الكثير من لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) “تعمل كهربائياً” بشكل صحيح، لكنها تفشل أثناء الإنتاج لأن التصميم تجاهل DFM (التصميم من أجل قابلية التصنيع) وDFT (التصميم من أجل الاختبار). والنتيجة غالباً تكون واضحة ومتوقعة: إنذارات على خط SMT، عدم استقرار أثناء المناولة، لحامات ضعيفة، زيادة في إعادة العمل (Rework)، وتغطية اختبار ضعيفة.
فيما يلي دليل عملي مُركّز على أرض المصنع يوضح أشهر أخطاء تصميم الـPCB، وعيوب SMT التي تسببها، وقواعد DFM التي تمنع حدوثها—مع تغطية موضوعات مهمة مثل: تجميع اللوحات (PCB Panelization)، علامات التموضع (Fiducial Marks)، ثقوب التثبيت (Tooling Holes)، عيب الوقوف العمودي Tombstoning، Via-in-Pad، نقاط اختبار ICT، وقناع اللحام Solder Mask.
1) غياب ثقوب التثبيت وحوافّ العملية: لوحة “غير قابلة للتشغيل” على خط SMT
خطأ التصميم: عدم وجود Tooling Holes وعدم وجود Process Rails (حواف التجميع/حواف الكسر).
تأثير DFM: معدات SMT لا تستطيع تثبيت اللوحة أو محاذاتها بشكل ثابت.
ما ستراه على الخط:
- انحراف في طباعة معجون اللحام (Solder Paste)
- أخطاء في رؤية/تموضع آلة التركيب Pick-and-Place
- عدم استقرار على الناقل Conveyor، ميلان اللوحة، إنذارات متكررة
حل DFM:
- إضافة Panel Rails مع Tooling Holes قياسية للتسجيل والمناولة
- الالتزام بمتطلبات المصنع (عرض الحواف ومواصفات الثقوب)
2) حجم مبالغ فيه أو شكل غير منتظم: عدم استقرار المناولة والتموضع
خطأ التصميم: اللوحة صغيرة جداً/كبيرة جداً أو ذات شكل معقد وغير منتظم.
تأثير DFM: لا تتوافق مع حدود خط SMT الميكانيكية أو تتطلب جِيجات (Fixtures) مكلفة.
نتائج شائعة:
- نقل غير مستقر (اهتزاز/ميلان)
- انحراف في التموضع وعيوب في الطباعة
- زيادة احتمال انبعاج اللوحة (Warpage) أثناء إعادة اللحام (Reflow)
حل DFM:
- استخدام PCB Panelization مع حواف لتثبيت الحجم وجعل المناولة مستقرة
- تجنب الأشكال التي لا تدعمها ناقلات الخط القياسية
3) أخطاء علامات Fiducial: فشل الرؤية وإنذارات التموضع
خطأ التصميم: غياب أو عدم معيارية Fiducial Marks خاصة قرب دوائر دقيقة الأرجل مثل FQFP.
مشاكل شائعة في الـFiducial:
- قناع اللحام قريب جداً أو يغطي النحاس
- حجم غير صحيح (كبير جداً/صغير جداً)
- تباين ضعيف حول العلامة
ما يحدث:
- كاميرات آلة التركيب لا تستطيع التقاط العلامة بثبات
- إنذارات متكررة وانخفاض دقة التموضع
حل DFM:
- استخدام Fiducials معيارية عالمية (Global) + محلية (Local)
- إبقاء الـFiducials نظيفة بدون تداخل قناع/سلك سكرين، مع مسافة كافية لتحسين التباين
4) هندسة Pad غير صحيحة: ميلان، دوران، وعيب Tombstoning
خطأ التصميم: أبعاد/مسافات Pads غير صحيحة لمكوّنات الـChip أو Pads غير متوازنة.
عيوب SMT: سوء محاذاة، ميلان، وTombstoning.
