Domina el ensamblaje PCB: Técnicas profesionales para electrónica fiable

Las placas de circuito impreso son la fuerza motriz detrás de una amplia gama de dispositivos electrónicos. Las encuentras en calculadoras simples y en sistemas militares y satelitales avanzados. Sin embargo, ¿sabes cómo ensamblar un PCB? ¿Conoces los pasos del proceso? ¡No te preocupes si no lo sabes! Hemos creado esta guía profunda sobre la Lista de Materiales (BOM) de un PCB para colocarse a bordo. Ensamblaje PCB para conocer todo lo que necesitas sobre el proceso. Luego podrás ensamblar tu PCB y dar vida a tu proyecto.

Esta guía explorará el proceso de ensamblaje PCB y las diferentes tecnologías utilizadas.

El ensamblaje de placas de circuito impreso

El ensamblaje de placa de circuito impreso consiste en montar o colocar componentes electrónicos que dan funcionalidad a la placa. Las técnicas manuales y automáticas pueden montar los componentes electrónicos, y luego se sueldan en su lugar.

Un PCBA o ensamblaje de placa de circuito impreso. No debes confundirlo con la fabricación de placas de circuito impreso (PCB), que produce y crea prototipos. Cubre la instalación de componentes electrónicos durante el proceso de ensamblaje. El Ensamblaje de Placa de Circuito Impreso (PCBA) es la placa presentada después de que todas las partes y piezas se sueldan e instalan correctamente.

Diferentes tecnologías pueden usarse para ensamblar un PCB, incluyendo procesos SMT y THT. Las exploraremos en detalle en el capítulo 4, pero primero veamos un diseño de PCB.

Diseño y fabricación de circuitos impresos

Usando esquemáticos, puedes usar una solución de Diseño Asistido por Computadora (CAD) para diseñar PCBs. Según el diseño, los archivos de diseño o archivos Gerber se entregan al fabricante que produce o ensambla el PCB.

El diseño básico de PCBs incluye:

• Sustrato: El material base de un PCB se conoce como sustrato. Es lo que hace la placa rígida y duradera.
• Cobre: Cada lado funcional del PCB se recubre con una fina capa conductora de cobre. El número de lados requerirá una capa de cobre dependiendo de si la placa es de una o dos caras.
• Máscara de soldadura: La sustancia de color verde en los PCBs se debe a la aplicación de la máscara de soldadura. Proporciona aislamiento a las pistas de cobre para que no contacten componentes conductores.
• Serigrafía: Usa una pantalla blanca como última capa del PCB. Contiene las etiquetas de diferentes componentes en símbolos y caracteres.

Los PCBs también pueden ser de tres tipos:

• PCB rígido hecho de material sólido como fibra de vidrio
• PCB flexible hecho de materiales flexibles como Kapton
• PCB de núcleo metálico hecho de núcleo metálico

El próximo capítulo descubrirá el proceso de ensamblaje de placas de circuito impreso.

Proceso de ensamblaje de placas de circuito impreso

3.1 Herramientas requeridas

Necesitarás un número mínimo de herramientas si planeas soldar tu PCB manualmente. Los elementos a preparar incluyen:

• Soldador o estación de soldadura
• Flux de soldadura
• Alicates
• Cortaalambres
• Destornillador
• Voltímetro/Óhmetro

3.2 Ensamblaje PCB – Equipo de soldadura

Puedes elegir entre una amplia gama de equipos de soldadura para ensamblaje manual de placas de circuito impreso. Los más simples se enchufan directamente a la toma de corriente y no tienen muchas opciones de control de temperatura. Debes seleccionar un soldador de 15 a 30 vatios para tu ensamblaje PCB.

Los soldadores con control termostático pueden ser adecuados ya que vienen con opciones para controlar la temperatura. Algunos tienen diales para controlar la temperatura, mientras que otros usan una punta magnetizada con una temperatura específica.

Debes elegir un soldador con puntas reemplazables de diferentes tamaños. Las puntas comienzan a magnetizarse al aumentar el flujo de corriente, lo que hace que la temperatura suba. Cuando el magnetismo baja, el calor también disminuye.

