En términos de tecnología moderna, el mundo está creciendo a un ritmo muy rápido y su influencia puede entrar fácilmente en juego en nuestra vida diaria. The way we live has changed dramatically and this technological advance has led to many advanced devices that we didn’t even think of 10 years ago. El núcleo de estos dispositivos es la ingeniería eléctrica y el núcleo es placa de circuito impreso (TARJETA DE CIRCUITO IMPRESO).

Una placa de circuito impreso suele ser verde y es un cuerpo rígido con varios componentes electrónicos. These components are welded to the PCB in a process called “PCB assembly” or PCBA. La PCB consta de un sustrato hecho de fibra de vidrio, capas de cobre que componen la traza, orificios que componen el componente y capas que pueden ser internas y externas. En RayPCB, podemos proporcionar hasta 1 a 36 capas para PROTOTIPOS multicapa y 1 a 10 capas para múltiples lotes de PCB para producción en volumen. For single-sided and double-sided PCBS, an outer layer exists but no inner layer.

The substrate and components are insulated with solder film and held together with epoxy resin.The welding mask can be green, blue or red, as is common in PCB colors. La máscara de soldadura permitirá que el componente evite cortocircuitos con la pista u otros componentes.

Las trazas de cobre se utilizan para transferir señales electrónicas de un punto a otro en una PCB. These signals can be high-speed digital signals or discrete analog signals. Estos cables se pueden hacer gruesos para proporcionar energía para el suministro de energía de los componentes.

In most PCBS that provide high voltage or current, there is a separate grounding plane. Components on the top layer are connected to the internal GND plane or internal signal layer via “Vias”.

Los componentes se ensamblan en la PCB para permitir que la PCB funcione según lo diseñado. The most important thing is PCB function. Incluso si las pequeñas resistencias SMT no están colocadas correctamente, o incluso si se cortan pequeñas pistas de la PCB, es posible que la PCB no funcione. Therefore, it is important to assemble components in a proper way. La PCB al ensamblar componentes se llama PCBA o PCB de ensamblaje.

Dependiendo de las especificaciones descritas por el cliente o usuario, la función de la PCB puede ser compleja o simple. PCB size also varies according to requirements.

The PCB assembly process has both automatic and manual processes, which we will discuss.

Diseño y capa de PCB

Como se mencionó anteriormente, hay múltiples capas de señal entre las capas externas. Now we will discuss the types of outer layers and functions.

Understand PCB board assembly process and feel the green charm of PCBD

1 – Sustrato: Es una placa rígida de material FR-4 sobre la que se “rellenan” o se sueldan los componentes. This provides rigidity for the PCB.

2- Copper layer: Thin copper foil is applied to the top and bottom of the PCB to make the top and bottom copper trace.

3- Máscara de soldadura: Se aplica a las capas superior e inferior de la PCB. This is used to create non-conducting areas of the PCB and insulate the copper traces from each other to protect against short circuits. La máscara de soldadura también evita soldar piezas no deseadas y asegura que la soldadura ingrese al área de soldadura, como agujeros y almohadillas. These holes connect the THT component to the PCB while the PAD is used to hold the SMT component.

4- Screen: The white labels we see on PCBS for component codes, such as R1, C1 or some description on PCBS or company logos, are all made of screen layers. La capa de pantalla proporciona información importante sobre la PCB.

There are 3 types of PCBS according to the substrate classification

1- Rigid PCB:

Los PCB son la mayoría de los dispositivos de PCB que vemos en varios tipos de PCB. Se trata de PCBS duros, rígidos y resistentes, con diferentes espesores. The main material is fiberglass or simple “FR4”. FR4 significa “retardador de llama-4”. Las características de autoextinción del FR-4 lo hacen útil para el uso de muchos dispositivos electrónicos industriales de núcleo duro. The FR-4 has thin layers of copper foil on both sides, also known as copper-clad laminates. Los laminados revestidos de cobre Fr-4 se utilizan principalmente en amplificadores de potencia, fuentes de alimentación de modo de conmutación, controladores de servomotor, etc. Por otro lado, otro sustrato rígido de PCB comúnmente utilizado en electrodomésticos y productos de TI se llama PCB fenólico de papel. Son ligeros, de baja densidad, baratos y fáciles de perforar. Calculadoras, teclados y ratones son algunas de sus aplicaciones.

2- Flexible PCB:

Made from substrate materials such as Kapton, flexible PCBS can withstand very high temperatures while being as thick as 0.005 inches. It can be easily bent and used in connectors for wearable electronics, LCD monitors or laptops, keyboards and cameras, etc.

3-metal core PCB:

In addition, another PCB substrate can be used like aluminum, which is very efficient for cooling.Estos tipos de PCBS se pueden utilizar para aplicaciones que requieran componentes térmicos como leds de alta potencia, diodos láser, etc.

