Tecnología de montaje en superficie (SMT) es un método utilizado en la fabricación de productos electrónicos donde los componentes se montan directamente sobre la superficie de placas de circuito impreso (PCBs). SMT se ha convertido en el proceso de fabricación estándar en la industria electrónica debido a su eficiencia, rentabilidad y capacidad para producir dispositivos electrónicos compactos y de alto rendimiento. En este artículo, exploraremos el proceso de fabricación de SMT en detalle, incluidos cada paso y los términos relacionados.
Términos relacionados con SMT
Antes de profundizar en el proceso de fabricación de SMT, es importante comprender algunos términos clave:
PCB (Placa de circuito impreso): Placa utilizada en electrónica para soportar mecánicamente y conectar eléctricamente componentes electrónicos.
SMD (Dispositivo de montaje en superficie): Componentes diseñados para montarse directamente sobre la superficie de PCB.
Pasta de soldadura: Una mezcla de soldadura en polvo y fundente que se utiliza para unir SMD a PCB.
Soldadura por reflujo: Un proceso donde la soldadura en pasta se calienta hasta su punto de fusión para crear conexiones eléctricas y mecánicas permanentes entre los componentes y el PCB.
AOI (Inspección óptica automatizada): Un proceso de inspección visual basado en máquina que utiliza cámaras para detectar defectos en PCB.
AXI (Inspección automatizada por rayos X): Un método de inspección que utiliza rayos X para comprobar las uniones de soldadura y las conexiones ocultas debajo de los componentes.
SPI (Inspección de soldadura en pasta): El proceso de verificar la calidad de la aplicación de soldadura en pasta en un PCB.
SMT Proceso de fabricación
El proceso de fabricación de SMT consta de varios pasos, cada uno de los cuales es fundamental para garantizar la colocación y soldadura confiable de los componentes electrónicos en un PCB. A continuación se muestra una descripción detallada de cada paso del proceso SMT.
Paso #1: Impresión de pasta de soldadura
El primer paso en el SMT proceso de fabricación está aplicando soldadura en pasta al PCB. La pasta de soldar es una sustancia pegajosa hecha de pequeñas bolas de soldadura mezcladas con fundente. Se aplica a las áreas del PCB donde se montarán los componentes, generalmente sobre almohadillas metálicas.
El proceso de impresión de pasta de soldadura:
sténcil Alineación: Se coloca sobre el tablero una plantilla de metal con recortes correspondientes a las ubicaciones de las almohadillas de soldadura en el PCB. La plantilla actúa como una máscara para garantizar que la pasta de soldadura solo se aplique en las áreas deseadas.
Aplicación de pegado: Una espátula o herramienta similar extiende la pasta de soldadura a lo largo de la plantilla, forzándola a través de las aberturas hacia el PCB que se encuentra debajo. El espesor y la uniformidad de la capa de pasta son fundamentales para garantizar la unión y soldadura adecuadas de los componentes.
sténcil Eliminación: La plantilla se retira con cuidado, dejando la pasta de soldadura depositada con precisión en las almohadillas PCB.
La aplicación adecuada de soldadura en pasta es crucial ya que determina la calidad de las uniones de soldadura y la confiabilidad general del ensamblaje.
Paso #2: Inspección de soldadura en pasta (SPI)
Después de aplicar la soldadura en pasta, el siguiente paso es Inspección de soldadura en pasta (SPI). Este paso es vital para garantizar que la soldadura en pasta se deposite correctamente en el PCB.
El proceso SPI:
Inspección automatizada: Las máquinas SPI utilizan cámaras y sensores para escanear el PCB y medir el volumen, la altura, el área y la posición de los depósitos de pasta de soldadura.
Control de calidad: Los datos de inspección se analizan para detectar cualquier defecto, como pasta insuficiente, exceso de pasta o depósitos desalineados. Estos defectos pueden provocar uniones de soldadura deficientes, mala colocación de componentes o cortocircuitos.
Bucle de retroalimentación: Si se detectan defectos, se pueden realizar ajustes en la configuración de la impresora de soldadura en pasta o en los parámetros del proceso para corregir el problema. Este circuito de retroalimentación garantiza una aplicación de soldadura en pasta de alta calidad.
Paso 3: montaje del chip
Una vez que la soldadura en pasta ha sido inspeccionada y verificada, el siguiente paso es Montaje de chips, también conocido como colocación de componentes.
El proceso de montaje del chip:
Preparación de componentes: Los componentes SMT, o SMD, se suministran en carretes, bandejas o tubos y se introducen en la máquina de recogida y colocación.
Seleccionar y colocar: La máquina de recogida y colocación utiliza brazos robóticos equipados con boquillas de vacío para recoger componentes de los alimentadores y colocarlos en las almohadillas soldadas en el PCB. La alta precisión de la máquina garantiza que los componentes se coloquen con precisión según el diseño PCB.
Alineación y colocación: La máquina utiliza sistemas de visión y algoritmos de alineación para garantizar que cada componente se coloque correctamente. La velocidad y precisión de las modernas máquinas pick-and-place permiten una producción de alto rendimiento.
El montaje del chip es un paso crítico ya que cualquier desalineación o ubicación incorrecta puede resultar en placas defectuosas que requieren costosos trabajos de reelaboración o desguace.
Paso #4: Inspección visual + Colocación de componentes a mano
Después de la colocación automatizada de componentes, a menudo existe la necesidad de Inspección visual y la colocación de algunos componentes a mano.