لماذا يحدث (ديناميكية Reflow):
أثناء Reflow يذوب معجون اللحام وتؤثر قوى الشد السطحي على المكوّن. إذا كانت الـPads غير متوازنة، تصبح القوى غير متوازنة أيضاً—فيتحرك المكوّن أو يرتفع أحد طرفيه.
حل DFM:
- استخدام بصمات (Footprints) موثوقة على نمط IPC أو توصيات الشركة المصنعة
- الحفاظ على تماثل الـPads (الحجم، الشكل، كمية معجون اللحام)
5) Via-in-Pad بدون معالجة صحيحة: نقص لحام (Solder Starvation)
خطأ التصميم: Via-in-Pad مع فتحات غير مملوءة/غير مسدودة.
عيوب SMT: كمية لحام قليلة، لحام ضعيف، انقطاعات متقطعة.
ما يحدث:
اللحام المنصهر “ينسحب” داخل الـVia أثناء Reflow، فيترك لحاماً غير كافٍ على السطح.
حل DFM:
- تجنب Via-in-Pad إلا عند الضرورة
- عند الحاجة: تحديد معالجة مناسبة للـVia (ملء/سد + تسوية Planarization) بما يناسب قدرات المصنع
6) استخدام نحاس الأرضي كجزء من Pad: عدم توازن حراري → Tombstoning
خطأ التصميم: أحد الطرفين متصل بمساحة أرضي كبيرة أو استخدام Track كـPad بينما الطرف الآخر أصغر.
عيوب SMT: Tombstoning خصوصاً للمكوّنات الصغيرة.
لماذا يحدث:
نحاس أكبر = كتلة حرارية أعلى = تسخين أبطأ. طرف يذوب لاحقاً، فتسحب قوى الشد السطحي المكوّن للوقوف عمودياً.
حل DFM:
- موازنة النحاس حول الـPads
- استخدام Thermal Relief عند الحاجة
- جعل الطرفين متشابهين حرارياً قدر الإمكان
7) Pads لدوائر دقيقة الأرجل ضيقة الضبط: Bridging وضعف في اللحام
خطأ التصميم (مثال FQFP):
- Pads عريضة جداً → تجمع لحام → Bridging
- طول Pad (Heel/Toe) قصير جداً → ضعف في قوة الوصلة
عيوب SMT:
- قصر بسبب Bridging
- لحامات هشة ومشاكل اعتمادية
حل DFM:
- اتباع Land Patterns معتمدة للحزم الدقيقة
- ضبط عرض/طول الـPad واستراتيجية قناع اللحام بما يناسب نافذة العملية
8) تمرير المسارات بين الأرجل في المنتصف: فحص AOI أصعب
خطأ التصميم: مسارات تمر في منتصف المسافة بين الأرجل الدقيقة.
الأثر: يقل وضوح منطقة اللحام بعد Reflow.
ما يحدث:
يصبح من الصعب على AOI أو الفحص اليدوي رؤية حواف الـFillet بشكل واضح، فتزداد احتمالية تفويت Bridging أو نقص اللحام.
حل DFM:
- توجيه المسارات بطريقة تحافظ على وضوح منطقة اللحام قدر الإمكان
- لا تضحّي بهامش الفحص مقابل سهولة توجيه بسيطة
9) تصميمات Wave Solder بدون ميزات مساعدة: Bridging أعلى
خطأ التصميم: دوائر تُلحّم بالموجة Wave بدون Pads مساعدة أو ميزات “سحب اللحام” (Solder Thieves).
العيب: Bridging بعد Wave Solder.
حل DFM:
- التصميم وفق اتجاه الموجة وتدفق اللحام
- إضافة ميزات مساعدة حسب ما يدعمه مصنع التجميع
10) توزيع مكونات سيّئ: انبعاج اللوحة بعد Reflow
خطأ التصميم: تركيز ICs في منطقة واحدة مع عدم توازن النحاس والكتلة.
الأثر: Warpage بعد Reflow وعدم استقرار عند تجميع الوجه الثاني.
