El montaje convierte una placa desnuda y un conjunto de carretes en un circuito que funciona. Hoy la mayoría de los componentes son de montaje superficial (SMT, surface-mount technology): se sitúan sobre pads en la superficie de la placa. Algunos componentes, normalmente conectores grandes, transformadores y componentes de potencia, tienen terminales que atraviesan agujeros (THT, through-hole technology). Una placa suele tener de ambos tipos, y el proceso tiene un paso para cada uno.
La línea, una estación tras otra.
- Impresora: una rasqueta empuja la pasta a través de la plantilla (stencil) sobre los pads.
- Inspección de pasta: una cámara comprueba la pasta antes de que se coloquen los componentes.
- Colocación: una boquilla coloca cada componente sobre la pasta.
- Horno de reflujo: zonas que calientan la placa, la mantienen, funden la soldadura y la enfrían.
- Inspección óptica: una cámara comprueba la placa soldada.
1. Preparación de la línea
Antes de fabricar ninguna placa, la fábrica:
- comprueba que cada componente de la BOM (lista de materiales) está presente y coincide con el número de pieza,
- hornea los componentes sensibles a la humedad que han estado expuestos demasiado tiempo (un circuito integrado de plástico que absorbe humedad puede agrietarse al calentarse en el reflujo),
- carga los carretes en los alimentadores de la máquina de colocación,
- fabrica o recupera una plantilla (stencil), y
- carga los programas de la máquina desde su archivo de colocación.
Qué puede salir mal: un componente incorrecto en un alimentador. Por eso la primera placa se inspecciona con detalle (una inspección de primer artículo) antes de que avance el lote.
2. Impresión de pasta de soldadura
La pasta de soldadura es una mezcla de pequeñas esferas de soldadura y fundente, con la consistencia de la pasta de dientes. La aleación de soldadura más común para el trabajo sin plomo es una aleación de estaño-plata-cobre conocida como SAC305. Una plantilla (stencil), una lámina metálica fina con agujeros donde están sus pads, se coloca sobre la placa. Una rasqueta empuja la pasta a través de los agujeros sobre los pads.
Qué puede salir mal: demasiada pasta provoca puentes entre los pads; demasiado poca da uniones débiles o uniones abiertas. El espesor de la plantilla (stencil), el tamaño de las aberturas y lo bien que la plantilla (stencil) sella contra la placa deciden el volumen. Los componentes de paso fino necesitan una plantilla (stencil) más fina que los grandes, por lo que las placas mixtas son un compromiso. Algunas fábricas usan una máquina de inspección de pasta de soldadura (SPI) para medir el volumen de pasta en cada pad antes de colocar los componentes. Consulte Inspección y prueba.
3. Colocación
Una máquina pick-and-place toma los componentes de los alimentadores con una boquilla de vacío, los comprueba con una cámara y los coloca sobre la pasta, con su posición fijada por su archivo de colocación y corregida usando los fiduciales, las pequeñas marcas redondas en la placa que la cámara localiza.
Los componentes pasivos pequeños se colocan muy rápido; los componentes grandes o de forma irregular, y los circuitos integrados de paso fino, se colocan más despacio y con más cuidado. La pasta es lo bastante adherente para mantener los componentes en su sitio hasta la soldadura.
Qué puede salir mal: un componente girado 90 o 180 grados porque la orientación de la huella en la biblioteca difiere de la de su archivo de colocación; un componente que falta porque se agotó; un tombstone (más abajo).
4. Soldadura por reflujo
La placa recorre un horno de reflujo sobre una cinta transportadora. Pasa por zonas de temperatura creciente:
- Precalentamiento: eleva la placa con suavidad para que los componentes no se agrieten por el choque térmico.
- Mantenimiento (soak): iguala la temperatura en toda la placa y activa el fundente.
- Reflujo: la temperatura sube por encima del punto de fusión de la soldadura (aproximadamente 217 a 220 °C para SAC305), normalmente con un pico de aproximadamente 240 a 250 °C durante un tiempo breve. La soldadura se funde, moja el pad y el terminal del componente, y la tensión superficial tira del componente hasta alinearlo.
- Enfriamiento: la soldadura se solidifica en una unión.
El perfil, la temperatura frente al tiempo, se fija para la placa, sus componentes y la pasta, y se comprueba con una medición con termopar en una placa de prueba.
- Precalentamiento: una subida suave.
- Mantenimiento (soak): la temperatura se iguala y el fundente se activa.
- Reflujo: por encima del punto de fusión de la soldadura (la línea discontinua) durante un tiempo breve.