Installation technology type:

SMT: SMT stands for “surface mount technology”. Los componentes SMT son de tamaño muy pequeño y vienen en varios paquetes, como 0402,0603 1608 para resistencias y condensadores. Asimismo, para circuitos integrados ics, tenemos SOIC, TSSOP, QFP y BGA.

El ensamblaje de SMT es muy difícil para las manos humanas y puede ser un proceso de procesamiento de tiempo, por lo que se realiza principalmente mediante robots automatizados de recolección y colocación.

THT: THT significa tecnología de orificios pasantes. Components with leads and wires, such as resistors, capacitors, inductors, PDIP ics, transformers, transistors, IGBT, MOSFET, etc.

Los componentes deben insertarse en un lado de la PCB en un componente y tirar de la pata del otro lado, cortar la pata y soldar. THT assembly is usually done by hand welding and is relatively easy.

Requisitos previos del proceso de montaje:

Prior to the actual PCB fabrication and PCB assembly process, the manufacturer checks the PCB for any defects or errors in the PCB that could cause the failure. This process is called the Manufacturing design (DFM) process. Los fabricantes deben realizar estos pasos básicos de DFM para garantizar una PCB impecable.

1- Component layout considerations: Through-holes must be checked for components with polarity. Like electrolytic capacitors must be checked polarity, diode anode and cathode polarity check, SMT tantalum capacitor polarity check. Se debe comprobar la dirección de la muesca / cabeza IC.

El elemento que requiere el disipador de calor debe tener suficiente espacio para acomodar otros elementos de modo que el disipador de calor no se toque.

2-Hole and through-hole spacing:

The spacing between holes and between holes and traces should be checked. La almohadilla y el orificio pasante no deben superponerse.

3- Brazing pad, thickness, line width shall be taken into account.

By performing DFM inspections, manufacturers can easily reduce manufacturing costs by reducing the number of scrap panels. Esto ayudará en la dirección rápida al evitar fallas en el nivel de DFM. At RayPCB, we provide DFM and DFT inspection in circuit assembly and prototyping. En RayPCB, utilizamos equipos OEM de última generación para proporcionar servicios OEM de PCB, soldadura por ola, pruebas de tarjetas PCB y ensamblaje SMT.

Proceso paso a paso de montaje de PCB (PCBA):

Paso 1: aplique pasta de soldadura usando la plantilla

First, we apply solder paste to the area of the PCB that fits the component. This is done by applying solder paste to the stainless steel template. La plantilla y la PCB se mantienen juntas mediante un dispositivo mecánico, y la pasta de soldadura se aplica de manera uniforme a todas las aberturas de la placa a través de un aplicador. Apply solder paste evenly with applicator. Por lo tanto, se debe utilizar pasta de soldadura adecuada en el aplicador. Cuando se retira el aplicador, la pasta permanecerá en el área deseada de la PCB. Pasta de soldadura gris 96.5% de estaño, que contiene 3% de plata y 0.5% de cobre, sin plomo. After heating in Step 3, the solder paste will melt and form a strong bond.

Step 2: Automatic placement of components:

El segundo paso de PCBA es colocar automáticamente los componentes SMT en la PCB. Esto se hace usando un robot pick and place. A nivel de diseño, el diseñador crea un archivo y se lo proporciona al robot automatizado. Este archivo tiene las coordenadas X, Y preprogramadas de cada componente utilizado en la PCB e identifica la ubicación de todos los componentes. Using this information, the robot only needs to place the SMD device accurately on the board. The pick and place robot will pick up components from its vacuum fixture and place them accurately on the solder paste.

Antes del advenimiento de las máquinas robóticas de recogida y colocación, los técnicos recogían los componentes con pinzas y los colocaban en la PCB mirando detenidamente la ubicación y evitando darles la mano. This results in high levels of fatigue and poor vision for technicians, and leads to a slow PCB assembly process for SMT parts. Entonces, el potencial de error es alto.

A medida que la tecnología madura, los robots automatizados que recogen y colocan componentes reducen la carga de trabajo de los técnicos, lo que permite una colocación rápida y precisa de los componentes. Estos robots pueden trabajar 24 horas al día, 7 días a la semana sin fatiga.

Paso 3: soldadura por reflujo

The third step after setting up the elements and applying the solder paste is reflux welding. Reflow welding is the process of placing the PCB on a conveyor belt with components. The conveyor then moves the PCB and components into a large oven, which produces a temperature of 250 o C. La temperatura es suficiente para derretir la soldadura. La soldadura derretida luego sujeta el componente a la PCB y forma la unión. After high temperature treatment, the PCB enters the cooler. These coolers then solidify the solder joints in a controlled manner. Esto establecerá una conexión permanente entre el componente SMT y la PCB. En el caso de una placa de circuito impreso de doble cara, como se describió anteriormente, el lado de la placa de circuito impreso con menos componentes o componentes más pequeños se tratará primero desde los pasos 1 a 3, y luego al otro lado.

