في أي تجميع للوحات الدوائر المطبوعة (PCBA)، تلعب وصلات اللحام دورًا محوريًا، فهي لا تعمل فقط كوصلات كهربائية بين المكونات ولوحة الدائرة، بل أيضًا كدعامات مادية. لا مبالغة في القول إن جودة اللحام هي حجر الزاوية في وظائف وموثوقية لوحات الدوائر المطبوعة. يُعد اللحام من أهم العمليات وأكثرها أهمية في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة، وتحدد جودته بشكل مباشر مدى كفاءة عمل لوحات الدوائر المطبوعة. ومع ذلك، قد تؤدي عوامل مختلفة أثناء عملية اللحام إلى عيوب، وهي من أكثر المشكلات شيوعًا التي يتم تحديدها أثناء اختبار لوحات الدوائر المطبوعة. لذلك، يُعد فحص جودة اللحام وإدارتها في نظام اختبار لوحات الدوائر المطبوعة أمرًا أساسيًا لضمان جودة المنتج.

لماذا يُولي اختبار لوحات الدوائر المطبوعة هذا القدر من الأهمية لجودة اللحام؟ ينبع هذا من التأثير المباشر لعيوب اللحام على أداء لوحات الدوائر المطبوعة وموثوقيتها:

فشل التوصيل (وصلة لحام باردة/دائرة مفتوحة): تفشل وصلات اللحام في تكوين وصلات كهربائية فعالة، مما يؤدي إلى عطل في الدائرة.

التوصيل غير المقصود (جسر اللحام/قصر الدائرة): تتشكل جسور اللحام بين وصلات أو مسارات اللحام المختلفة، مما يتسبب في حدوث قصر في الدوائر الكهربائية، مما قد يؤدي إلى تلف المكونات أو حدوث أخطاء وظيفية.

ضعف التوصيل (لحام بارد/لحام غير كافٍ): قد تؤدي وصلات اللحام الضعيفة أو المقاومة المفرطة إلى ضعف الإشارة، أو عدم استقرار التوصيلات، أو حتى حدوث كسور عند الاهتزاز أو تغيرات درجة الحرارة.

عيوب اللحام الداخلية (الفراغات): خاصةً في كرات اللحام في عبوات BGA، يمكن للفراغات أن تؤثر سلبًا على القوة الميكانيكية والأداء الحراري، مما يخلق مخاطر خفية.

انخفاض الموثوقية: تُعد عيوب اللحام سببًا رئيسيًا لأعطال PCBA المبكرة أو حدوث مشاكل متقطعة أثناء التشغيل.

يُعد اكتشاف عيوب اللحام هذه أحد الأهداف الرئيسية لاختبار PCBA. تُحدد جودة اللحام مباشرةً من خلال مستوى التحكم في عملية اللحام أثناء تصنيع PCBA. لذلك، يُدمج فحص جودة اللحام في مراحل متعددة من اختبار PCBA.

لفحص جودة لحام لوحات الدوائر المطبوعة (PCBA)، تُستخدم عادةً واحدة أو أكثر من طرق الاختبار أو الفحص التالية:

فحص معجون اللحام (SPI): يُجرى بعد طباعة معجون اللحام وقبل تركيب المكونات. يتحقق SPI من حجم معجون اللحام وشكله وموضعه وسمكه. بما أن معظم عيوب اللحام تنشأ من طباعة معجون لحام رديئة، يُعد SPI خطوة أولى حاسمة في منع عيوب اللحام أثناء تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة.

الفحص البصري الآلي (AOI): يُجرى بعد لحام إعادة الانصهار. يستخدم AOI كاميرات عالية السرعة لالتقاط صور لوحات الدوائر المطبوعة، ويستخدم خوارزميات لفحص مظهر وصلات اللحام ومواضع المكونات (مثل القطبية، والموضع، والمكونات المفقودة، أو عدم المحاذاة). ويمكنه الكشف عن مشاكل مثل اللحام الزائد/الناقص، أو الوصلات الجسرية، أو وصلات اللحام الباردة (التي تتجلى أحيانًا في شكل غير طبيعي لوصلات اللحام). يُعد AOI طريقة فعالة لفحص دفعات عيوب اللحام بعد تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة.

فحص الأشعة السينية: ضروري لحزم مثل BGA وQFN حيث تكون وصلات اللحام مخفية أسفل المكونات. يُمكن فحص الأشعة السينية "الرؤية من خلال" المكونات لفحص شكل كرة اللحام، والفراغات الداخلية، والجسور، وظروف لحام المسامير. يوفر هذا الفحص مزايا فريدة للكشف عن عيوب اللحام غير المرئية، ويُستخدم عادةً في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCBA) عالية الموثوقية أو المعقدة.