- Pico: la temperatura más alta del perfil.
- Enfriamiento: la soldadura se solidifica en una unión.
Qué puede salir mal:
- Tombstoning: un componente pequeño de dos terminales se levanta sobre un extremo porque un pad se calienta y se moja antes que el otro. Los tamaños desiguales de los pads o una conexión de cobre desigual a los pads son las causas habituales.
- Puentes de soldadura: por demasiada pasta o pads demasiado cerca.
- Vacíos (voids): gas atrapado en una unión, lo que importa bajo pads térmicos grandes y BGA.
- Head-in-pillow: una bola de BGA que no se funde con su pasta, a menudo cuando la placa o el componente se deforman durante el reflujo.
- Componentes que se desplazan o caen: los componentes pesados en la segunda cara pueden caerse durante el segundo reflujo si el área del pad es demasiado pequeña para su peso.
- Una unión correcta: el componente queda plano y la soldadura moja ambos pads.
- Tombstoning: un pad se calentó y se mojó primero, y levantó el componente sobre su extremo.
- Un puente de soldadura: la soldadura une dos pads vecinos.
5. Segunda cara
Si ambas caras tienen componentes, la placa pasa por la línea dos veces. La cara con los componentes más pequeños y ligeros normalmente va primero.
6. Componentes de agujero pasante
Los componentes de agujero pasante se insertan a mano o con máquina, y después se sueldan mediante uno de estos métodos:
- Soldadura por ola: la parte inferior de la placa pasa sobre una ola de soldadura fundida. Es rápida para muchos pines. Los componentes de montaje superficial en la cara inferior tienen que pegarse o cubrirse en un palé para soportarla. Nuestra línea usa un proceso de doble ola sin plomo.
- Soldadura selectiva: una boquilla pequeña suelda uniones elegidas una a una, sin calentar el resto de la placa. Se usa cuando la placa tiene componentes en ambas caras, o componentes sensibles al calor cerca del agujero pasante.
- Soldadura manual: por un operario formado para componentes sueltos, retrabajos y volúmenes bajos.
Después de la soldadura por ola o manual, se recorta el exceso de longitud de los terminales.
7. Limpieza
El residuo de fundente que queda después de soldar es inofensivo en muchas placas (un fundente «no-clean» está diseñado para esto). Las placas para alta tensión, alta impedancia o para recubrimiento se limpian, por ejemplo en un baño ultrasónico, con un producto químico adecuado al fundente. Solicite la limpieza si el producto es sensible al residuo.
8. Recubrimiento conformado
Una fina película polimérica protectora (acrílica, silicona, poliuretano u otra) se puede pulverizar o aplicar por inmersión sobre la placa terminada, para protegerla de la humedad, la sal, el polvo y los productos químicos. Los conectores, los puntos de prueba y otras zonas que deben quedar sin recubrir se enmascaran o se evitan. El recubrimiento oculta la superficie de la placa, lo que dificulta la inspección y el retrabajo posterior. Nuestra fábrica aplica el recubrimiento de forma selectiva, con máquina.
9. Programación y prueba
Los microcontroladores y las memorias se cargan con el firmware, antes de la colocación o en circuito después de soldar a través de un conector de programación o pads de prueba. Una prueba funcional comprueba que la placa funciona. Consulte Inspección y prueba.
Aspectos a tener en cuenta en el diseño
- Tamaños de pad iguales y conexiones de cobre simétricas para los componentes pequeños de dos terminales, para que se calienten de forma uniforme.
- Fiduciales en la placa y en el panel. Consulte Panelización y placas pequeñas.
- Espacio alrededor de los componentes para la boquilla, para la inspección y para el retrabajo.
- Marcas claras de polaridad y de pin 1.
- Una elección de componentes aptos para reflujo: no todos los componentes soportan el horno, y unos pocos (algunos conectores, condensadores electrolíticos de ciertos tipos, baterías) deben añadirse después.
Cómo se refleja esto cuando usted pide aquí
Nuestra fábrica dispone de impresión automática de pasta de soldadura, hornos de reflujo de 10 zonas, colocación de alta velocidad, soldadura por doble ola sin plomo, estaciones de retrabajo manual y recubrimiento conformado selectivo. Qué opciones de montaje están disponibles a través del sitio, y sus límites, están en la página de capacidades. Un ingeniero confirma cada pedido y puede preguntarle por un componente que no puede pasar por el reflujo, o por una huella que favorece el tombstoning. Las 25 comprobaciones al subir los archivos examinan los archivos de la placa; no revisan su montaje en busca de estos fallos de proceso.