MONTAJE DE PCBs

Industrialización del proceso de montaje de PCBs

En Trelec, como paso previo al montaje o ensamblado de PCBs, hemos definido una serie de acciones a realizar antes del montaje y cuyo propósito es el de verificar que el proceso PCBA siguiente culmina con éxito. Se trata de un proceso clave y es el que en Trelec denominamos Proceso de Industrialización. Su cumplimiento satisfactorio permite continuar con el paso al siguiente, por lo que durante el mismo se establecen una serie de check-points que validan o no su continuación hacia el montaje de las placas. A modo de resumen se podría representar esquemáticamente como sigue:
Durante la fase de industrialización se trabaja fundamentalmente con el Cliente y con respecto a su documentación de diseño para asegurar la funcionalidad de la futura PCBA. Para ello se establecen diferentes check-points o puntos de control internos que determinan un flujo correcto de información que culmina con la disposición de los programas máquina e información adicional para un óptimo montaje de la PCB. Desde las especificaciones de diseño, la idoneidad de los componentes sobre la PCB, la existencia de fiduciales, la inclusión de códigos de trazabilidad de placa, códigos de cliente, etc., todo se comprueba antes de la fabricación. De este modo es posible identificar de antemano los problemas potenciales que puedan afectar negativamente al proceso y resultado final, reduciendo así los costes de fabricación y evitando gastos no previstos e innecesarios, a la vez que se asegura la calidad del producto final.

Fases del proceso PCBA

Una vez finalizadas las tareas de Industrialización y logística de componentes se da comienzo al proceso de montaje de las PCBs. Las etapas básicas que siguen son:

SMT

Fase 1 (SMT). Aplicación de Pasta de Soldadura

Este paso automatizado consiste en la aplicación de la pasta de soldadura mediante una máscara o stencil colocada sobre la PCB y cuyas aperturas coinciden exactamente con las ubicaciones o pads en los que se soldarán los componentes SMD una vez colocados. Es de vital importancia la calidad y cantidad de pasta que se deposita en las aperturas del stencil en aras a una óptima soldadura posterior.

Fase 2 (SMT). Colocación de los Componentes. Pick&Place

Continuando con una línea de fabricación, una vez depositada la pasta de soldadura la PCB pasa a las máquinas de Pick&Place. Estas máquinas robotizadas siguen la programación realizada para ellas durante el proceso de Industrialización y son las que se encargan de colocar todos los componentes SMD en su ubicación exacta de la PCB, sobre la pasta de soldadura, a una gran velocidad. En el caso de Trelec pueden llegar a 150.000 componentes reales por hora. En comparación con el modelo más antiguo y tradicional de montaje THT, el ahorro en costes y la calidad del producto resultante son enormes si se tiene en cuenta la práctica desaparición del factor humano en esta parte específica del proceso.

Fase 3 (SMT). Soldadura por Reflow

En esta fase, conocida comúnmente como Reflow, se fijan los componentes SMD a la PCB. Una vez terminado el subproceso de Pick&Place y con la PCB teniendo todos sus componentes exactamente ubicados, la PCB pasa automáticamente mediante conveyor(s) a un horno de reflow. Este horno consiste en una serie de calentadores distribuidos e independientes que se calientan a partir de un determinado que, a partir de un determinado perfil de temperatura controlado y previamente programado a lo largo del horno para cada producto (el perfil se define dependiendo del tipo de PCB y tipo de componentes, así como el número de capas de la placa). Se derrite así la pasta de soldadura sobre la que se hayan los componentes, adhiriéndose a éstos. La PCB, ya con los componentes ubicados pero aún sin solidificar su unión a la PCB, continúan su camino a lo largo del horno pasando por una zona de ‘calentadores’ a menor temperatura, terminando de soldarse a la PCB de manera controlada. De esta manera se obtiene una unión sólida y de calidad de los componentes a la PCB.
Cuando se trata de una PCB a doble cara, con componentes a ambos lados, este subproceso se repite dos veces. Normalmente en la primera se realiza la cara con menor número de componentes (y/o más ligeros) y posteriormente la segunda.

Fase 4 (SMT). Inspección Óptica Automatizada (AOI 3D)

Actualmente, el control de calidad del montaje SMA se realiza sobremanera mediante otro subproceso un control óptico automático denominado la Inspección Óptica Automatizada (AOI). Como parte de la tecnología SMT se este control reemplaza a otros métodos de inspección como la inspección visual, que utiliza microscopios o lupas para su ejecución.
A partir de una laboriosa programación previa y mediante cámaras de muy alta resolución, el sistema AOI 3D verifica que no existen ausencias de componentes sobre la PCB, que los componentes y sus etiquetas asociadas son correctas y, en su caso, la correcta polaridad de los mismos. Así mismo se examinan aquí de forma muy meticulosa todas las soldaduras, verificando que no existen cortos y que se cumplen los requisitos de calidad y estándares aplicables. A diferencia de la AOI 2D la inspección AOI 3D proporciona además mucha más información sobre la calidad del proceso de reflow, ya que tiene en cuenta variaciones o posibles desviaciones sobre eje Z.
Lógicamente, la utilización de esta inspección aumenta considerablemente la precisión y la eficiencia de los controles de calidad del montaje SMA, que convierte la fabricación electrónica en un proceso mucho más preciso, eficiente y replicable.
Adicionalmente al subproceso de a la inspección por AOI, en ocasiones se puede aplicar además una inspección por rayos-X. Este es el caso de para placas multicapa o de soldaduras no visibles de componentes como pueden ser las de los BGAs.

THT

Fase 5 (THT). Montaje de componentes TH (THT)

No todas las PCB llevan solo componentes SMD. Es habitual que cohabiten ambas tecnologías SMT y THT sobre una misma PCBA. De este modo, el montaje TH se realiza posteriormente al SMA por personal especializado y puede implicar dos tipos de soldadura para ello:
Soldadura manual: El proceso de colocación de componentes sobre placa y su soldadura posterior es totalmente manual
Soldadura selectiva: Los componentes TH se colocan sobre la placa y la soldadura se realiza en otro horno. Mediante la programación, de unos cabezales dispuestos a modo de ‘soldador’ que van ubicando ubican los terminales de los componentes TH en su centro y por la cara inferior de la placa e insuflan sobre ellos y sus respectivas huellas o pads la cantidad precisa de soldadura quedando soldados a la PCB.

Fase 6 (Global). Inspección Final y Test Funcional

Tras la finalización del proceso la PCBA puede ser objeto de una verificación funcional electrónica como punto final al ensamblado. Lo más habitual es que se trate de una serie de pruebas sobre circuito (Test In-Circuit o ICT). Bien mediante sondas o bien mediante una cama de pinchos sobre la que se coloca cada PCBA se van realizando tests electrónicos funcionales para verificar que el montaje de la PCBA es correcto y no existen desviaciones con respecto a los de diseño.
En ocasiones incluso se puede cargar en esta fase programas de SW sobre memorias o microprocesadores, dependiendo de las necesidades del Cliente. Una vez determinada la idoneidad de la placa según diseño, se entrega a almacén.