Procés de muntatge de circuits electrònics

Originalment, tots els circuits electrònics es van muntar a mà utilitzant només una planxa de soldadura. A mesura que avança la tecnologia, els components es fan més petits i difícils de muntar a mà i la quantitat de components que poden cabre en una sola placa augmenta. Per tant, es va desenvolupar la necessitat de muntatge PCB automàtic.

A FADESA ENGINYERS fem molt més que el prototip electrònic per al dispositiu. Tenim capacitat per al disseny i muntatge de circuits electrònics . Comptem amb un departament d’assemblatge SMD que permet muntar circuits impresos a mida del client.

El sistema de muntatge de circuits electrònics automatitzat

Abans d’entrar en matèria, aquesta és una aproximació per intentar apropar el concepte del muntatge de circuits electrònics, hi poden haver variants i diferents metodologies, depenent de les necessitats de la placa electrònica, de l’aparell i de la maquinària disponible per fer el muntatge electrònic.

La línia de fabricació de prototips de sistemes electrònics de muntatge superficial sobre plaques de circuit imprès ( PCB ) està composta per: equip d’impressió serigràfica d’adhesiu i pasta de soldadura; equip d’autoproveïment, posicionament i acoblament de components i forn de reflux per a procés de soldadura sense plom.

Sistema de serigrafia per al muntatge de circuits electrònics

Aquest complex sistema, tal com indica el seu nom, sencarrega de serigrafies les PCB.

En aquest primer procés de muntatge de circuits electrònics, ens hi podem trobar característiques tècniques mínimes que té el sistema de serigrafia, que pot variar segons diferents factors. Normalment, ens trobem amb sistemes que tenen una base magnètica ajustable, un posicionament de la base en tres eixos en pla horitzontal (x,y,θ) i de la base en un eix vertical (z), amb alçada ajustable per a adaptació a diferents gruixos de PCB, un sistema de buit per a subjecció de la PCB durant la separació de la plantilla (Stencil) impressió independent, el recorregut del capçal de l’espàtula també és ajustable segons la mida d’impressió, té doble espàtula metàl·lica de 300 mm per a impressió de plantilles de pas fi, la velocitat d’impressió seleccionable de 10 mm/sa 100 mm/si la velocitat de separació vertical de la plantilla de la PCB paral·lela i ajustable: de 0. PCB, per manejar les PCB defineix una mida mínima ≤ 50 mm x 60 mm x 0.5 mm i una mida màxima: ≥ 410 mm x 395 mm x 5 mm, solen tenir un sistema de visió amb doble càmera en color i dos punters làser per a l’alineat amb la plantilla, el rang d’alineament en eixos x, y . º, la precisió d’impressió ≤ ± 20 micres a 3 σ. Aquestes característiques poden variar segons la màquina que cal utilitzar.

Sistema adhesiu per al muntatge de circuits electrònics

És una màquina molt recomanada en el procés de muntatge de circuits electrònics. Aquesta màquina és lencarregada de col·locar la pasta adhesiva on es necessiti per a la posterior col·locació dels components. Depenent de la màquina que es faci servir, també té unes característiques i requisits en el procés.

Sistema “pick and place” per al muntatge de circuits electrònics

El sistema Pick&Place s’encarrega de recollir (pick) els components i situar-los (place) a la posició que es defineix anteriorment. Tal com hem comentat a l’inici d’aquest post, amb els avenços tecnològics, els components són cada cop més petits, o que en dificulta el muntatge a mà. Aquest servei automàtic de muntatge de circuits electrònics augmenta la precisió del muntatge dels components a les plaques electròniques i destaca per la seva rapidesa.

Com tota maquinària, depenent de la que es posseeixi, té unes característiques tècniques mínimes per al sistema de “pick and place”. Aquestes característiques tècniques dependran de diversos factors:

Segons el nombre d’alimentadors (feeders), normalment disposen d’alimentadors intel·ligents amb reconeixement automàtic de posició i estat a la màquina; també es defineix el rang de mides de components manejats. Altres també disposen de safata per a components solts.