نتائج وعيوب محتملة:
- انحراف التموضع
- إجهاد على BGA أو الحزم الدقيقة
- مشاكل في الجيجات والاختبار
حل DFM:
- موازنة توزيع النحاس
- تجنب تجميع مكونات ثقيلة في منطقة واحدة دون اعتبار ميكانيكي
- التفكير مبكراً في Stack-up ودعم اللوحة داخل اللوح المُجمّع (Panel Support)
11) نقاط ICT غير مناسبة: تغطية اختبار ضعيفة أو لا اختبار
خطأ التصميم: نقاط ICT مفقودة أو صغيرة أو غير متاحة أو متقاربة جداً.
الأثر: لا يستطيع جهاز ICT لمس النقاط بثبات أو لا يمكن تشغيل الاختبار أصلاً.
حل DFM/DFT:
- توفير نقاط اختبار متاحة وبمسافات مناسبة للشبكات المهمة
- تجنب وضع نقاط الاختبار تحت المكونات أو داخل مناطق الحظر
12) تباعد غير كافٍ بين SMDs: إعادة العمل تصبح خطرة
خطأ التصميم: المسافة بين مكونات SMD ضيقة جداً.
الأثر: إعادة العمل بطيئة وخطرة وقد تكون مستحيلة.
حل DFM:
- ترك مسافة عملية لأدوات الهواء الساخن والكاوية
- اعتبار قابلية الإصلاح جزءاً من قابلية التصنيع
13) قناع اللحام/السكرين على Pads: لحام غير مبلل وانقطاعات
خطأ التصميم: فتحات قناع لحام غير صحيحة أو طباعة Silkscreen فوق Pads.
عيوب SMT: ضعف البلل، لحام بارد، انقطاعات، أعطال متقطعة.
حل DFM:
- تطبيق قواعد مسافة قناع اللحام بصرامة
- منع طباعة السكرين على مناطق اللحام
- التحقق من تعويضات تمدد القناع (Mask Expansion) وتفاوتات التسجيل
14) Panelization أو V-Score سيّئ: Warpage وإجهاد أثناء فصل اللوحات
خطأ التصميم: استراتيجية PCB Panelization أو V-Score ضعيفة أو تنفيذها غير مناسب.
الأثر: Warpage بعد Reflow وإجهاد ميكانيكي أثناء فصل اللوحات Depaneling.
مشاكل شائعة:
- Tabs ضعيفة أو دعم غير متوازن
- عمق/موضع V-Score غير مناسب لسمك اللوحة وتخطيطها
حل DFM:
- استخدام حواف Panel Rails + استراتيجية Tabs/V-Score مستقرة
- إبعاد مناطق الفصل عن المكونات الحساسة والحزم الدقيقة
الأسباب الجذرية: لماذا تتكرر هذه الأخطاء؟
أغلب الأعطال ترجع لثلاث نقاط:
- الاستهانة بأن Reflow عملية ديناميكية
عيوب مثل Tombstoning والميلان ليست عشوائية—بل نتيجة فيزياء + بصمة + توازن حراري. - عدم إشراك مهندسي العملية مبكراً
قيود DFM والتجميع غالباً لا تُكتشف إلا في بناء تجريبي (Pilot) أو الإنتاج. - غياب معايير داخلية ثابتة لـ DFM/DFT
بدون قواعد موحدة للبصمات، fiducials، tooling holes، panelization، نقاط ICT، وقناع اللحام—يتكرر نفس الخطأ في كل مشروع.
خلاصة عملية: عقلية DFM تمنع أغلب عيوب SMT
لخفض عيوب SMT وتحسين الاستقرار في الإنتاج، تعامل مع تصميم الـPCB كجزء من نظام التصنيع:
- PCB DFM: ثقوب التثبيت، حواف اللوح، fiducials، استراتيجية panelization، توازن النحاس
- موثوقية SMT: تماثل الـPads، التحكم في via-in-pad، توازن حراري لمنع tombstoning
- DFT: نقاط ICT سهلة الوصول وبمسافات مناسبة
- نظافة العملية: فتحات قناع لحام صحيحة ومنع تداخل السكرين مع مناطق اللحام
