نکات طراحی PCB به منظور بهبود عملکرد pick and place

برای کسانی که آشنایی کافی با روش ها و نحوه ی مونتاژ قطعات الکترونیکی بر روی PCB ندارند لازم است توضیح کوتاهی در باره ی روش مونتاژ SMT یا همان روش مونتاژ سطحی، بدهم و بعد به سراغ نکات طراحی PCB به منظور بهبود عملکرد pick and place خواهیم رفت.

در این روش قطعات و اجزای الکترونیکی معمولا به صورت کاملا خودکار و به کمک روبات ها و ماشین های کاملا اتوماتیک و پیشرفته بر روی سطح PCB به طور دقیق و درست درجای خود قرار میگیرند، نحوه ی عملکرد این ماشین ها به این گونه است که قطعات الکترونیکی به وسیله ی نازل این دستگاه از داخل نوار های حاوی آن قطعه که خود نوار، درون فیدر دستگاه قرار گرفته است، برداشته میشود و نازل شروع به حرکت میکند و قطعه را در جای خود قرار میدهد.

کاملا روشن است قبل از این فرایند باید برای هر نوع بردی که قصد تولید آن را داریم، PCB و قطعات الکترونیکی به کار رفته در آن برد را به دستگاه معرفی کرده و دستگاه را برای مونتاژ قطعات بر روی  PCB برنامه نویسی کنیم.

این دستگاه های قابل برنامه نویسی،اتوماتیک،دقیق و پیشرفته pick and place نام دارند. اگر چه به طور کلی دستگاه های pick and place به صنعت الکتررونیک کمک زیادی کرده تا سرعت مونتاژ برد های الکترونیکی افزایش یابد اما نحوه ی طراحی PCB که درون دستگاه به منظور مونتاژ قطعات بر روی آن، قرار داده شده است نقش مهمی در کند کردن فرایند مونتاژ توسط دستگاه pick and place و یا سرعت بخشیدن به این فرایند، دارد.

در این مقاله پیشنهاداتی برای طراحی PCB برای شما شرح داده شده که کمک کند تا سرعت فرایند مونتاژ به کمک دستگاه pick and place به حداکثر برسد.که این امر میتواند به طور بالقوه ای بازدهی دستگاه را افزایش دهد و به میزان زیادی زمان و هزینه را کاهش دهد.

نکات طراحی PCB تا حد امکان قطعات SMD بزگ تر انتخاب کنید

برای راحت تر شدن فرایند مونتاژ بهتر است قطعات SMD  را از پکیج 0402 انتخاب کنیم و یا در صورت امکان میتوان از پکیج 0603 نیز استفاده کرد. به طور کلی هرچه اندازه ی قطعات و به طبع آن پد در نظرگرفته شده روی PCB بزرگ تر باشد فرایند مونتاژ آن ها برای pick and place راحت تر میباشد و دستگاه با خطای کمتر و سرعت بیشتر میتواند مونتاژ را انجام دهد.

تصور کنید شما یک تیرانداز هستید که قرار است یک هدف مشخص را با گلوله بزنید، طبیعی است که هرچه هدف مورد نظر شما بزرگ تر باشد شما راحت تر و سریع تر میتوانید هدف را مورد اصابت قرار دهید.  در اینجا نازل دستگاه pick and place نقش تیر انداز و پدهای روی PCB  حکم هدف تیرانداز را بازی میکنند. پس در طراحی PCB نکات طراحی PCB به منظور بهبود عملکرد pick and place  هرچه قطعات SMD و به طبع آن پد های در نظر گرفته شده روی PCB بزرگ تر باشد،تشخیص جای دقیق قطعه برای سیستم بینایی دستگاه راحت تر میباشد.

به خاطر داشته باشید که ما در طراحی هایمان گاهی مجبوریم از پکیج 0201 نیز استفاده کنیم و نکات گفته شده به این معنی نیست که دستگاه pick and place نمیتواند این قطعات را به طور دقیق برای ما مونتاژ کند بلکه تفاوت فقط در سرعت مونتاژ میباشد.

