معیارهای صلاحیت روشن بر اساس وضعیت پروژه.

تغییر در ریسک سطح هیئت مدیره

برای برد مدار چاپی نزدیک مفصل ربات، باید محل خم شدن و محدودیت‌های شعاع خمش بخش انعطاف‌پذیر را مشخص کنیم و پشتیبانی و کاهش تنش را برای ناحیه انتقال و کانکتورها فراهم کنیم؛ در حالی که کنترلر ثابت این الزامات را ندارد. حتی اگر برد بتواند تست استاتیک را با موفقیت پشت سر بگذارد، حرکت مکرر می‌تواند یک کانکتور ضعیف یا انتقال انعطاف‌پذیر بدون پشتیبانی را نشان دهد. بنابراین خریداران باید قبل از تعیین طرح تولید، مسیر نصب شده، محدوده حرکت، جهت کانکتور و کاهش تنش را ارائه دهند.

فناوری‌های ترکیبی نیاز به برنامه‌ریزی هماهنگ دارند

یک ربات اغلب شامل چندین بخش مونتاژی، از جمله قطعات SMT، بسته‌بندی BGA، کانکتورهای سوراخ‌دار، کانکتورهای انعطاف‌پذیر یا انعطاف‌پذیر-صلب و متعاقباً سیم‌کشی و ساخت جعبه است. ما باید این موارد را با استفاده از همان طرح بازبینی و آزمایش به یکدیگر متصل کنیم.

به عنوان مثال، کانکتور سوراخ‌دار را در نظر بگیرید، درج صرفاً مربوط به قرار دادن قطعات در سوراخ‌ها است. سپس، انتخاب لحیم‌کاری موجی، انتخابی یا دستی باید به نوع دستگاه، طرح برد و محدودیت‌های حرارتی بستگی داشته باشد. ما همچنین باید به طور مداوم نسخه اصلاح برد، الزامات فرآیند تولید، موارد آزمایش، روش لحیم‌کاری و نتیجه بازرسی را در سوابق تولید ذکر کنیم تا از اطلاعات متناقض مورد استفاده در هر مرحله جلوگیری شود.

کدام ویژگی‌های PCB در یک ربات بیشترین اهمیت را دارند؟

هنگام انتخاب ساختار و فرم بسته‌بندی PCB، ابتدا باید در نظر بگیریم که این برد در کجا استفاده خواهد شد، چه فشارهای مکانیکی را تحمل خواهد کرد و چگونه باید در آینده بازرسی و آزمایش شود.

اتصالات انعطاف‌پذیر و صلب-انعطاف‌پذیر در اطراف مفاصل متحرک

وقتی مدارهای نزدیک مفاصل ربات نیاز به حرکت همراه با ساختار دارند، بردهای مدار چاپی سفت و سخت استاندارد اغلب به اندازه کافی انعطاف‌پذیر نیستند. در چنین مواردی، می‌توان از بردهای انعطاف‌پذیر یا بردهای سفت و سخت-انعطاف‌پذیر برای اتصال ماژول‌های مختلف استفاده کرد. در طول مرحله طراحی، ضروری است که از قبل مشخص شود خمیدگی مورد نیاز است و شعاع خمیدگی چقدر باید باشد، و همچنین باید پشتیبانی و تنش‌زدایی کافی در مناطق انتقال از حالت سفت به حالت انعطاف‌پذیر و نزدیک کانکتورها فراهم شود تا از آسیب دیدن مدارها یا نقاط اتصال توسط حرکات مکرر جلوگیری شود.

در نقشه‌ها و مستندات بررسی، باید مسیر واقعی، استاتیک یا دینامیک بودن خمش، دامنه حرکت و الزامات آزمایش را نیز مشخص کنیم. پس از تکمیل آزمایش حرکت، بررسی کنید که پیوستگی الکتریکی، ارتباط و شرایط بار طبیعی هستند. این تنظیمات واقعی همچنین توسط PCBasic برای تأیید مناسب بودن ... استفاده خواهد شد. مونتاژ PCB انعطاف پذیر و طرح‌های آزمایشی.

