Soluciones de procesamiento para PCB de alta densidad

Los diseñadores deben considerar las temperaturas de procesamiento, la producibilidad y la integridad de las juntas de soldadura de cada componente, así como conectores de E / S superiores. Este artículo analiza formas de habilitar huellas de componentes más pequeñas para PCB de alta densidad.

A medida que los componentes electrónicos continúan haciéndose más pequeños y rápidos, los componentes de soporte deben desarrollarse primero para permitir huellas más pequeñas. Al aumentar la densidad y reducir el tamaño, los fabricantes tienen menos margen de error y se deben desarrollar mejores métodos de procesamiento.

El procesamiento de conectores de mayor densidad en un conjunto de placa de circuito impreso crea complicaciones que deben abordarse. Los diseñadores deben considerar las temperaturas de procesamiento, la capacidad de producción y la integridad de las juntas de soldadura de cada componente. El aumento de densidad se debe a la demanda de un conector de E / S más alto en el mismo espacio una vez ocupado por un conector de E / S mucho más bajo.

Los conectores tradicionales de orificio pasante o de montaje en superficie han alcanzado un límite en la cantidad de señales (pines por pulgada cuadrada) que se pueden usar de manera efectiva en estas aplicaciones. Aquí es donde los fabricantes de conectores han considerado utilizar BGA, crimpado de soldadura y diseños de carga de soldadura para reducir la huella del componente.

Soldabilidad

Para un conector de doble fila, los problemas de soldabilidad suelen ser fáciles de abordar. Sin mencionar que si hay un problema, entonces se puede solucionar con un nuevo trabajo utilizando un soldador simple para corregir una junta de soldadura. Sin embargo, en los conectores de varias filas, este proceso se vuelve más complicado y procesar correctamente el conector la primera vez se vuelve cada vez más importante.

Algunos de los problemas comunes que pueden causar una unión de soldadura defectuosa son:

• Volumen de pasta de soldadura
• Tamaño de la plantilla
• Perfil de temperatura del horno de soldadura incorrecto
• Planitud de PCB

Con los problemas enumerados anteriormente, no existe una solución única para todos porque cada configuración de fabricación es única. Algunas de las variaciones que se deben considerar son el equipo que se está utilizando, la pasta de soldadura (marca y composición química) y la aplicación (diseño de la placa, densidad de los componentes, etc.).

Soluciones de conector para necesidades de E / S de alta densidad

Una de las soluciones que los fabricantes de conectores han utilizado para aplicaciones de alta densidad es una configuración BGA. Las aplicaciones BGA usan una bola de soldadura esférica unida al cable del componente para proporcionar más soldadura sin usar una pasta espesa.

Las cargas de soldadura, como las que se encuentran en los arreglos de campo de clavija abierta de alta densidad SEARAY ™ de Samtec, son una solución similar a un BGA, pero proporcionan una mejor unión del borde del conector a la placa de circuito impreso.

Figura 1. Bolas de soldadura en BGA frente a cargas de soldadura en SEAF8 / SEAM8 de Samtec

Otra diferencia única de la carga de soldadura en el SEARAY ™ de 0,8 mm (serie SEAF8 / SEAM8) son los pasos alternos de 0,80 mm y 1,20 mm. Este diseño puede permitirle al diseñador de la placa rutas de seguimiento adicionales entre filas.

Figura 2. Paso alterno del SEAF8 / SEAM8

Claves para lograr mejores juntas de soldadura durante el procesamiento

Como regla general, es mejor seguir las pautas de procesamiento del fabricante para lograr el mayor éxito en la soldadura de una pieza a una PCB. Algunos fabricantes proporcionarán una huella de PCB, diseño y grosor de la plantilla, proceso de serigrafía de soldadura, colocación de componentes, perfilado adecuado del horno e incluso consideraciones de reelaboración.

Huella y plantilla

Los fabricantes de conectores a menudo ofrecen al diseñador de PCB la capacidad de descargar la huella de PCB y el diseño y grosor de la plantilla. Samtec ofrece más de 200.000 símbolos y huellas para descargar en herramientas EDA populares como Altium, Circuit Studio, Eagle, Fusion 360 y más.

