Plantillas de PCB:la guía definitiva sobre cómo hacerlo

Plantillas de PCB La fase de impresión es la parte más crítica de un ensamblaje de PCB. También es el más complicado, ya que el más mínimo error puede arruinar la electrónica de PCB terminada. Por lo tanto, los errores se deben con mayor frecuencia al montaje de uniones de soldadura en las almohadillas de la placa de circuito impreso.

Sería útil si tuviera cuidado con los errores al crear cientos, incluso miles de uniones de soldadura una por vez. Sin embargo, una panacea que elimina los errores que podrían surgir durante el montaje de los componentes es la plantilla de PCB.

Con el estarcido de PCB, puede montar todas las uniones de soldadura en la placa en una sola pasada. Le ayuda a ahorrar una cantidad considerable de tiempo y elimina cualquier margen de error en la unión de soldadura.

En esta guía, encontrará todo lo que necesita saber para comenzar con el estarcido en pasta para soldar.

¿Qué es la plantilla de PCB

1.1 Plantillas de PCB —Definición

Una plantilla es una hoja delgada de material que tiene una formación de aberturas que determinan la disposición de los componentes en la PCB. Con la plantilla de soldadura, puede depositar las cantidades adecuadas de pasta de soldadura con una precisión impecable de una sola vez en todos los ámbitos.

Su placa queda lista para la instalación del SMD una vez que aplica pasta de soldadura sobre una placa de PCB cubierta con la plantilla. Cuando retira la plantilla, el depósito de soldadura en pasta se asienta en la placa de acuerdo con la formación de las aberturas de la plantilla.

La deposición impecable de pasta de soldadura garantiza que las uniones de soldadura sean óptimas en cuanto a resistencia mecánica y conexiones eléctricas.

Ahora, la mayoría de los proveedores de almohadillas para PCB también producen plantillas para PCB. Cuando realiza un pedido a dichos proveedores, le dan la opción de recoger su PCB junto con su plantilla personalizada.

No obstante, hay dos tipos de plantillas:las enmarcadas y las sin marco. Si bien los marcos sin marco son más baratos y fáciles de almacenar, son los segundos mejores para su uso en la impresión de gran volumen.

El material de la plantilla es un determinante principal de su capacidad para liberar pasta de soldadura a través de las aberturas. Encontrará más información sobre esto en las siguientes secciones de esta guía.

Sin embargo, puede mejorar la capacidad de liberación de pasta de una plantilla al aplicarle un tipo específico de recubrimiento.

1.2 Plantillas de PCB —PCB de diseño de plantilla

El siguiente es un desglose de los elementos críticos del diseño de la plantilla:

Grosor de la plantilla

Es otro determinante crucial de la capacidad de un esténcil para liberar la pasta de soldadura. Si el grosor no es adecuado para el tamaño de las aberturas, no logrará la unión de soldadura requerida. En este caso, la pasta puede adherirse a las paredes internas de las grietas debido a la tensión superficial.

Diseño de apertura

El diseño de la apertura puede afectar las juntas de soldadura de muchas maneras. En primer lugar, determina las posibilidades de que se produzcan defectos como puentes y cordones de soldadura. También puede proporcionar un sello de junta entre la plantilla y la placa de circuito impreso.

Plantillas de PCB– Alineación

Es el determinante último de la precisión con la que imprime uniones de soldadura en las almohadillas. Puede lograr una alineación excelente inscribiendo marcas de registro denominadas marcas de referencia tanto en la placa de circuito impreso como en la plantilla.

Diseño específico de PCB

Los PCB con almohadillas de cobre que promueven la conductividad y la disipación de calor en las almohadillas de PCB requieren plantillas con diseños únicos. En tales casos, un diseño de plantilla para placas de PCB sin almohadillas de cobre provocaría un levantamiento del cobre y una soldadura deficiente de los conductores externos.

Para eliminar tales defectos en tales casos, debe agregar un "efecto de ventana" al diseño de la apertura. Eso elimina los defectos al moderar el volumen de soldadura.

Si las almohadillas de cobre en la placa de circuito impreso vienen con vías que mejoran aún más la disipación, se requiere un diseño de plantilla diferente. El diseño del esténcil debe evitar el depósito de pasta de soldadura en las vías.

También hay casos en los que una almohadilla de PCB requiere el uso de plantillas de diferentes grosores. En tales casos, puede haber partes de brea delicadas que necesiten esténciles delgados y partes más significativas que requieran esténciles más gruesos.