بسته‌های BGA روی بردهای بینایی و کنترل‌کننده

بردهای بصری و کنترل ممکن است از بسته‌های BGA برای جای دادن اتصالات بیشتر در یک فضای محدود استفاده کنند. از آنجا که اتصالات لحیم در پایین بسته قرار دارند، ما نمی‌توانیم کیفیت لحیم‌کاری را از طریق بازرسی بصری معمول به طور کامل تأیید کنیم. بنابراین، یک ... قابل اعتماد قابلیت مونتاژ BGA نیاز به کنترل متمرکز بر چاپ خمیر لحیم، دقت قرارگیری و منحنی‌های لحیم‌کاری reflow دارد و بازرسی اشعه ایکس باید بر اساس خطرات بسته‌بندی ترتیب داده شود.

همچنین باید قبل از شروع تولید، تأیید کنید که آیا قطعات از نوع بسته‌های با انتهای تحتانی هستند یا خیر، و همچنین معیارهای پذیرش و الزامات پوشش اشعه ایکس را ارائه دهید. برای مکان‌هایی با ریسک بالاتر یا عواقب خرابی شدیدتر، پروتکل‌های بازرسی سختگیرانه‌تری را اجرا خواهیم کرد.

بردهای قدرت، حسگر و ارتباطی

این بردها در تولید با مشکلات مشابهی مواجه نیستند. بردهای برق باید جریان را حمل کرده و گرما را کنترل کنند. قطبیت و حفاظت نیز مهم هستند، به خصوص وقتی که یک سیستم مدیریت باتری در کار باشد. بردهای حسگر ممکن است نیاز به قرارگیری دقیق یا کالیبراسیون داشته باشند. برای بردهای ارتباطی، سوال اصلی این است که آیا رابط کار می‌کند و داده‌ها می‌توانند به درستی عبور کنند یا خیر.

قبل از تولید، آخرین فهرست اقلام مورد نیاز و الزامات آزمایش را ارسال کنید. یک برد قدرت به شرایط ولتاژ، جریان و بار مشخص نیاز دارد. برای بردهای حسگر، هر موقعیت یا تلرانسی را که مهم است علامت بزنید. بردهای ارتباطی معمولاً به پین‌آوت، پروتکل، میان‌افزار و محدودیت‌های پذیرش مشخص نیاز دارند. این اطلاعات به کارخانه اجازه می‌دهد تا بررسی‌ها و آزمایش‌های عملکردی صحیح را برنامه‌ریزی کند.  

چه چالش‌هایی باعث مشکلات مونتاژ PCB رباتیک می‌شوند؟

بسیاری از مشکلات PCB ربات‌ها بلافاصله پس از تولید آشکار نمی‌شوند، بلکه در طول مونتاژ نهایی، اشکال‌زدایی اتصالات یا عملکرد واقعی دستگاه آشکار می‌شوند. اگرچه این مشکلات در انتها رخ می‌دهند، اما علل آنها ممکن است خیلی زودتر رخ داده باشد، مانند اتصالات لحیم پنهان BGA غیرطبیعی، نیروی بیش از حد اعمال شده به اتصال انعطاف‌پذیر در حین نصب، عدم ثبت همزمان مواد جایگزین یا عدم پوشش آزمایش برای رابط و بار واقعی.

بنابراین، ما نمی‌توانیم صرفاً بر موفقیت‌آمیز بودن آزمایش نهایی تمرکز کنیم؛ ما همچنین باید مکان‌های احتمالی که ممکن است در آن‌ها مشکلاتی از جنبه‌های مواد، مونتاژ، آزمایش و برنامه‌های آزمایش ایجاد شود را ردیابی کنیم.

نقص‌های لحیم پنهان زیر بسته‌های BGA

اتصالات لحیم BGA در پایین بسته‌بندی پنهان هستند و مشکلاتی مانند مدارهای باز، پل‌های قلع و حفره‌ها اغلب از بیرون قابل مشاهده نیستند. برای بسته‌هایی با اتصالات لحیم قابل مشاهده، AOI می‌تواند شرایط مونتاژ و جوشکاری را بررسی کند. با این حال، برای بسته‌های نوع BGA و QFN با اتصالات انتهایی، تکیه صرف بر AOI کافی نیست. معمولاً بازرسی با اشعه ایکس نیز مورد نیاز است. اینکه کدام دستگاه‌ها و تا چه حد باید بررسی شوند، باید بر اساس نوع بسته‌بندی، استفاده از کارت برد و پیامدهای خرابی تعیین شود.

