En el diseño de PCB, es necesario desarrollar diagramas esquemáticos de circuitos y diagramas de diseño de PCB. Este diseño de PCB incluye la ubicación de los componentes y el trazado de la ruta eléctrica. Por otro lado, en el ensamblaje de PCB, los fabricantes de PCB instalan componentes electrónicos según el diseño de PCB. Estos componentes incluyen condensadores, resistencias y circuitos integrados.
Comprender qué es una PCB, cómo diseñar una PCB y qué es un ensamblaje de PCB puede ayudar a garantizar
Montaje preciso de placas de circuito impreso. La función del diseñador de PCB es garantizar que el diseño y la disposición de la PCB sean adecuados para un montaje fiable y tener en cuenta los materiales de la placa.
¿Qué es una PCB?
Empecemos por lo básico: ¿Qué es una PCB? La placa de circuito impreso (PCB) es una placa plana que proporciona soporte mecánico y conexión eléctrica a los componentes electrónicos mediante circuitos conductores, almohadillas y otras estructuras grabadas en lámina de cobre.
Estas placas de circuitos son el núcleo de los productos electrónicos modernos. Comprender qué es un conjunto de PCB ayuda a los ingenieros a desarrollar diversos productos, desde dispositivos portátiles hasta controladores industriales.
¿De qué están hechas las placas de circuitos?
Una placa de circuito impreso no es una sola placa. Tiene numerosas capas. Curiosamente, cada capa está diseñada para una función específica. Lee los detalles a continuación.
Soporte
El sustrato es el sustrato básico. ¿Cuál es su función? Estabiliza las capas conductoras. Posteriormente, combate el calor, la tensión y las cargas eléctricas.
Materiales de sustrato comunes:
FR4:
El FR4 es un epoxi muy popular. En los dispositivos actuales, la repelencia al agua se ha vuelto crucial. Por ello, los fabricantes de PCB actuales prefieren trabajar con materiales FR4.
Poliimida:
El material de poliimida proporciona flexibilidad a la base de la PCB, lo que facilita su flexión y su adaptación a las superficies. Este material ofrece bajo ruido electrónico y un alto rendimiento a altas temperaturas.
Cerámico:
Organizan vías conductoras en las superficies de las placas de circuito impreso (PCB). Gracias a sus excelentes propiedades eléctricas, este material evita que los componentes de la PCB, como los sistemas de comunicación y radiofrecuencia, retengan un calor excesivo.
Sustratos con núcleo metálico:
Los sustratos con núcleo metálico suelen estar hechos de aluminio o cobre. Evitan la generación problemática de calor. Esta característica es esencial para aplicaciones como equipos de potencia y LED.
Capas de cobre
Las rutas eléctricas que conectan los componentes están formadas por capas de cobre. Estas capas son las que se utilizan para la transmisión de señales y potencia en la PCB.
Propiedades de las capas de cobre:
Conductividad:El cobre, al ser un metal altamente conductor, permite una mejor transmisión de señal y potencia.
Espesor de cobre:El espesor del cobre afecta la cantidad de corriente que transportará la PCB.
Espesores comunes del cobre:
Cobre estándar (1 oz/ft²):
1 oz/ft² indica el peso del cobre distribuido en un pie cuadrado, lo que corresponde a un espesor de aproximadamente 35 micrones.
Cobre pesado (2-10 oz/ft²):
Es una película más gruesa para la conducción de grandes corrientes. Este material se encuentra en fuentes de alimentación y controladores de motores.
Capa dieléctrica
Entre las capas de cobre se encuentra una capa de dieléctrico, un material aislante. Esto evita cortocircuitos y garantiza el correcto funcionamiento de la PCB.
Lista de propiedades de materiales dieléctricos:
Constante dieléctrica
La constante dieléctrica mide la capacidad de almacenamiento de energía eléctrica de un material. Una constante dieléctrica alta indica cuánta carga eléctrica absorbe el material en comparación con el vacío. Una constante dieléctrica baja es adecuada para piezas que permiten velocidades de señal más altas, como líneas de transmisión de microondas, radiofrecuencia y circuitos digitales.
Tangente de pérdida
Indica la propagación de la potencia de la señal, que el material absorbe como energía térmica. Dependiendo de su estructura y de la inducción de la resina de vidrio, Df es adecuado para ensamblajes de alta frecuencia.