Perquè funcioni de forma automàtica, les màquines tenen un sistema de visió top-down per a la recerca i el reconeixement automàtics de fiducials en el procés d’alineament a més d’un sistema d’alineament làser en el camí del component des de l’alimentador a la PCB i un sistema de visió bottom-up per a inspecció dels components prèvia al posicionament.

La subjecció magnètica universal per a PCB a més permet la programació fora de línia. Disposa d’un programari d’interfície per a conversió de dades des de programes de CAD (Layout) a fitxers de posicionament, capacitat per comprovar i corregir el programa sense situar els components sobre la PCB (depuració virtual) i finalment disposa d’un PC integrat en equip per a control i programari a més del canvi automàtic d’eina.

Forn de soldadura al muntatge de circuits electrònics

Per no allargar molt el post, resumirem la funció d’aquest procés. Aquest forn s’utilitza bàsicament per coure la pasta de soldadura i que els components quedin completament fixats a la PCB. Realment les màquines destinades a aquest procés no tenen gaire misteri.

Soldadura al muntatge de circuits electrònics

Quan ens referim a soldadura en enginyeria electrònica, ens referim a una unió elèctrica que condueix un senyal i una potència a través de dos punts de contacte. També ho podem definir com; una soldadura és una unió mecànica duradora entra els punts de contacte del component electrònic i els del circuit imprès. Aquesta soldadura és molt resistent a les condicions ambientals agressives que puguin produir-se com a vibracions, cops, canvis de temperatura, etc.

Aquesta unió mecànica o soldadura als circuits electrònics només s’aconsegueix si s’utilitza el material adequat. En aquest cas, el material Inter metàl·lic que s’utilitzi ha de ser suficient per a la unió.

La quantitat de material intermetàl·lic i la resistència mecànica estan relacionades. Hi ha un límit mínim de material intermetàl·lic en què, per sota d’aquest, no hi ha la unió. A més, també hi ha un límit a partir del qual, la resistència és màxima i si es va augmentant la quantitat de material, la resistència va resultant cada cop menor.

Per tant, és molt important que les màquines encarregades de realitzar la soldadura produeixin la quantitat de material intermetàl·lic correcte perquè la unió sigui bona. Aquestes màquines han de ser capaços d’assolir la temperatura necessària per formar una unió bona.

Diferències entre la soldadura per onada i la soldadura selectiva

Començarem per la soldadura per onada. En una soldadura per onada, quan soldes els components que travessen la PCB com poden ser els connectors, blindatges, sockets…, tot i que aquests tenen més velocitat en el procés que en la soldadura selectiva succeeix el següent:

• No es pot triar la temperatura i totes les unions es produeixen a la mateixa temperatura, independentment de la massa tèrmica de la unió.
• La soldadura es produeix en contacte amb l’aire per la qual cosa es produeix òxid de soldadura. Aquesta es pot cobrir amb ceres i materials equivalents, però tot i així es contamina la soldadura. Una manera de fer que no passi això és encapsular la càmera amb nitrogen, però això requereix un alt consum en comparació de la soldadura selectiva.
• El cost en energia tèrmica és molt alt ja que es requereix molta per mantenir fosa la gran quantitat de soldadura que s’emmagatzema a la soldadura per onada.
• Per soldar els components per una cara, cal banyar-los amb la soldadura fosa el que els pot deteriorar. Per solucionar aquest problema es poden aplicar màscares protectores al circuit, però això resultaria molt més costós.

D’altra banda, ens trobem la soldadura selectiva que presenta alguns avantatges davant de la soldadura per onada:

• El filtre soldador és programable i es pot ajustar les velocitats segons la mida i la massa tèrmica que necessitin els components.
• No hi ha l’oxidació de la soldadura ja que no està en contacte amb l’aire ni necessita nitrogen per evitar-ho.
• Cal menys energia tèrmica perquè hi ha un menor volum de soldadura.
• Els components que van per la cara oposada a què s’està soldant no s’exposen a un escalfament i ens evitem haver de protegir-los.

L’anteriorment es refereix a una soldadura selectiva seqüencial i per filtre individual, però tenim l’opció de la soldadura selectiva d’alta producció en què treballen de manera simultània multi filtres. Aquests filtres se’ls assignen un grup de pins de cada component i es planteja una plantilla exclusiva per a cada PCB.