هنگام تعیین طرح تشخیص، ابتدا باید تمام بسته‌های اتصال انتهایی و موقعیت‌های کلیدی مرتب شوند و سپس محدوده پوشش اشعه ایکس مشخص شود. نتایج بازرسی همچنین باید با کارت‌های برد خاص، شماره قطعات و دسته‌های تولید مطابقت داشته باشد تا در صورت بروز مشکل، قابلیت ردیابی تسهیل شود.

لرزش، خم شدن و تنش اتصال

حرکت مکرر ممکن است به تدریج برخی از مشکلاتی را که در آزمایش‌های استاتیک آشکار نبودند، مانند شل بودن کانکتورها، عدم پشتیبانی کافی در ناحیه انتقال برد انعطاف‌پذیر یا شکستگی‌های متناوب در خطوط در حین حرکت، آشکار کند. در طول آزمایش، کارت‌های برد، کابل‌ها و اتصالات انعطاف‌پذیر می‌توانند در موقعیت نصب واقعی ثابت شوند و سپس اجازه داده شود که به طور مکرر در محدوده مشخص شده حرکت کنند. در طول فرآیند، به طور مداوم بر پایداری هدایت، ارتباط و بار نظارت کنید. پس از آزمایش، بررسی کنید که آیا قفل‌های کانکتور و موقعیت‌های آزادسازی تنش شل یا آسیب دیده‌اند یا خیر.

تغییرات در تأمین قطعات و بازنگری

پس از اینکه پروژه ربات از مرحله نمونه اولیه به تولید آزمایشی و تولید انبوه منتقل می‌شود، ممکن است قطعات اصلی مورد استفاده موجود نباشند، تولید متوقف شود یا نیاز به تعویض داشته باشند. اگر مواد جایگزین تأیید نشده باشند، ممکن است عدم تطابق در بسته‌بندی یا پین‌ها، تداخل با کانکتورها یا محفظه‌ها، تغییر در عملکرد الکتریکی، تأثیر بر سیستم عامل یا حتی از بین رفتن اهمیت استانداردهای آزمایش اصلی وجود داشته باشد.

بنابراین، پروژه باید از یک فهرست اقلام مورد نیاز (BOM) کنترل‌شده و یک فرآیند تأیید واضح برای مواد جایگزین استفاده کند و سوابق مواد را برای هر دسته تولید نگه دارد. هنگام پیشنهاد مواد جایگزین، لازم است شماره قطعه، پارامترهای کلیدی الکتریکی و مکانیکی و سازگاری میان‌افزار سازنده بررسی شود. همه تغییرات باید قبل از تهیه یا انتشار تولید تأیید شوند.

پوشش تست که در لبه برد متوقف می‌شود

تست‌های پیوستگی و الکتریکی پایه می‌توانند مشکلاتی مانند مدارهای باز و مدارهای کوتاه را تشخیص دهند، اما نمی‌توانند تضمین کنند که برد مدار پس از نصب در ربات به درستی کار خواهد کرد. کنترل‌کننده باید با رابط‌ها و میان‌افزار واقعی سازگار باشد؛ برد درایور باید تحت بارهای مشخص شده کار کند؛ و حسگرها و خروجی‌های حفاظتی باید معیارهای تعیین‌شده را برآورده کنند.

از این رو، تست عملکردی PCBA باید با در نظر گرفتن کاربرد واقعی برد طراحی شود. شما باید مشخصات تست، رابط‌ها یا فیکسچرهای سازگار، میان‌افزار، محدوده‌های عملیاتی و معیارهای پذیرش را ارائه دهید. PCBasic رابط مربوطه، ارتباطات و تست‌های بار را بر اساس این شرایط پیکربندی می‌کند، نه اینکه یک روش تست واحد را برای همه بردها اعمال کند.

