Lo que necesita saber sobre el ensamblaje de PCB

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El proceso de ensamblaje de la placa de circuito impreso (PCB) consta de varios pasos y pautas que deben realizarse en la secuencia adecuada para que el producto terminado funcione según lo diseñado. Para asegurarse de que esto suceda, los fabricantes de PCB utilizan plantillas de pantalla y mecanismos de calentamiento y enfriamiento controlados para regular cómo se aplican y sujetan los componentes en su lugar.

Cuando ensambla una placa de circuito impreso, debe elegir la tecnología adecuada para el tipo de componentes en cuestión. Todas las partes y piezas deben estar correctamente alineadas en su lugar designado, como se especifica en el diseño de PCB. Cualquier desviación, por mínima que sea, puede tener enormes ramificaciones en las funciones de la placa terminada.

Terminología de PCBA

Para comprender el proceso de ensamblaje de PCB, debe conocer el significado de varios términos:

• Sustrato: El material fundamental de la placa de circuito impreso, el sustrato hace que cada placa sea firme y rígida.
• Cobre: Cada lado de trabajo de una PCB contiene una fina capa de cobre, con fines conductores. En los tableros de una sola capa, el cobre se coloca en el lado activo. En las PCB de doble cara, el cobre aparece en ambos lados.
• Máscara de soldadura: Esta es la capa en la superficie (típicamente verde) de cada placa de circuito impreso. La máscara de soldadura proporciona aislamiento entre el cobre y otros materiales, evitando cortocircuitos que de otro modo podrían ocurrir si diferentes materiales conductores entran en contacto. La máscara de soldadura proporciona estructura para el diseño de la PCB al mantener todo en su lugar. Cada placa contiene orificios que atraviesan la máscara de soldadura. La soldadura se coloca dentro de cada orificio, lo que ofrece una base para cada componente que se agrega a la placa.
• Serigrafía: El toque final de cada placa de circuito impreso es la serigrafía, una capa transparente que muestra números y letras junto a las diferentes partes de una placa determinada. Esto permite a los fabricantes identificar los componentes específicos de cada placa.
• Soldadura manual: Este es un proceso en el que un técnico inserta manualmente un solo componente en su lugar designado en una serie de placas de circuito impreso. Una vez completada, cada placa se envía al siguiente técnico, quien agrega otra pieza y pasa la placa hacia adelante.
• Soldadura por ola: La soldadura por ola implica soldar correctamente donde la placa se coloca en un transportador y pasa por una cámara de calentamiento. Aquí, se aplica una ola de soldadura en la parte inferior, fijando todos los soportes de la placa en su lugar en un solo proceso.

También es importante comprender las diferencias entre los ensamblajes de orificio pasante, de montaje en superficie y de tecnología mixta.

Ensamblaje de PCB de orificio pasante

La tecnología de orificio pasante es la opción ideal para placas de circuito impreso que cuentan con conductores o cables que se pasan a través de orificios en la placa y luego se aseguran en el otro lado con soldadura. Las placas de circuito impreso con componentes grandes son especialmente adecuadas para la tecnología de orificio pasante, especialmente los condensadores.

Los pasos básicos de la tecnología de PCB de orificio pasante se pueden resumir de la siguiente manera:

1. El técnico ensambla manualmente las piezas en áreas específicas de una placa de circuito impreso, de acuerdo con las especificaciones de diseño de la PCB. Cada componente debe colocarse en una posición exacta, como se especifica, para que la PCB funcione correctamente.
2. Se examina la placa para garantizar que todas las piezas se hayan ensamblado correctamente y que cada componente esté colocado en su lugar exacto. Si alguna de las piezas de la placa de circuito impreso está fuera de lugar, ahora es el momento de corregir esas imperfecciones.
3. Los componentes ahora están soldados en su lugar en la placa de circuito. Esto generalmente se hace con soldadura por ola, donde la placa se mueve sobre una ola de líquido de soldadura caliente que solidifica el ensamblaje de PCB. Esto también se puede hacer a mano o mediante soldadura selectiva. La soldadura selectiva es similar a la soldadura por ola, sin embargo, el operador puede soldar áreas de manera selectiva y esto ayuda cuando no desea soldar en ciertas áreas.

Las placas de orificio pasante suelen contener componentes con cables, ya sea axial o radial. En comparación con la tecnología de montaje en superficie, las placas de orificio pasante generalmente presentan uniones más fuertes. Sin embargo, se requiere más trabajo para producir un ensamblaje de orificio pasante debido a la perforación adicional involucrada.

Si una placa con orificios pasantes consta de varias capas, las trazas de señal tienen un enrutamiento limitado en las capas internas porque los orificios atraviesan las superficies superior e inferior. Por lo tanto, la tecnología de orificio pasante a menudo se restringe a algunos de los componentes de PCB más voluminosos, como los condensadores electrolíticos y los semiconductores. Los tableros que requieren firmeza y soporte adicionales, como los relés electromecánicos y los conectores enchufables, también se fabrican con tecnología de orificio pasante.

