Factores clave de diseño PCB para fabricación SMT óptima

El desarrollo de la tecnología moderna conduce a la miniaturización creciente de componentes electrónicos y aplicación masiva de tecnología y dispositivos SMT en productos electrónicos. Los dispositivos de fabricación SMT tienen atributos de total automatización, alta precisión y alta velocidad. Al aumentar el grado de automatización, se imponen mayores requisitos al diseño PCB. Este debe adaptarse a los requisitos de dispositivos SMT, de lo contrario la eficiencia y calidad de fabricación se verán afectadas o incluso la SMT automática por computadora no podrá completarse. Por ejemplo, la máquina fallará frecuentemente si MARK no se cumple plenamente; diseño irrazonable en forma de PCB, borde de sujeción y panel influirá en eficiencia y defectos de pad o incluso la fabricación no podrá completarse.

SMT y sus atributos

SMT, tecnología de montaje superficial, es una tecnología avanzada de fabricación electrónica que suelda y monta componentes en el lugar prescrito del PCB. Comparada con THT (tecnología de orificio pasante), la característica más significativa es el mayor grado de automatización, apto para fabricación masiva automática.

Introducción de la línea de producción SMT

Una línea básica integrada SMT debe contener cargador, impresora, montador de chips, horno de refusión y descargador. El PCB comienza en el cargador, se transmite por la vía y pasa equipos completando producción. Luego recibe soldadura a alta temperatura en horno de refusión y se transmite al descargador con impresión, montaje y soldadura completados. Este proceso se muestra en la Figura 1.

Elementos de diseño PCB que influyen en fabricación SMT

El diseño PCB es el eslabón clave en tecnología SMT, elemento importante que determina calidad de fabricación. Este artículo analiza elementos de diseño que influyen en calidad desde la perspectiva de equipos SMT. Los requisitos de dispositivos SMT incluyen: patrón, tamaño, agujero de ubicación, borde de sujeción, MARK, métodos de panelización, etc.

• Patrón PCB

En línea SMT automática, la producción comienza en cargador y finaliza tras impresión, montaje, soldadura. Finalmente, sale del descargador como placa terminada. En este proceso, el PCB se transmite en la vía del dispositivo, requiriendo que el patrón sea acorde con la transmisión entre dispositivos.

La Figura 2 muestra PCB rectangular estándar cuyo borde de sujeción es plano como una línea, apto para transmisión. A veces, el ángulo recto se diseña en chaflán.

Para el diseño en Figura 3, su borde de sujeción no es línea recta, influyendo ubicación y transmisión en dispositivo. El espacio abierto en Figura 3 puede completarse para hacer su borde recto como en Figura 4. Otro método es añadir borde de rotura, como en Figura 5.

• Tamaño PCB

El tamaño debe conformarse a requisitos máximos y mínimos de impresora y montador. Actualmente, la mayoría de dispositivos aceptan 50×50 mm a 330×250 mm (o 410×360 mm).

Si el PCB es muy delgado, su tamaño no debe ser demasiado grande, o la temperatura de refusión causará deformación. Lo ideal es relación largo/ancho 3:2 o 4:3.

Si el tamaño es menor al mínimo, debe panelizarse. El número de paneles se determina según tamaño y espesor.

• Agujero de ubicación PCB

Los métodos de ubicación SMT se dividen en: agujero de ubicación con borde, y solo borde. Sin embargo, el método aplicado en nuestra empresa es Fiducial Mark.

• Borde de sujeción PCB

Como el PCB se transmite en la vía, los componentes no deben colocarse en dirección del borde de sujeción, o serán presionados por el dispositivo, afectando montaje. Tomemos PCB en Figura 6(a): algunos componentes cerca del borde inferior, por lo que bordes superior/inferior no pueden usarse como sujeción. Sin embargo, no hay componentes cerca de los bordes laterales, por lo que los dos bordes cortos pueden usarse, como en Figura 6(b).

• Mark

El MARK es punto de identificación para identificación y ubicación de todos los dispositivos automáticos, usado para modificar errores de fabricación.

a. Forma: círculo sólido, cuadrado, triángulo, rombo, cruz, círculo hueco, oval, etc. Círculo sólido es primera opción.
b. Tamaño: 0,5 mm a 3 mm. Círculo sólido de 1 mm diámetro es primera opción.
c. Superficie: igual que plano de soldadura de pad, plana, ni muy gruesa ni delgada, excelente efecto reflector.

Debe haber zona de fondo alrededor del MARK sin otros pads, serigrafía ni máscara de soldadura, como en Figura 7.

La Figura 8 muestra excelente diseño de MARK; Figura 9 muestra diseños irrazonables.

En Figura 9, caracteres y líneas de serigrafía alrededor del MARK influirán en su identificación, causando alarmas frecuentes y afectando eficiencia.

• Método de panelización

Para aumentar eficiencia, múltiples PCB pequeños de misma o distinta forma pueden combinarse en un panel. Para PCB doble cara, cara superior e inferior pueden diseñarse en un panel, produciendo una plantilla y reduciendo coste. También reduce tiempo de cambio entre caras, aumentando eficiencia y utilización.

Los métodos de conexión incluyen stamp hole (agujero de estampa) y V-groove (ranura V), mostrados en Figura 10.

Un requisito del método V-groove es mantener la parte restante (sin cortar) igual a 1/4 a 1/3 del espesor. Si se corta demasiado, la ranura puede romperse por temperatura de refusión, causando caída de PCB que se quemará.

El diseño PCB es tecnología compleja que debe considerar requisitos de dispositivos, layout de componentes, diseño de pads y circuitos. Un excelente diseño es elemento significativo para calidad. Este artículo presenta problemas a considerar desde perspectiva SMT. Con atención suficiente, la fabricación SMT totalmente automática puede realizarse.

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Recursos útiles

• Requisitos de diseño PCB SMT Parte 1: Diseño de pad de componentes ordinarios
• Parte 2: Conexión pad-pista, vias, punto de prueba, máscara de soldadura y serigrafía
• Parte 3: Diseño de layout de componentes
• Parte 4: Mark
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