También puedes necesitar una estación de soldadura de aire caliente que use aire caliente para fundir la soldadura.

3.3 Tipos de soldadura

Encontrarás diferentes tipos de soldadura en el mercado y elegirás según el propósito y aplicación de tu proyecto. Hay tres tipos de soldadura usados para electrónica:

• Soldadura de aleación de plomo
• Soldadura sin plomo
• Soldadura de aleación de plata

Soldadura de aleación de plomo

Las soldaduras están hechas de una combinación de plomo y estaño y también pueden contener trazas de otros metales. Es responsable de dar a la soldadura una temperatura de fusión más baja, lo cual es significativo ya que la mayoría de los componentes electrónicos son sensibles al calor.

Las soldaduras de aleación de plomo se definen por la relación del peso de estaño seguido del peso de plomo. Por ejemplo, podría tener una proporción de 60:40 o 63:37 – el primer número representa la cantidad de estaño mientras que el segundo se refiere a la cantidad de plomo.

Puedes usar ambos tipos de soldadura para aplicaciones electrónicas típicas. La aleación 63:37 puede transformarse eficazmente en estado líquido y ayuda a prevenir uniones de soldadura en frío.

Las aleaciones basadas en plomo se usan como estándar en la industria electrónica pero pueden tener consecuencias para la salud.

Aleaciones sin plomo

Puedes encontrar aleaciones sin plomo como la 96.5:3:0.5, que tiene 96.5% estaño, 3% plata y 0.5% cobre. Las aleaciones sin plomo son más caras que las basadas en plomo y tienen una temperatura de fusión más alta.

Las aleaciones sin plomo crean uniones de soldadura más fuertes aunque pueden ser frágiles.

Soldadura de aleación de plata

Las soldaduras pueden o no contener plomo. La plata se usó por primera vez en soldaduras para crear uniones de soldadura más robustas y duraderas. Las soldaduras de aleación de plata tienden a ser más caras que las aleaciones basadas en plomo y sin plomo.

3.4 Ensamblaje PCB – Técnica de soldadura adecuada

Proceso de ensamblaje PCB. Debes recurrir a métodos de soldadura múltiples veces durante el ensamblaje de placas de circuito impreso. Debes usar técnicas de soldadura adecuadas para obtener los productos finales de mayor calidad posible. Aquí te diremos cómo puedes usar técnicas de soldadura apropiadas durante la Lista de Materiales (BOM) de un PCB para colocarse a bordo.

La forma correcta de soldar es calentar las superficies que se soldarán más allá del punto de fusión de la soldadura. Esto permite que la soldadura fluya libremente sobre las superficies. También debes controlar la cantidad de soldadura, asegurándote de no usar demasiada.

También debes asegurar que la superficie se caliente lo suficiente para prevenir uniones de soldadura en frío. Esto ocurre cuando usas muy poco calor en la superficie y la soldadura no puede moverse libremente.

El resto del proceso de soldadura se lleva a cabo automáticamente por máquinas. La soldadura por reflujo usa una serie de calentadores y enfriadores para fundir y solidificar la soldadura y hacerla firme.

Debes asegurar que las temperaturas estén correctamente configuradas en la máquina de soldadura por reflujo. Necesita calentarse hasta 250 grados Celsius para fundir la soldadura.

La técnica de soldadura manual puede ser necesaria al tratar con componentes THT. Debes colocar las piezas a mano y luego soldar el plomo o cable extra en el otro lado de la placa. Debe hacerse cuidadosamente para que la soldadura o el flux no toquen los diferentes componentes y solo en el lugar correcto.

Puede ser complejo o desafiante soldar PCBs si eres totalmente nuevo en el trabajo. Debes practicar primero en algunos proyectos pequeños y luego intentar la soldadura de PCB después de que estés hábil. También debes tener cuidado de no inhalar los humos o humo que provienen del flux en la soldadura.

Ahora veremos las diferencias entre los procesos usados para ensamblar PCBs.