Durante la etapa de creación de prototipos, los técnicos a menudo favorecen el orificio pasante más grande para el montaje en superficie porque el primero funciona más fácilmente con los zócalos de la placa de pruebas. Sin embargo, si una placa está diseñada para fines de alta velocidad o alta frecuencia, el diseño puede requerir tecnología de montaje en superficie para reducir la desgana. De lo contrario, la función de los circuitos se degradaría debido a la inductancia o capacitancia en los cables.

Durante la aplicación de soldadura en pasta, se coloca una plantilla de soldadura encima de la placa de circuito impreso para garantizar que la soldadura permanezca dentro de los límites especificados en el diseño. La plantilla es una réplica delgada del diseño original con recortes para las áreas donde se colocan los componentes.

Una vez que los componentes se han colocado en su lugar y la placa se ha sometido a su primera inspección, la soldadura en pasta se calienta sobre un líquido caliente hasta que las pequeñas bolas de metal dentro de la pasta se solidifican con el fundente químico de unión. Esto une los componentes a la placa de forma permanente. Una vez finalizado el calentamiento y la unión, la placa se enfría en un entorno controlado. Esto hace que la placa vuelva a su estado normal y evita los golpes.

Ahora completo, la placa de circuito impreso debe tener sus componentes examinados para detectar posibles desalineaciones. Si los componentes son relativamente grandes, a menudo esto se puede hacer con una inspección visual. En estos días, sin embargo, los inspectores ópticos y de rayos X pueden examinar los PCB con una precisión mucho mayor. Si se detectan fallas de diseño, el problema debe solucionarse antes de que más placas pasen por el proceso.

Tecnología de montaje en superficie

La tecnología de montaje en superficie es la opción práctica para las placas de circuito impreso que contienen componentes pequeños y sensibles que, de otro modo, podrían ser difíciles de instalar sin dañarlos. Los ejemplos del tipo de componentes que se someten a este proceso incluyen diodos y resistencias.

Los pasos básicos de la tecnología de montaje en superficie se pueden resumir de la siguiente manera:

1. El primer paso involucra una impresora diseñada para la aplicación de soldadura en pasta. Se utiliza una plantilla de pantalla de soldadura para garantizar que los pequeños componentes se coloquen en sus lugares adecuados. Antes de colocar los componentes, se inspecciona la plantilla para asegurarse de que la plantilla esté alineada correctamente.
2. La placa ahora se lleva a una máquina donde los componentes se colocan de acuerdo con el diseño de la plantilla de la pantalla de soldadura. Los carretes en la máquina aseguran que las piezas estén alineadas y unidas a sus almohadillas correspondientes.
3. Con los componentes colocados correctamente en la placa, se emplea un proceso de calentamiento para solidificar todo en su lugar. En esta etapa, la PCB se envía a través de una cámara de calentamiento que licua la soldadura, sujetando las piezas en el proceso.

Antes de que los componentes se coloquen en una PCB, las áreas seleccionadas de la placa deben cubrirse primero con pasta de soldadura, que funciona como adhesivo para las partes únicas de la placa. Las áreas que requieren soldadura son principalmente los lugares donde habrá almohadillas para los componentes correspondientes.

La soldadura en pasta está hecha de pequeños granos y fundente. El proceso de colocar la soldadura en pasta en una placa de circuito impreso es muy parecido al de una aplicación de impresión. Se coloca una pantalla de soldadura sobre la placa con una alineación exacta y especificada. Luego se pasa un rodillo sobre la pantalla para presionar la soldadura en pasta sobre la placa.

La pantalla de soldadura se imprime de antemano de acuerdo con el diseño de la PCB. Por lo tanto, las aberturas de la pantalla están alineadas con los componentes de la placa. Esto asegura que la máscara de soldadura se distribuya exclusivamente en esas áreas. La cantidad de soldadura distribuida durante este proceso debe regularse para garantizar que cada unión no quede ni cubierta en exceso ni en defecto.

Una vez que se ha aplicado la pasta, la placa se envía a través de una máquina de recoger y colocar donde se aplican componentes específicos a las áreas soldadas. Siempre que las fuerzas externas no sacudan la placa durante este proceso, la tensión de la soldadura debería ser suficiente para mantener los componentes en su lugar.

En algunas máquinas de recoger y colocar, se agregan pequeñas cantidades de adhesivo a las áreas designadas para asegurar los componentes. Está destinado principalmente a placas de circuito impreso que se someten al proceso de soldadura por ola. El inconveniente de este adhesivo añadido es que puede dificultar las correcciones en tableros donde los componentes se han desalineado con respecto a las especificaciones del diseño original.

Con los componentes asegurados en sus lugares adecuados, la PCB se envía a través de la máquina de soldadura. En las placas más antiguas, los fabricantes solían emplear la soldadura por ola, aunque esto se ha dejado de practicar en gran medida. En las producciones en las que se emplea el método, no se utiliza soldadura en pasta porque la soldadura se aplica mediante la máquina de soldadura por ola. Hoy, sin embargo, la soldadura por reflujo es el método más utilizado entre los fabricantes de PCB.