اختبار الدائرة الداخلية (ICT): يستخدم مجسات للاتصال بنقاط الاختبار على لوحة الدوائر المطبوعة لإجراء اختبارات الدائرة المفتوحة/القصيرة وقياس المعلمات الكهربائية للمكونات. يحدد اختبار الدائرة الداخلية (ICT) بفعالية حالات القصر الناتجة عن جسور اللحام، والفتحات الناتجة عن وصلات اللحام الباردة أو اللحام المفقود. يتحقق هذا الاختبار كهربائيًا من صحة التوصيلات الناتجة عن تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة.

اختبار الوظيفة (FCT): يُتحقق من صحة وظائف لوحة الدوائر المطبوعة من خلال محاكاة ظروف التشغيل الفعلية وإشارات الإدخال. قد تبدو بعض وصلات اللحام الباردة أو الوصلات الضعيفة طبيعية في الاختبار الثابت أو في درجة حرارة الغرفة، ولكنها تظهر على شكل أعطال أو أعطال متقطعة أثناء اختبار FCT تحت تأثير الطاقة أو الحرارة أو الاهتزاز. يساعد فحص اللحام بالعينات (FCT) على كشف هذه المشاكل الوظيفية الكامنة الناتجة عن جودة اللحام.

الفحص البصري اليدوي: على الرغم من قلة كفاءته وخضوعه للعوامل البشرية، إلا أن المفتشين ذوي الخبرة ما زالوا قادرين على تحديد بعض عيوب اللحام في مناطق حرجة أو معقدة، مما يُكمل عمليات التفتيش الآلية.

إن اكتشاف مشاكل جودة اللحام ليس سوى الخطوة الأولى؛ فالإدارة الفعالة والتحسين المستمر أمران أساسيان للحد من تكرارها.

التسجيل والتصنيف الدقيق للعيوب: إنشاء قاعدة بيانات مفصلة للعيوب لتوثيق أنواع العيوب ومواقعها وكمياتها ومراحل الكشف (AOI، الأشعة السينية، ICT، FCT، إلخ). يُساعد التصنيف الدقيق على إجراء التحليلات اللاحقة.

إعادة العمل والاختبار القياسيان: إعادة العمل على عيوب اللحام المكتشفة باحترافية. يجب أن تلتزم عملية إعادة العمل بالمواصفات بدقة، باستخدام الأدوات والمواد المناسبة لتجنب التلف الثانوي. يجب إعادة اختبار لوحات الدوائر المطبوعة المعاد تصنيعها للتأكد من حلّها وعدم وجود مشاكل جديدة.

تحليل السبب الجذري (RCA): إجراء تحليل معمق لعيوب اللحام عالية التردد أو الحرجة لتحديد أسبابها الحقيقية. قد يشمل ذلك معلمات طباعة معجون اللحام، ودقة آلة الالتقاط والوضع، وبيانات درجة حرارة إعادة التدفق، ونشاط التدفق، وتصميم الوسادة، وجودة لوحة الدوائر المطبوعة، أو حتى امتثال المشغل أثناء تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة.

مراقبة العمليات وتحسينها: بناءً على نتائج تحليل السبب الجذري، اضبط معلمات تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة، وحافظ على المعدات، وحسّن العمليات، وعزز التدريب. على سبيل المثال، تحسين بيانات درجة حرارة فرن إعادة التدفق لتقليل الفراغات، وتحسين تصميم الاستنسل لطباعة معجون اللحام لمعالجة مشكلة التوصيل أو نقص اللحام، أو تشديد معايير فحص AOI لتحسين معدلات اكتشاف العيوب.

تحليل البيانات وحلقة التغذية الراجعة: الاستفادة من بيانات الاختبار والفحص المتراكمة لتحليل الاتجاهات، وإحصاءات الإنتاج، وتحليل أنماط الفشل. تُشكل التغذية الراجعة في الوقت المناسب لفرق البحث والتطوير والتصميم وهندسة التصنيع نظامًا مغلقًا للتحسين المستمر، ومعالجة مشاكل جودة اللحام من جذورها.

جودة اللحام هي شريان الحياة لموثوقية PCBA، ويُعدّ فحصها وإدارتها الدقيقان أمرًا أساسيًا في نظام اختبار PCBA. من خلال استخدام SPI وAOI والأشعة السينية وغيرها من طرق الفحص في مراحل مختلفة من تصنيع PCBA، بالإضافة إلى تكنولوجيا المعلومات والاتصالات (ICT) وFCT للتحقق من صحة الأداء الكهربائي، يمكن اكتشاف العيوب بفعالية. والأهم من ذلك، أن تحليل السبب الجذري للمشاكل المحددة وردود البيانات على عملية التصنيع يُمكّنان من التحسين المستمر. فقط من خلال دمج تقنيات الفحص المتقدمة مع أساليب الإدارة العلمية، يُمكن تصنيع منتجات PCBA عالية الأداء وعالية الموثوقية.