Diferencias en el proceso de ensamblaje de placas de circuito impreso

Puedes usar diferentes tecnologías para ensamblar los componentes electrónicos en un PCB. Los métodos principales incluyen Tecnología de Orificio Pasante (THT), Tecnología de Montaje Superficial (SMT) y tecnología mixta.

Discutiremos las principales diferencias y el proceso de SMT. Esto facilitará que una máquina pick-and-place recoja y coloque fácilmente los componentes en el PCB (ensamblaje PCB para cada método.

Tecnología de Orificio Pasante (THT)

El método THT de ensamblaje PCB se usa para componentes electrónicos que vienen con un cable o terminal. El PCB tiene agujeros perforados para encajar las piezas. El terminal extra que pasa por los agujeros se suelda en el lado opuesto de la placa.

THT se usa para componentes grandes como bobinas y condensadores. También se usa para otros componentes PTH (plated through-hole) que pasan por el orificio plateado del PCB. Varios componentes de PCB usan los agujeros en la placa para transferir señales de un lado al otro. Por esta razón, no puedes confiar en la pasta de soldadura que pasaría directamente a través de los agujeros.

Ensamblaje PCB – Proceso de ensamblaje

El ensamblaje THT usa procesos tanto manuales como automáticos para colocar los componentes en el PCB. Procede de la siguiente manera:

1. Ensamblaje PCB – Colocación de componentes

Los ingenieros eléctricos colocan manualmente los componentes en el PCB según especificaciones. Debe hacerse rápida y precisamente con total cumplimiento de los estándares o regulaciones del proceso de ensamblaje THT para un funcionamiento adecuado.

Por ejemplo, es esencial definir la orientación y polaridad de los componentes electrónicos para que los elementos operativos no los afecten.

2. Ensamblaje PCB – Examen y corrección

Debes verificar si todos los componentes electrónicos en el PCB han sido colocados con precisión. Puede hacerse automáticamente con el uso de un bastidor de transporte. Los ingenieros pueden rectificar rápidamente cualquier error si lo encuentran.

3. Soldadura por ola

Estos componentes electrónicos deben soldarse a la placa en este paso. Puedes hacerlo manualmente, pero un proceso automatizado mucho más eficiente llamado soldadura por ola puede usarse.

El PCB se coloca en una cinta transportadora que lo lleva dentro de un horno especial que contiene soldadura fundida a altas temperaturas. La soldadura se aplica en la parte inferior de la placa, cubriendo todos los pines a la vez.

Los componentes electrónicos quedan unidos con todas las conexiones de terminales o cables a la placa.

Tecnología de Montaje Superficial (SMT)

En WellPCB, contamos con profesionales y expertos que tienen los conjuntos de habilidades adecuados para hacer realidad tus necesidades de PCB. Ofrecemos fabricación PCB, ensamblaje PCB (SMT te permite acelerar el proceso de producción, pero hay mayores posibilidades de defectos. SMT es la colocación o montaje automático de componentes electrónicos en un PCB. Por esta razón, el método también emplea detección de fallos para crear productos funcionales.

Los componentes eléctricos montados con SMT son más pequeños que los componentes PTH y pueden o no tener terminales. A veces vienen con pines, contactos planos o terminaciones en su cuerpo.

Proceso de ensamblaje

1. Ensamblaje PCB – Aplicación de soldadura

Debes usar una impresora de pasta de soldadura para aplicar soldadura al PCB. Se usa una pantalla de soldadura o plantilla para asegurar la aplicación adecuada de soldadura en puntos válidos donde se colocarán los componentes electrónicos.

Es crucial tener un proceso de impresión de pasta de soldadura eficiente ya que impacta directamente en la calidad de la soldadura. Se usa un inspector de soldadura para encontrar defectos en la calidad de impresión de pasta de soldadura. Si se detectan errores, la soldadura se lava para una segunda impresión.

Para defectos menores, un retrabajo puede ser suficiente.

2. Colocación de componentes

Una máquina pick-and-place se usa para montar los componentes electrónicos después de la impresión de soldadura. El motor monta automáticamente el IC o componentes a través de carretes de componentes. Los carretes son responsables de alimentar los detalles a la máquina, que luego se fijan en el PCB.