Una vez que la placa de circuito impreso ha salido de la máquina de soldar, los técnicos inspeccionan la composición de la placa en busca de imperfecciones. Si la placa contiene más de 100 componentes diferentes, la placa se envía a través de un inspector óptico automático (AOI), que puede detectar incluso los defectos más pequeños, como juntas desalineadas, componentes fuera de lugar y ubicaciones incorrectas.

Cada placa de circuito impreso debe someterse a una serie de pruebas antes de salir del ensamblaje. La placa se somete a varias pruebas para verificar que puede funcionar según lo previsto en el diseño original.

Mientras la operación está en curso, se debe inspeccionar el equipo para asegurarse de que todo funcione según lo previsto. Los primeros lugares para verificar son los resultados, ya que estos ayudarán a verificar el éxito de una producción determinada. La salida de la soldadora debe ser inspeccionada al inicio de cada producción, junto con las placas iniciales que salen por la salida. De esta manera, cualquier imperfección se puede detectar temprano, antes de que un error de imprenta se vuelva grande y costoso.

Tecnología Mixta

Debido a la rápida evolución de la tecnología computarizada, se fabrica un número cada vez mayor de placas de circuito impreso con piezas cada vez más pequeñas. Esto significa que muchas PCB se fabrican hoy con una combinación de métodos, comúnmente conocida como tecnología mixta. Un ensamblaje que involucre tecnología mixta abarcará uno de los siguientes enfoques:

• Un ensamblaje mixto de un solo lado, en el que una placa de circuito impreso se somete a tecnología de montaje superficial y tecnología de orificio pasante, ambas en el mismo lado de la placa.
• Un ensamblaje dividido, donde un lado de la placa de circuito impreso se ensambla con tecnología de montaje en superficie y el otro lado de la placa se ensambla con tecnología de orificio pasante. Los PCB como estos tienen componentes de tamaño normal en un lado y componentes más pequeños en el otro.
• Un ensamblaje mixto de doble cara, donde ambos lados de la placa de circuito impreso se ensamblan con una combinación de tecnología de orificio pasante y tecnología de montaje en superficie. Una placa de este tipo presenta componentes regulares, así como pequeños y delicados en ambos lados.

Antes de que un diseño de PCB entre en producción, las placas destinadas a su uso deben inspeccionarse con fines de calidad. En los componentes, la oxidación de los pies o los residuos aceitosos podrían servir como señales de alerta. Si se almacena en un ambiente fresco, la soldadura en pasta solo se puede aplicar una vez que se haya descongelado y agitado. La PCB debe estar seca antes de aplicar cualquier pasta a la superficie.

En las placas de circuito impreso con tecnología mixta, se requiere un conjunto de procesos más complejo dentro de la máquina pick-and-place. Aquí, será necesario tener en cuenta una mezcla de diferentes tamaños de componentes, ya sea en uno o ambos lados del tablero.

Si la placa de circuito impreso consta de un conjunto de dos lados, será necesario aplicar el proceso de soldadura a ambos lados. Básicamente, todo lo que sucede en un lado también sucede en el otro. La única diferencia son los componentes específicos y sus ubicaciones, ya que un lado puede contener componentes más pequeños que el otro. La soldadura por ola no es posible para PCB de dos lados porque volver a enviar la placa para el segundo lado arruinaría las partes delicadas del primer lado.

Cualquier placa de circuito impreso compuesta por tecnología mixta debe ser sometida a un inspector óptico automático. De esta forma, los técnicos pueden asegurarse una inspección infalible que detectará incluso las imperfecciones más pequeñas, como pequeños extravíos de piezas microscópicas.

Para tener en cuenta las complejidades de una placa de tecnología mixta de dos caras, se requiere un conjunto de pruebas más exhaustivo para las PCB iniciales producidas en tales líneas. Dado que hay más componentes para tener en cuenta, hay más problemas potenciales si incluso una parte está desalineada.

Fabricación de PCB en Millennium Circuits Limited

En el mundo de alta tecnología actual, las placas de circuito impreso se vuelven cada vez más complejas a medida que los técnicos encuentran formas de cargar más datos y energía en chips cada vez más pequeños. A medida que los dispositivos informáticos y la electrónica se vuelven más pequeños, también lo harán las PCB que alimentan estos dispositivos y los conectan a la red inalámbrica. Para los fabricantes de PCB, esto significa que la producción de placas de circuito impreso requerirá niveles avanzados de ingeniería.

Para que las PCB sean eficientes según los estándares actuales, debe tener la PCB desnuda especificada adecuada para llevar a cabo cada paso de manera más eficiente en el proceso de ensamblaje. En Millennium Circuits, utilizamos la última tecnología en nuestras instalaciones para cumplir con cada pedido de PCB desnudo de acuerdo con las especificaciones del cliente. Comuníquese con Millennium Circuits para obtener más información sobre la fabricación de PCB.

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