Understand PCB board assembly process and feel the green charm of PCBD

Step 4: Quality inspection and inspection

Después de la soldadura por reflujo, es posible que los componentes estén desalineados debido a algún movimiento incorrecto en la bandeja de la PCB, lo que puede resultar en conexiones de circuito abierto o corto. These defects need to be identified, and this identification process is called inspection. Las inspecciones pueden ser manuales y automatizadas.

A. Manual check:

Because the PCB has small SMT components, visual inspection of the board for any misalignment or malfunction can cause technician fatigue and eye strain. Por lo tanto, este método no es factible para tableros SMT avanzados debido a resultados inexactos. Sin embargo, este método es factible para placas con componentes THT y densidades de componentes más bajas.

B. Detección óptica:

Este método es factible para grandes cantidades de PCBS. El método utiliza máquinas automatizadas con cámaras de alta resolución y alta potencia montadas en varios ángulos para ver las juntas de soldadura desde todas las direcciones. Dependiendo de la calidad de la junta de soldadura, la luz se reflejará en la junta de soldadura en diferentes ángulos. This automatic optical inspection (AOI) machine is very fast and can process large quantities of PCBS in a very short time.

CX – ray inspection:

The X-ray machine allows technicians to scan the PCB to see internal defects. This is not a common inspection method and is only used for complex and advanced PCBS. If not used properly, these inspection methods may result in rework or PCB obsoletion. Las inspecciones deben realizarse con regularidad para evitar retrasos, mano de obra y costos de materiales.

Paso 5: fijación y soldadura de componentes THT

Los componentes de orificios pasantes son comunes en muchas placas de PCB. These components are also called plated through holes (PTH). Los cables de estos componentes pasarán a través de los orificios de la PCB. Estos orificios están conectados a otros orificios y a través de orificios mediante trazas de cobre. Cuando estos elementos THT se insertan y sueldan en estos orificios, se conectan eléctricamente a otros orificios en la misma PCB que el circuito diseñado. These PCBS may contain some THT components and many SMD components, so the welding method described above is not suitable for THT components in the case of SMT components such as reflow welding. So the two main types of THT components that are welded or assembled are

A. Manual welding:

Manual welding methods are common and often require more time than an automated setup for SMT. Por lo general, se asigna a un técnico para insertar un componente a la vez y pasar la placa a otros técnicos que insertan otro componente en la misma placa. Therefore, the circuit board will be moved around the assembly line to get the PTH component to fill on it. Esto hace que el proceso sea largo y muchas empresas de diseño y fabricación de PCB evitan el uso de componentes PTH en sus diseños de circuitos. Pero el componente PTH sigue siendo el componente favorito y más utilizado por la mayoría de los diseñadores de circuitos.

B. Soldadura por ola:

La versión automatizada de la soldadura manual es la soldadura por ola. En este método, una vez que el elemento PTH se coloca en la PCB, la PCB se coloca en una cinta transportadora y se mueve a un horno dedicado. Aquí, ondas de soldadura fundida salpican el sustrato de la PCB donde están presentes los cables del componente. Esto soldará todos los pines inmediatamente. However, this method only works with single-sided PCBS and not double-sided PCBS, as melted solder on one side of the PCB can damage components on the other. Después de esto, mueva la PCB para la inspección final.

Paso 6: inspección final y prueba funcional

PCB ahora está listo para pruebas e inspección. This is a functional test in which electrical signals and power are given to the PCB at the specified pins and the output is checked at the specified test point or output connector. This test requires common laboratory instruments such as oscilloscopes, digital multimeters, and function generators

Esta prueba se utiliza para verificar las características funcionales y eléctricas de la PCB y validar la corriente, voltaje, señales analógicas y digitales y diseños de circuitos descritos en los requisitos de la PCB.

Si alguno de los parámetros de la PCB muestra resultados inaceptables, la PCB se descartará o desechará de acuerdo con los procedimientos estándar de la empresa. La fase de prueba es importante porque determina el éxito o el fracaso de todo el proceso de PCBA.

Paso 7: Limpieza final, acabado y envío:

Now that the PCB has been tested in all aspects and declared normal, it is time to clean up unwanted residual flux, finger grime and oil. Las herramientas de limpieza de alta presión a base de acero inoxidable que utilizan agua desionizada son suficientes para limpiar todo tipo de suciedad. El agua desionizada no daña el circuito de PCB. Después del lavado, seque la PCB con aire comprimido. La PCB final ya está lista para embalarse y enviarse.