Puede cumplir estos requisitos mediante el uso de galerías de símbolos de varios niveles que tienen áreas de subida y bajada. Puede crear espacios escalonados agregando más material a un área seleccionada de la plantilla.

Eso aumenta la cantidad y la altura de la soldadura en pasta en las juntas de soldadura formadas en esa área. Lo opuesto a esto ocurre en la sala de paso hacia abajo.

Por lo que hemos dicho hasta ahora, está claro que el grosor es uno de los aspectos más críticos de una plantilla de PCB. En el próximo capítulo, veremos el papel de la consistencia en una plantilla de PCB.

Grosor de plantilla de PCB

La combinación del tamaño de la almohadilla, la formación de la abertura y el grosor determina la capacidad de deposición de pasta del esténcil. Sin embargo, incluso si la formación de la abertura y el tamaño de la almohadilla son adecuados, la deposición óptima de la pasta es imposible sin el grosor adecuado del esténcil.

Factores a considerar antes de elegir el grosor de la plantilla

El siguiente es un desglose de los factores críticos que debe considerar al seleccionar el grosor de su plantilla:

Relación de aspecto

El espesor determina la cantidad y la altura de la soldadura en pasta que forma una junta de soldadura. Cuanto menor sea la cantidad, mayor será la posibilidad de desconexiones y menor la posibilidad de puentes.

Esta correlación, llamada "aspecto", resulta de las diferencias en las fuerzas que actúan sobre la pasta a medida que se desliza a través de la abertura. Estos incluyen la fuerza que empuja la pasta más allá de la abertura y mantiene la pasta dentro de los espacios.

El contraste entre estas dos fuerzas está representado por una medida conocida como relación de aspecto. Para lograr una deposición de pasta óptima, debe asegurarse de que la relación de aspecto sea más significativa que uno.

La tensión superficial entre la pasta y la almohadilla debe exceder la que existe entre la pasta y la pared de la abertura. La relación de aspecto se puede deducir determinando la relación entre el ancho de la apertura y el grosor de la plantilla (W/T).

No obstante, los estándares de la industria definen los criterios para determinar el grosor de la plantilla más adecuado para un tamaño de apertura. El límite inferior del estándar de la industria para la relación de aspecto es 1,5.

Plantillas de PCB– Proporción de área

Otra medida crítica para determinar cómo el grosor de una plantilla afecta su capacidad de liberación de pasta es su relación de área. La relación de área es la relación entre el área de superficie de la abertura y el área de superficie de la pared de la abertura.

El límite inferior del rango de áreas de superficie del estándar industrial es 0,66.

Paso QFP y BGA

Además, al determinar el grosor adecuado para su plantilla, debe considerar detenidamente el QFP de paso fino, el BGA y el tamaño de chip más pequeño.

Para un QFP con un paso ≤ de 0,5 mm, el grosor de la plantilla debe estar entre 0,12 mm y 0,13 mm. Un QFP con un grosor> 0,5 mm requiere un grosor de plantilla de 0,15 mm a 0,20 mm.

Para un BGA con un paso de bola de 1,0 mm o más, el grosor de plantilla adecuado es de 0,15 mm. Para un BGA con un paso entre 0,5 mm y 1,0 mm, debe elegir 0,13 mm para el grosor de la plantilla.

Es aún más imperativo considerar el BGA o los componentes menores si va a colocar diferentes circuitos integrados simultáneamente en la placa.

Tamaños de plantillas SMT

Las reglas para la determinación del espesor de plantilla apropiado para un ensamblaje SMT son más complejas. Sin embargo, también es imperativo tener en cuenta las proporciones de aspecto y área al determinar los tamaños de los esténciles SMT.

Para un ensamblaje SMT que utiliza grabado químico, la relación de aspecto adecuada es 1:1,5. Para el tipo de paso de plantilla cortado con láser, la relación de aspecto adecuada es 1:1,12.

Además, ahora que está equipado con la información adecuada sobre las cualidades esenciales, está listo para explorar los fabricantes de plantillas de PCB. El siguiente capítulo le muestra cómo hacerlo.

Creador de plantillas de PCB

Una cosa es adquirir una lámina delgada de material con el grosor adecuado. Sin embargo, es un juego de pelota diferente perforar agujeros del tamaño perfecto en ellos.

Dado que una plantilla de PCB debe tener cientos o incluso miles de orificios alineados con alta precisión, no se recomienda perforar los orificios manualmente.

Los tres métodos más utilizados para hacer esténciles con los orificios apropiados son el grabado químico, el corte por láser y el electroformado. Cada uno de estos métodos puede llevar a la superficie de la pared del poro a un acabado diferente; cuanto más suave sea el acabado, más eficiente será la liberación de la pasta.