3. Ensamblaje PCB – Soldadura por reflujo

Este paso usa un horno especializado para endurecer la pasta de soldadura y fijar firmemente los componentes de la placa. El PCB es transportado dentro de una serie de calentadores que elevan la temperatura de la placa a 250 grados Celsius. La alta temperatura funde la soldadura en la placa.

Luego, el PCB pasa por una serie de calentadores más fríos, que bajan la temperatura y ayudan a que la soldadura se endurezca. Esto adhiere firmemente todos los componentes electrónicos al PCB.

Ensamblaje PCB – Tecnología mixta

Los productos electrónicos han aumentado en complejidad, requiriendo diferentes componentes electrónicos en PCBs en la era moderna. Encontrarás el uso de ambas tecnologías THT y SMT en un solo PCB que contiene tanto componentes de montaje superficial como de orificio pasante.

La tecnología mixta se usa en los siguientes casos:

Ensamblaje mixto a una cara

En el ensamblaje mixto a una cara, se lleva a cabo primero el proceso habitual de impresión de pasta de soldadura. Luego se colocan los componentes de montaje superficial, seguido de soldadura por reflujo.

Luego debes colocar los componentes THT y realizar soldadura por ola. También puedes optar por soldadura manual si usas un número pequeño de componentes THT.

Una cara THT y otra SMT

Primero, necesitas aplicar adhesivos de montaje superficial y luego montar los componentes SMT. Luego debes colocarlos en el horno para solidificación, seguido de volteo.

Luego debes montar los componentes THT y realizar soldadura por ola. Este proceso de ensamblaje requiere alto costo debido al uso de mayor cantidad de adhesivos.

Ensamblaje mixto a doble cara

Es un proceso complicado y largo donde los componentes SMT se colocan después de la impresión de pasta de soldadura. Luego debes usar adhesivos para colocar los componentes SMT en el otro lado, seguido de solidificación.

Luego, los componentes THT se montan, terminando con soldadura por ola. También puedes realizar el proceso sin usar adhesivos pero necesitas calentar tres veces, lo que resulta en menor eficiencia.

El siguiente capítulo determinará cómo se prueba un PCB para asegurar su funcionalidad y calidad.

Pruebas de ensamblaje de placa de circuito impreso

Necesitarás realizar varias pruebas para determinar la funcionalidad de tu ensamblaje PC. Comienza con la verificación DFM, que implica comprobar las especificaciones de diseño de un PCB para características faltantes o problemáticas.

La siguiente prueba de funcionalidad se realiza después de que los componentes de montaje superficial se colocan y sueldan. La placa se prueba para sus conexiones y cortocircuitos, que pueden ocurrir si se han producido enlaces inapropiados.

Inspecciona manualmente el PCB después del proceso de reflujo. Puede ser útil en un lote pequeño de PCBs pero no es factible para producción a gran escala. También se usa una máquina de inspección óptica automática para probar los PCBs usando cámaras avanzadas.

La máquina puede detectar soldadura de baja calidad analizando la forma en que reflejan la luz.

Uno de los métodos menos convencionales usados para PCB altamente complejos o multicapa implica inspección por rayos X. Los rayos X proporcionan visuales de todas las capas y pueden ayudar a encontrar problemas ocultos a simple vista.

Después de que el proceso de ensamblaje termina, se realiza una inspección final y prueba de funcionalidad. Puedes descubrir diferentes aspectos a través de la prueba, como salida de señal, corriente y voltaje. Puedes determinar las características eléctricas del PCB mediante señales simuladas.

Ensamblaje PCB – Conclusión

Esto facilitará que una máquina pick-and-place recoja y coloque fácilmente los componentes en el PCB (el ensamblaje PCB puede ser un proceso complicado o simple dependiendo del número de componentes electrónicos que uses y sus tipos. La mejor forma de ensamblar un PCB es especializarse en mantener todas las especificaciones y estándares.

Puedes contactarnos para ensamblaje de placas de circuito impreso y productos finales de alta calidad que pasen rápidamente las pruebas de función. Aseguraremos que los PCBs se ensamblen según tu diseño e instrucciones para ofrecer los mejores resultados.