چگونه تولید و بازرسی PCBA الزامات را به یک ساخت قابل اعتماد تبدیل می‌کند؟

بازرسی نهایی فقط می‌تواند تأیید کند که آیا محصول نهایی در آن زمان پذیرفته شده است یا خیر، اما نمی‌تواند فقدان تغییرات ثبت‌شده در مواد جایگزین را جبران کند و همچنین لزوماً نمی‌تواند تمام انحرافات به جا مانده از فرآیندهای قبلی را تشخیص دهد. بنابراین، کنترل کیفیت را نمی‌توان کاملاً بر بازرسی نهایی قرار داد. ما ابتدا باید مواد و نسخه‌ها را تأیید کنیم، فرآیند مونتاژ را کنترل کنیم، آزمایش‌هایی را در محتمل‌ترین نقاط تشخیص نقص انجام دهیم و در نهایت عملکرد الکتریکی و عملکردی را تأیید کنیم.

سیستم MES در PCBasic می‌تواند کارت‌های برد یا دسته‌های تولید را با دسته‌های مواد، مراحل فرآیند، نتایج بازرسی و داده‌های آزمایش مرتبط کند. بنابراین، هنگامی که در یکپارچه‌سازی کلی سیستم مشکلی وجود دارد، مهندسان می‌توانند به جای مشاهده فقط یک رکورد نهایی تایید شده، در امتداد سوابق به مواد، فرآیندها یا نتایج آزمایش خاص ردیابی کنند.

از BOM و مواد اولیه گرفته تا SMT و مونتاژ از طریق سوراخکاری

پس از شروع تولید، ابتدا بررسی می‌کنیم که آیا مواد اولیه ورودی با BOM و الزامات نسخه مطابقت دارند یا خیر. قطعات نصب سطحی با استفاده از SMT مونتاژ می‌شوند، در حالی که کانکتورها، ترمینال‌ها و قطعاتی که نیاز به اتصال مکانیکی قوی‌تری دارند، معمولاً با استفاده از مونتاژ سوراخ‌دار نصب می‌شوند.

روش لحیم‌کاری بر اساس نوع قطعه، طرح برد، حجم تولید و الزامات مقاومت در برابر حرارت انتخاب می‌شود. روش‌های رایج شامل لحیم‌کاری موجی، لحیم‌کاری انتخابی، لحیم‌کاری دستی و لحیم‌کاری جریان برگشتی از طریق سوراخ است. در طول فرآیند، سوابق تولید باید نسخه برد، BOM، دسته مواد، روش لحیم‌کاری و نتایج بازرسی را مستند کنند تا از ناهماهنگی در اطلاعات مورد استفاده در مراحل مختلف تولید جلوگیری شود.

بازرسی SPI، AOI، اشعه ایکس و بازرسی مواد درجه یک

قبل از نصب قطعات، SPI حجم، موقعیت و شکل خمیر لحیم را بررسی می‌کند تا از ورود هرگونه ناهنجاری آشکار به فرآیند لحیم‌کاری جریانی جلوگیری کند. پس از اتمام مونتاژ، از AOI برای بررسی موقعیت‌های قابل مشاهده قطعات و اتصالات لحیم استفاده می‌شود، در حالی که از X-Ray برای بررسی اتصالات لحیم پنهان در زیر BGA و سایر بسته‌ها استفاده می‌شود. قبل از گسترش رسمی تولید، ما همچنین بازرسی‌های قطعه اول را برای تأیید نتایج مونتاژ و داده‌های تولید مرتبط انجام خواهیم داد.

مشکلاتی که توسط تجهیزات تشخیص مختلف حل می‌شوند، یکسان نیستند، بنابراین لازم است آنها را بر اساس خطرات واقعی مرتب کنید. طرح پروژه باید به وضوح مشخص کند که کدام بسته‌ها و نقص‌ها باید توسط SPI، AOI یا X-Ray بررسی شوند. ویدیوهای تحلیل اتصال لحیم همراه می‌توانند به شما در درک فرآیند تشخیص خاص کمک کنند.