El más popular entre estos tres fabricantes de plantillas de PCB es el cortador láser.

En este capítulo, le mostraremos cómo hacer plantillas de PCB usando un cortador láser. Tenga en cuenta que esta técnica no es adecuada para crear plantillas que tengan pasos muy ajustados.

Ayudaría si tuviera las siguientes herramientas para esta técnica:

1. Cortador láser

2. Hojas de Mylar

3. Software ExpressPCB o EagleCAD

4.Software de visualización ViewMate Gerber

5.Software de impresión PDF

6.SketchUp, AutoCAD o cualquier software que visualice y edite archivos .dxf

Los pasos

1. Apila la hoja de Mylar

Apila dos hojas de Mylar juntas. En esta técnica, calentará las hojas de Mylar hasta que la primera hoja se separe de la pila. En el proceso, la segunda hoja absorberá la almohadilla derretida de la primera hoja, lo que permitirá que la primera se retire limpiamente.

2. Exporte el archivo de diseño desde ExpressCAD o EagleCAD:

En EagleCAD, exporte sus capas de crema superior e inferior a través de un archivo de cámara, como si enviara Gerbers para la fabricación. En ExpressPCB, abra el menú Archivo y seleccione la opción "Exportar dibujo mecánico DXF".

3. Plantillas de PCB —Almohadillas de expansión en ViewMate

Si está utilizando un software que exporta Gerbers, debe compensar el derretimiento inducido por el proceso de corte. Dado que el derretimiento hará que el tamaño de la almohadilla se agrande, debe reducir el tamaño de la almohadilla de forma preventiva.

Primero, seleccione Archivo>Importar>Gerber para importar sus capas de crema a ViewMate. A continuación, seleccione Configuración>Códigos D. Seleccione todas las columnas en esta área y luego abra Operations>Swell. Escriba el valor de los ajustes de tamaño de acuerdo con las especificaciones de su láser.

Luego, imprima el Gerber a PDF y luego guárdelo.

4. Swell pads con Auto Cad

Si está utilizando ExpressPCB, es posible que también deba reducir el contenido de DXF utilizando un software diferente. Puedes hacerlo con AutoCAD. Para hacer esto, resalte todos los dibujos en la ventana abierta de AutoCAD y luego ingrese "ESCALA".

En el cuadro de diálogo Factor de escala que aparece, introduzca la cifra de escala adecuada. Representará el dibujo en las escalas adecuadas.

Una vez hecho esto, imprima el dibujo terminado en un PDF.

5. Plantillas de PCB —Cortar las plantillas

Ajuste la configuración de su cortadora láser en consecuencia para cortar las láminas de Mylar apiladas. La primera hoja se derretirá un poco debido al calor del láser. Sin embargo, el segundo absorberá la almohadilla derretida del primero, lo que le permitirá sacar la primera hoja de forma ordenada y eficiente.

Hasta ahora, hemos examinado un fabricante de PCB ampliamente utilizado. Sin embargo, el tipo y las cualidades de su plantilla de PCB siguen siendo los determinantes más cruciales del éxito en la creación de plantillas de PCB. En el siguiente capítulo, analizamos más detalladamente las tasas y los tipos de plantillas de soldadura en pasta.

Plantillas de PCB:plantilla de pasta de soldadura

Además del diseño de la plantilla de PCB, se deben considerar críticamente cuatro factores al obtener una plantilla de soldadura en pasta:

El material de la plantilla

El material también es tan crítico para el éxito del stencil de PBC como el diseño del stencil de PCB. Las láminas delgadas suelen estar hechas de metal o poliimida. Las plantillas de metal (generalmente acero inoxidable) son las más ideales para producir numerosos prototipos.

Las plantillas de acero inoxidable permiten la formación de aberturas más precisas. La estructura molecular del acero inoxidable hace que las paredes de las aberturas sean mucho más suaves y le permitirá lograr rápidamente una relación de aspecto eficaz.

Sin embargo, dado que son más caros, son más excesivos para producir un puñado de prototipos. Las plantillas de poliamida son una alternativa mucho más económica. Cuando se entregan a través de una técnica de corte por láser, también pueden crear aberturas excelentes.

Tipo de plantilla de soldadura

Hay dos tipos de plantillas de pasta de soldadura:las enmarcadas y las sin marco. Los stencils enmarcados, también llamados stencils para pegar, son láminas de stencil cortadas con láser y fijadas permanentemente en un marco de stencil.