Opciones de materiales:
• Resina epoxica
• PTFE (politetrafluoroetileno)
• Cerámica dieléctrica
Máscara para soldar
Las máscaras de soldadura son una fina capa de laca de polímero. Esta capa protege las trazas de cobre. En muchos casos, siempre existe la posibilidad de oxidación.
Funciones de la máscara de soldadura:
Reduce los puentes: Evita que la soldadura fluya en la dirección incorrecta
Protección de cobre:Previene la oxidación y la corrosión.
Más fácil de ver:Las trazas y almohadillas de cobre son más visibles.
Serigrafía
Serigrafía: la capa superior impresa en la máscara de soldadura. Proporciona etiquetas y sugerencias para facilitar el montaje y la organización de los problemas.
Propósito de la serigrafía:
Etiquetado de componentes:Etiquetas de piezas, pines y direcciones
Guía de montaje:Ayuda a colocar componentes, ya sea manualmente o mediante automatización.
Ayuda para pruebas:Marca los puntos de prueba y las conexiones críticas para fines de prueba.
Ejemplos de materiales de fabricación avanzados
Un caso de uso especializado para PCB requiere materiales de PCB avanzados porque existen demandas adicionales que deben satisfacerse.
¿Cómo diseñar una PCB?
¿Por dónde empezar a fabricar conjuntos de PCB? Implica los mismos pasos. Pero la precisión, la creatividad y la capacidad técnica son primordiales. Esto garantizará que cada etapa sea funcional, productiva y se ajuste al presupuesto.
Pasos de diseño detallado:
• Identificar las necesidades de diseño
• enrutamiento
• Planos de potencia y tierra
• Simulación y verificación
• Comprobaciones de reglas de diseño
• Generación de archivos
Identificar las necesidades de diseño
Para empezar, cree una lista de funcionalidades de las PCB. Esta lista está sujeta a las condiciones ambientales específicas de cada producto. Indique el tamaño requerido, las dimensiones detalladas, la necesidad de capas y la ubicación de los componentes.
Diseño esquemático:
Los diseñadores de PCB crean el diseño visual de una PCB. ¿Por qué lo hacen? Para mostrar cómo se interconectarán los componentes. Además, será más fácil detectar errores. Por lo tanto, se recomienda centrarse en una documentación precisa.
Planos de potencia y tierra:
Representa las áreas continuas más amplias. Se centra en la distribución de la tensión de alimentación y las señales eléctricas. El ruido en las señales suele minimizarse mediante la separación.
Simulación y verificación:
Utilice software especializado para crear un modelo virtual. De esta forma, podrá analizar las reflexiones de la señal, el comportamiento electrónico, los puntos calientes térmicos o los problemas de diafonía.
Comprobaciones de reglas de diseño:
Los controles automatizados garantizan que su diseño cumpla con las tolerancias de fabricación, como el ancho mínimo de traza, la distancia entre trazas (espaciado) y el tamaño de las vías.
Generación de archivos:
Exportación de archivos como archivos Gerber y de perforación, así como otros documentos de fabricación. Debe revisarlos cuidadosamente para asegurarse de que coincidan con su diseño.
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¿Qué es el montaje de PCB?
El ensamblaje de PCB (PCBA) convierte una PCB común en un circuito electrónico completo mediante el montaje y la soldadura de componentes. Esto significa que existe tecnología y medidas concretas que permiten que cada componente realice su función de manera eficiente.
Existen los principales tipos de métodos de ensamblaje de PCB:
Tecnología de montaje superficial
Los componentes se fijan a la superficie de la placa de circuito impreso (PCB). La tecnología de montaje superficial (SMT) permite un mayor número de componentes por unidad de área, lo que la hace ideal para dispositivos miniaturizados modernos.
THT
Para soldar componentes con terminales, se deben insertar en los orificios pretaladrados. Para mayor resistencia mecánica, los componentes del conector se retiran del THT.
Tecnología mixta:
Integra SMT y THT para beneficiarse de lo mejor de ambos mundos.
¿Cómo ensamblar una PCB?
Ya has diseñado y fabricado una PCB, ¿qué sigue? El siguiente paso es el ensamblaje. Los fabricantes de PCB instalan pequeñas piezas por toda la placa. Analicemos los diferentes pasos del PCBA.
Aplicación de pasta de soldadura
Los fabricantes de PCB pueden aplicar pasta de soldadura en la placa, lo que proporciona adhesión temporal a las piezas.