فاصله و فضای کافی بین قطعات قرار دهید

هنگام طراحی PCB  به فاصله ای که بین قطعات مختلف در نظر گرفته اید توجه کنید. در نکات طراحی PCB به منظور بهبود عملکرد pick and place توصیه ی ما این است که در صورت امکان و وجود فضای کافی ، بین قطعات به اندازه ی یک میلیمتر فاصله در نظر بگیرید.

اگر قطعات فشرده و نزدیک به هم باشند در زمان برنامه نویسی دستگاه pick and place ، به زمان و توجه بیشتری برای تعیین و معرفی بهترین مکان برای قرار دادن قطعات الکترونیکی توسط دستگاه نیاز داریم و همچنین در این صورت باید ترتیب و الویت قرار گرفتن قطعات را نیز در برنامه نویسی در نظر بگیریم که واضح است کار مارا سخت و زمان بر میکند.

به عنوان مثال اگر یک خازن آلومینیومی درست در کنار یک مقاومت کوچک از پکیج 0402 قرار گرفته شده باشد اگر ابتدا خازن مونتاژ شود در این صورت زمان مونتاژ مقاومت کوچکی که در کنار آن قرار دارد، خطر اصابت نوک نازل با خازن وجود دارد.

در بردهای خیلی کوچک اگر امکان این که بین قطعات فاصله ی یک میلیمتری رعایت شود وجود ندارد، با اینکه شاید خیلی واقع بینانه نباشد ولی در صورت امکان یک قطعه را از مدار حذف کنید.

نکات طراحی PCB قطعات تخت بدون پایه را انتخاب کنید

در نکات طراحی PCB به منظور بهبود عملکرد pick and place بهتر است از قطعات بدون پایه مثل BGAها ،DFNها و QFN ها به جای قطعات پایه دار استفاده شود. اجزای دارای پایه شکننده هستند و به راحتی می توانند آسیب ببینند.در قطعات بدون پایهآسیب دیدن قطعات دشوارتر است و بنابراین بازده بهتری دارند.اگرچه اصلاح و تعمیر قطعات BGA و QFN دشوار تر وزمان بر است ولی کم پیش می آید که ما مجبور به اصلاح و تعمیر قطعات شویم.

به ارتفاع قطعاتی که میخواهید استفاده کنیم توجه کنید

مدل های مختلف ماشین های pick and place محدودیت های مختلفی در ارتفاع نازل نسبت به سطح PCB دارند.

عملکرد نازل این ماشین ها به این گونه است که نازل با ارتفاع مشخصی از سطح PCB حرکت میکنند و زمانی که نازل میخواهد قطعه را روی PCB قرار دهد نوک نازل به صورت مجزا از مجموعه ی کلی نازل ها، پایین میاید تا زمانی که قطعه به سطح PCB بچسبد وآن لحظه قطعه را رها میکند. حال رنج تغییر ارتفاع نوک نازل ممکن است گاهی محدودیت هایی را برای ما ایجاد کند که با توجه به مدل ماشین pick and place خود باید در زمان انتخاب قطعات الکترونیکی این محدودیت ها را در نظر بگیریم.نکات طراحی PCB به منظور بهبود عملکرد pick and place.

معمولا رنج حرکتی نوک نازل 15_25 میلیمتر میباشد.اگر به عنوان مثال میخواهید از یک خازن بزرگ با ظرفیت بالا استفاده کنید اما محدودیت ارتفاع ماشین pick and place این اجازه را به شما نمیدهد میتوانید آن خازن را به صورت جداگانه و به صورت دستی مونتاژ کنید و یا در صورت وجود فضای کافی روی PCB میتوانید از چند خازن کوچک تر به صورت موازی استفاده کنید.