Las plantillas enmarcadas son la mejor opción cuando se trata de impresión de PCB de gran volumen. Dado que generalmente vienen con paredes de apertura muy suaves, son más adecuados para usar cuando se requieren pasos muy estrechos.

Las plantillas de pasta de soldadura sin marco, que también se producen mediante corte por láser, vienen con sistemas de tensión. Con estos sistemas de tensión, no es necesario que vengan fijos en un marco. Hace que sea mucho más fácil para usted almacenarlos.

Son ideales para tiradas cortas de producción de PCB. También tienen aberturas lisas. Además, puede usarlos para almohadillas de PCB que requieren pasos de 16 Mil o menos y Micro BGA.

Plantillas de PCB– Pasta de soldadura

El fundente y las aleaciones en una soldadura en pasta también pueden afectar la medida en que las juntas de soldadura sujetan los componentes. Si el cambio en la junta de soldadura es insuficiente, la soldadura no sujetará las piezas firmemente a la placa.

El revestimiento de plantilla

Hay varios tipos de recubrimientos para plantillas de PCB que ayudan a abordar problemas específicos en la creación de plantillas de PCB. Para empezar, es bastante difícil limpiar las placas después de grandes tiradas de producción.

Puede limpiar fácilmente el exceso de soldadura de la parte inferior de una PCB para evitar que el exceso de soldadura manche otras placas. Sin embargo, es insoportable hacer lo mismo en grandes series de producción.

Con ciertos tipos de recubrimiento, puede reducir la soldadura residual en las paredes de la abertura que distorsionan la formulación de fundente/pasta de soldadura requerida.

Ahora que tiene una comprensión más clara de los tipos y cualidades de las plantillas de PCB, es mejor que implemente la plantilla de PCB. El siguiente capítulo le brinda una mirada más cercana a algunos equipos esenciales para hacer una plantilla de PCB.

Impresora de plantillas de PCB

Las impresoras de plantillas de PCB son famosas por sus capacidades de impresión repetibles y sin defectos. Estas impresoras suelen ser ideales para la producción de PCB de bajo y alto volumen.

Hay dos tipos principales de impresoras de plantillas SMT:impresoras SMT automáticas y semiautomáticas. También hay impresoras de plantillas manuales diseñadas específicamente para la producción de tiradas cortas y prototipos.

Algunas de las características críticas de las impresoras de esténcil SMT incluyen un destornillador, controladores de velocidad y sistemas de cámara que facilitan la alineación de PCB. Las operaciones generalmente giran en torno a ajustar la configuración del tamaño de la plantilla y la ubicación de la plantilla en un montador de marcos.

Una impresora típica le permite configurar la velocidad de impresión, la longitud del trazo, la presión de la escobilla de goma y más. Las impresoras de esténcil SMT también vienen con pantallas que muestran los detalles de la operación.

También vienen con compartimentos que limpian la parte inferior de las plantillas a través de acciones como mojar, secar y aspirar. Los pasos de aspiración eliminan la soldadura residual atascada en las aberturas.

Plantillas de PCB– Cortador láser de plantillas de PCB

Es un sistema láser que utiliza haces de alta potencia para perforar agujeros en las plantillas de acuerdo con los parámetros dictados por el software de la computadora.

Automatiza por completo la creación de aberturas en las plantillas, eliminando el estrés y los márgenes de error de la ecuación. Cuando corte su plantilla de PCB con cortadores láser, puede estar seguro de que los bordes y las paredes de la abertura serán óptimamente suaves.

Los sistemas láser de esténcil suelen ser muy versátiles. Con los láseres, puede cortar, taladrar y extirpar plantillas y placas de PCB hechas de una amplia variedad de materiales.

Las cortadoras láser de PCB también tallan plantillas sin producir polvo, como ocurre con los sistemas de corte mecánico tradicionales. Hace una gran diferencia en la electrónica de PCB que viene con componentes ópticos.

Ahora, sabe todo lo que necesita saber sobre las cualidades y los fabricantes de una plantilla de PCB. Echemos un vistazo a cómo se combina todo en un conjunto de PCB de bajo volumen.

Conclusión

Ahí tienes Acabamos de diseccionar las plantillas de PCB de adentro hacia afuera y le mostramos todo lo que necesita saber. Armado con este conocimiento, será mejor que evite errores de impresión específicos que podrían arruinar su proyecto de PCB.

Además, puede comunicarse con nosotros siempre que se sienta perdido en el proceso de fabricación de PCB. Tenemos experiencia de primer nivel y equipos de última generación para ayudarlo a superar cualquier problema en la plantilla de PCB.