Proceso:
Se coloca una plantilla de acero inoxidable perforada sobre la placa de circuito impreso (PCB). Con una espátula, se aplica pasta de soldadura (una mezcla de fundente y polvo de soldadura) sobre la plantilla. Esta pasta solo se adhiere donde las almohadillas están expuestas. Los componentes se colocarán encima.
Colocación de componentes
Los componentes se colocan en la PCB en las zonas donde ya se ha aplicado pasta de soldadura. Este paso puede realizarse a máquina o a mano, según el diseño.
Las máquinas que transportan productos de un punto a otro de la fábrica automáticamente se denominan máquinas de selección y colocación automatizadas. Los componentes se colocan con precisión milimétrica mediante máquinas miniaturizadas de alta velocidad.
Estas máquinas leen el archivo de diseño para saber dónde va cada componente. Las piezas se extraen de carretes o bandejas y se colocan directamente sobre la pasta de soldadura.
Colocación manual:
Adecuado para diseños únicos, de mayor tamaño y de menor volumen. Los operadores colocan manualmente componentes grandes, como conectores o transformadores.
Soldadura por reflujo
Soldadura por reflujo, utilizada para componentes de tecnología de montaje superficial (SMT). Esto permite que la pasta de soldadura se licue y posteriormente se endurezca. Crea conexiones eléctricas que no solo son muy duraderas, sino que también poseen resistencia mecánica.
Proceso:
La PCB de pasta de soldadura se colocó en la cinta transportadora que se dirigía a un horno de reflujo. La placa se somete al siguiente calentamiento gradual en el horno:
Precalentamiento:Comience con un calentamiento lento para garantizar que se evite el choque térmico.
Empapar:Mantiene la temperatura estable para obtener la activación del flujo de la pasta de soldadura.
Reflujo:Se eleva a una temperatura que licúa la soldadura (~250 °C para soldadura sin plomo)
Enfriamiento:Reduzca lentamente la temperatura para congelar la soldadura.
Soldadura por ola
Para componentes de orificio pasante (THT), utilizamos soldadura por ola. Esta técnica es más efectiva cuando los cables de las piezas se introducen en los orificios de la PCB.
Proceso:
Sostenida en ángulo, la PCB se desliza sobre un chorro de soldadura fundida. La soldadura se aplica a los cables expuestos y rellena los orificios, creando conexiones sólidas.
Limpieza
Las empresas de ensamblaje de PCB incorporan IPA en los componentes con soldadura limpia. Esto ayuda significativamente a eliminar los residuos de fundente y el polvo de la placa.
AOI
Las cámaras escanean la placa para detectar componentes mal instalados. AOI también identifica soldaduras defectuosas, como soldadura insuficiente, puentes, etc.
Inspección de rayos X:
Se aplica a uniones de soldadura invisibles, como en piezas de matriz de rejilla de bolas (BGA). Detección in situ de huecos, grietas o soldadura insuficiente debajo del componente.
Prueba de funcion
Las pruebas funcionales son importantes para verificar el conjunto completo, no solo los componentes. En este paso, se aplican las fuentes de alimentación para que el dispositivo funcione.
Es la etapa final para examinar si las piezas funcionan correctamente en la práctica simulada en tiempo real.
Consejos desde el diseño de PCB hasta el ensamblaje
Ya eres un experto en los fundamentos del diseño y ensamblaje de PCB. Sin embargo, aquí encontrarás consejos muy útiles para mejorar tu diseño y ensamblaje.
La primera etapa es el Diseño:
1. Es fundamental tener mucho cuidado con la precisión del esquema. Se recomienda incorporar símbolos y etiquetas visibles.
2. El segundo consejo es revisar bien el diseño. Esto es importante porque reducirá la diafonía y la longitud de la señal.
3. El mejor consejo es incorporar DRC para poder identificar los problemas a tiempo.
2da Etapa es el Montaje:
1. Acuda siempre a un proveedor confiable porque podrá suministrarle piezas de primera calidad.
2. Simultáneamente, elija la soldadura por reflujo o por ola para realizar uniones muy potentes.
3. Nunca olvides realizar una prueba de inspección. Esto te ayudará a identificar cualquier componente faltante.
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Conclusión:
Antes de concluir, debe comprender los fundamentos del diseño y ensamblaje de PCB. Ha leído los pasos anteriores para diseñar una PCB y los materiales del sustrato del núcleo. Además, ¿cómo puede lograr un ensamblaje exitoso de la PCB?
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