Figura 3. Huella de PCB SEAF8

Al utilizar la plantilla proporcionada y el diseño de la plantilla, el diseñador de PCB tiene una mayor probabilidad de lograr uniones de soldadura adecuadas.

Proceso de serigrafía con soldadura

La cobertura de la almohadilla de soldadura es fundamental para una unión de soldadura adecuada, y la almohadilla debe estar completamente cubierta. Por esta razón, el tamaño de la apertura en la plantilla es intencionalmente más grande que la almohadilla de la PCB. Esto es para asegurar que la carga de soldadura en el SEAF8 (o conector) entre en contacto con la pasta de soldadura como se muestra en la Figura 4.

Figura 4. Ubicación de la carga de soldadura en relación con la impresión de soldadura con buen contacto entre la pasta y la carga de soldadura.

Si la pasta de soldadura no cubre adecuadamente la carga de soldadura, no se logrará una humectación adecuada. La inspección automatizada se utiliza para garantizar una cobertura de soldadura adecuada en la PCB. Se recomienda que cualquier conjunto de almohadilla de soldadura que no esté completamente cubierto sea rechazado, limpiado y reimpreso.

Colocación del componente

El equipo automatizado de selección y colocación garantizará la colocación adecuada de los componentes. Para una humectación adecuada de la soldadura, es importante que la dimensión del eje Z asiente completamente las cargas de soldadura en la superficie de la PCB.

A medida que la soldadura se carga por reflujo en el horno, el peso del conector hará que el conector se asiente en la placa, o cerca de ella, después del procesamiento. Este fenómeno ayuda a reducir cualquier coplanariedad en el conector como se muestra en las Figuras 5 y 6 a continuación.

Figura 5. La carcasa del aislador SEAF8 está completamente asentada antes del procesamiento.

Figura 6. Carcasa del aislador SEAF8 completamente asentada después del reflujo.

Perfilado adecuado del horno

En este punto, la mayoría de los componentes de montaje en superficie deben ser capaces de manejar perfiles de reflujo de soldadura sin plomo como se describe en IPC / JEDEC J-STD-020. Esta especificación requiere que los componentes sean capaces de soportar una temperatura máxima de 260 ° C, así como 30 segundos por encima de 255 ° C.

Figura 7. Rangos de perfil de temperatura recomendados por Samtec (SMT)

Un entorno de bajo nivel de oxígeno, que generalmente se logra mediante la infusión de gas nitrógeno, en el proceso de reflujo ayudará a aumentar la humectabilidad de las superficies de soldadura. Para un conector de alta densidad similar al SEAF8 / SEAM8, se recomienda que el procesamiento de la soldadura solo se complete en un ambiente rico en nitrógeno.

Es vital perfilar correctamente el conjunto de PCB completamente poblado. El proceso de reflujo que forma las juntas de soldadura a menudo se puede pasar por alto, pero es fundamental para garantizar que las juntas de soldadura se formen correctamente.

Para asegurarse de que las cargas de soldadura alcancen la temperatura deseada, se recomienda colocar un termopar a través de la parte posterior de la placa en el centro del conector y colocarlo en el borde exterior. Esto asegurará que se logre el parámetro de perfil de reflujo del fabricante de la pasta de soldadura.

Figura 8. Colocación de termopar para perfil de horno.

Importancia cada vez mayor del procesamiento adecuado

Si bien ningún proceso puede estar exento de fallas, el uso de una configuración de procesamiento adecuada eliminará la necesidad de volver a trabajar, desechar y reducir las ganancias. Esta importancia seguirá aumentando a medida que los componentes electrónicos se vuelven más pequeños y sus componentes más densos. Esta es la razón por la que Samtec proporciona diseños de plantillas y plantillas para todas sus series de conectores y brinda información sobre cómo procesar adecuadamente sus series de productos más complejas.

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