تست عملکردی و قابلیت ردیابی دیجیتال

آزمایش عملکردی می‌تواند ارتباط رابط، پاسخ سیگنال، خروجی بار یا منطق حفاظت را طبق طرح آزمایش تعریف‌شده تأیید کند. MES و سوابق بازرسی، زمینه را حفظ می‌کنند و امکان ردیابی خطا تا برد، مرجع قطعه یا سری ساخت مواد، مرحله فرآیند و نتیجه آزمایش را فراهم می‌کنند.

مونتاژ نهایی، ساخت جعبه و یکپارچه‌سازی مهار کابل

برای برخی پروژه‌ها، علاوه بر PCBA، کارهای زیر نیز باید انجام شوند: پردازش دسته سیم، اتصال ماژول و مونتاژ پوسته. در طول فرآیند مونتاژ، لازم است تأیید شود که توالی سیم‌کشی، جهت کانکتور و موقعیت نصب صحیح است و همچنین تداخل پوسته و شرایط اتصال بررسی شود. پس از اتمام، آزمایش‌های عملکردی باید در صورت نیاز انجام شود.

هنگام ارائه قیمت، باید نقشه‌های محفظه و کابل‌ها، تعریف کانکتورها، الزامات سفت کردن و الزامات آزمایش پس از مونتاژ را ارائه دهید.

نتیجه

مونتاژ قابل اعتماد PCB ربات نه تنها مربوط به لحیم کاری صحیح قطعات روی برد مدار است، بلکه شامل تنظیم مونتاژ، بازرسی و آزمایش بر اساس هدف و شرایط کاری واقعی برد نیز می‌شود. برای قطعات متحرک، باید به شعاع خمش اتصالات انعطاف‌پذیر، پشتیبانی ساختاری و آزادسازی تنش توجه شود؛ برای BGA و سایر بسته‌های اتصال انتهایی، فرآیند جوشکاری باید کنترل شود و اتصالات لحیم پنهان باید بررسی شوند؛ برای بردهای قدرت، حسگر، کنترل و ارتباطات، رابط‌های واقعی و توابع تأیید بار باید با هم ترکیب شوند.

قبل از استعلام قیمت و بررسی تولید، مشتری باید آخرین فایل‌های Gerber، BOM، CPL، نقشه‌های مونتاژ و سوابق نسخه را ارائه دهد و الزامات خم شدن، آزمایش، رابط‌ها، بار، محفظه و کابل‌ها و غیره را توضیح دهد. در عین حال، آنها باید مقدار و تاریخ تحویل را تأیید کنند. از طریق بررسی مهندسی پایه PCB، این مواد را می‌توان قبل از تولید به طور یکنواخت بررسی کرد، در نتیجه امکان تأیید زودهنگام مونتاژ، آزمایش، بازرسی و برنامه‌های کلی ادغام فراهم می‌شود و خطر دوباره‌کاری و مشکلات اشکال‌زدایی مشترک را هنگام انتقال پروژه از نمونه اولیه به تولید انبوه کاهش می‌دهد.

سوالات متداول

سوال ۱: یک بسته مونتاژ PCB رباتیک باید شامل چه چیزهایی باشد؟

A1: شامل Gerber، BOM، Pick-and-place/CPL، نقشه‌های مونتاژ، نقشه بسته‌بندی، خم‌کاری الزامات، آزمایش‌ها، رابط‌ها، بارها، جزئیات محفظه یا کابل، بازنگری، کمیت و برنامه.

سوال ۲: اتصالات انعطاف‌پذیر اطراف مفاصل ربات چگونه باید بررسی شوند؟

A2: بررسی مسیریابی، تعیین خمیدگی استاتیک یا دینامیک، محدودیت خمیدگی، پشتیبانی از انتقال، میزان کاهش فشار و محدوده حرکت. یک بررسی حرکت تعریف کنید که سیگنال مربوطه را رصد کند.

س ۳: چرا معمولاً از اشعه ایکس برای مونتاژ PCB BGA استفاده می‌شود؟

A3: بردهای BGA معمولاً به یک استراتژی بازرسی مفصل پنهان تعریف‌شده، با اشعه ایکس، نیاز دارند. پوشش تعیین شده توسط ریسک بسته و محصول.