Proceso de inspección visual y colocación manual:
Inspección visual: Operadores capacitados inspeccionan visualmente las placas para verificar si hay componentes desalineados, piezas faltantes o cualquier defecto obvio que las máquinas puedan haber pasado por alto. Este paso suele realizarse utilizando herramientas de aumento o microscopios.
Colocación manual de componentes: Es posible que sea necesario colocar manualmente algunos componentes, especialmente aquellos que no son estándar, grandes o sensibles. Esto podría incluir conectores, transformadores o componentes de formas extrañas que las máquinas automatizadas no pueden manejar de manera efectiva.
Ajustes: Si se descubre que faltan componentes o están fuera de lugar, los operadores pueden ajustarlos o agregarlos manualmente para garantizar que todas las piezas estén colocadas correctamente antes de soldar.
Este paso ayuda a garantizar que cualquier error del proceso automatizado se detecte a tiempo, lo que reduce los posibles defectos en el producto final.
Paso #5: Soldadura por reflujo
Una vez que todos los componentes están en su lugar, el conjunto PCB pasa a Soldadura por reflujo, donde la pasta de soldadura se funde para formar conexiones eléctricas y mecánicas permanentes.
El proceso de soldadura por reflujo:
Zona de precalentamiento: El conjunto PCB se calienta gradualmente en el horno de reflujo para eliminar la humedad y llevar la placa y los componentes a una temperatura justo por debajo del punto de fusión de la soldadura.
Zona de remojo: La temperatura se mantiene para activar el fundente en la pasta de soldadura, que limpia las superficies metálicas y las prepara para soldar.
Zona de reflujo: La temperatura aumenta rápidamente por encima del punto de fusión de la pasta de soldadura, lo que hace que las bolas de soldadura se derritan y formen juntas de soldadura entre los componentes y las almohadillas PCB.
Zona de enfriamiento: El conjunto se enfría lentamente para solidificar las uniones de soldadura, asegurando una fuerte conexión mecánica y eléctrica.
La soldadura por reflujo es fundamental ya que determina la calidad de las uniones de soldadura, lo que afecta el rendimiento y la confiabilidad del dispositivo electrónico final.
Paso #6: AOI (Inspección óptica automatizada)
Después de la soldadura por reflujo, el conjunto se somete a Inspección óptica automatizada (AOI) para detectar cualquier defecto en la colocación o soldadura de componentes.
El proceso AOI:
Imágenes de alta resolución: Las máquinas AOI utilizan cámaras de alta resolución para capturar imágenes detalladas del conjunto PCB desde múltiples ángulos.
Análisis de imágenes: La máquina compara las imágenes capturadas con una buena referencia conocida, buscando desviaciones como componentes faltantes, polaridad incorrecta, puentes de soldadura o tombstoning (donde los componentes están en un extremo).
Detección de defectos: El sistema AOI señala cualquier defecto para su revisión. Las placas con defectos detectados se envían para reelaboración o se marcan para una inspección adicional.
AOI ayuda a mantener una alta calidad al garantizar que solo las placas sin defectos pasen a la siguiente etapa de producción.
Paso #7: AXI (Inspección automatizada por rayos X)
Para componentes con juntas de soldadura ocultas, como Matrices de rejilla de bolas (BGAs), un Inspección automatizada por rayos X (AXI) Se requiere para inspeccionar la calidad de la soldadura.
El proceso AXI:
Imágenes de rayos X: Las máquinas AXI utilizan rayos X para penetrar el PCB y crear imágenes de las uniones de soldadura ocultas debajo de los componentes.
Análisis de defectos: Las imágenes de rayos X se analizan para detectar defectos como huecos, puentes de soldadura o cobertura de soldadura insuficiente, que no son visibles mediante inspección óptica.
Seguro de calidad: Los tableros con defectos se marcan para su reelaboración o desguace, según la gravedad y la viabilidad de la reelaboración.
AXI es esencial para garantizar la confiabilidad de los componentes con uniones de soldadura ocultas, ya que los defectos no detectados pueden provocar fallas en el dispositivo.
Paso #8: TIC o prueba de función
El último paso en el proceso de fabricación SMT es Pruebas en circuito (TIC) o un Prueba funcional para garantizar que el conjunto PCB cumpla con todas las especificaciones eléctricas y funcionales.
El Proceso de Pruebas TIC o Funcionales:
Pruebas en circuito (TIC): Esta prueba verifica los componentes individuales del PCB, como resistencias, capacitores y circuitos integrados, para garantizar que estén colocados y funcionando correctamente. ICT también verifica si hay cortocircuitos, aberturas y conexiones de soldadura correctas.
Pruebas funcionales: En esta prueba, el PCB se enciende y se prueban funciones específicas para garantizar que la placa funcione como se espera. Las pruebas funcionales simulan las condiciones operativas reales que enfrentará el PCB en su aplicación final.
Identificación de defectos y retrabajo: Si se identifica algún defecto durante las pruebas funcionales o de TIC, la placa se devuelve para su reelaboración. Esto puede implicar reemplazar componentes, volver a soldar o ajustar la configuración del ensamblaje.
Las TIC y las pruebas funcionales son los últimos pasos para garantizar la calidad y funcionalidad del producto final, minimizando el riesgo de que productos defectuosos lleguen al cliente.
Conclusión
El proceso de fabricación SMT implica varios pasos precisos, desde la impresión de pasta de soldadura hasta las pruebas funcionales finales. Cada paso es crucial para garantizar la calidad, la confiabilidad y el rendimiento del producto electrónico final. Al comprender los detalles de cada paso del proceso SMT, los fabricantes pueden producir productos electrónicos de alta calidad que cumplan con los exigentes estándares actuales.
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