O que você precisa saber sobre montagem de PCB

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O processo de montagem da placa de circuito impresso (PCB) consiste em várias etapas e diretrizes que devem ser executadas na sequência adequada para que o produto acabado funcione conforme projetado. Para garantir que isso aconteça, os fabricantes de PCB usam modelos de tela e mecanismos controlados de aquecimento e resfriamento para regular como os componentes são aplicados e fixados no lugar.

Ao montar uma placa de circuito impresso, você deve escolher a tecnologia certa para o tipo de componente em mãos. Todas as partes e peças devem estar corretamente alinhadas em seu local designado, conforme especificado no projeto da PCB. Qualquer desvio, por menor que seja, pode ter enormes ramificações nas funções da prancha acabada.

Terminologia PCBA

Para entender o processo de montagem de PCB, você precisa saber o significado de vários termos:

• Substrato: O material fundamental da placa de circuito impresso, o substrato torna cada placa firme e rígida.
• Cobre: Cada lado de trabalho de um PCB contém uma fina camada de cobre, para fins condutores. Em placas de camada única, o cobre é colocado no lado ativo. Em PCBs de dupla face, o cobre aparece em ambos os lados.
• Máscara de solda: Esta é a camada na superfície (normalmente verde) de cada placa de circuito impresso. A máscara de solda fornece isolamento entre o cobre e outros materiais, evitando curtos que poderiam ocorrer se diferentes materiais condutores entrarem em contato. A máscara de solda fornece estrutura para o layout do PCB, mantendo tudo em seu lugar. Cada placa contém furos que passam pela máscara de solda. A solda é colocada dentro de cada furo, o que oferece uma base para cada componente adicionado à placa.
• Serigrafia: O toque final em cada placa de circuito impresso é a serigrafia, uma camada transparente que exibe números e letras ao lado das diferentes partes de uma determinada placa. Isso permite que os fabricantes identifiquem os componentes específicos de cada placa.
• Soldagem manual: Este é um processo em que um técnico insere manualmente um único componente em seu local designado em uma série de placas de circuito impresso. Uma vez concluída, cada placa é enviada para o próximo técnico, que adiciona outra peça e passa a placa adiante.
• Soldagem por onda: A soldagem por onda envolve a soldagem correta onde a placa é colocada em um transportador e passa por uma câmara de aquecimento. Aqui, uma onda de solda é aplicada na parte inferior, prendendo todos os suportes da placa em um único processo.

Também é importante entender as diferenças entre montagens de furo passante, montagem em superfície e tecnologia mista.

Montagem de PCB através do orifício

A tecnologia de orifícios passantes é a escolha ideal para placas de circuito impresso que apresentam condutores ou fios que são rosqueados através de orifícios na placa e, em seguida, fixados no outro lado com solda. PCBs com componentes grandes são especialmente adequados para a tecnologia de furos passantes, especialmente capacitores.

As etapas básicas da tecnologia de PCB de passagem podem ser resumidas da seguinte forma:

1. O técnico monta manualmente as peças em áreas específicas de uma placa de circuito impresso, de acordo com as especificações de projeto da placa de circuito impresso. Cada componente deve ser definido em uma posição exata, conforme especificado, para que o PCB funcione corretamente.
2. A placa é examinada para garantir que todas as peças foram montadas corretamente e que cada componente está colocado em seu lugar exato. Se alguma das peças da PCB estiver mal colocada, agora é a hora de corrigir essas imperfeições.
3. Os componentes agora estão soldados na placa de circuito. Isso geralmente é feito com solda por onda, onde a placa se move acima de uma onda de líquido de solda quente que solidifica o conjunto da PCB. Isso também pode ser feito à mão ou usando solda seletiva. A solda seletiva é semelhante à solda por onda, no entanto, o operador pode soldar áreas seletivamente e isso ajuda quando você não deseja solda em determinadas áreas.

Placas de furos passantes normalmente contêm componentes com fios condutores, tanto axiais quanto radiais. Em comparação com a tecnologia de montagem em superfície, as placas de furo passante geralmente apresentam ligações mais fortes. No entanto, é necessário mais trabalho para produzir um conjunto de furos passantes devido à perfuração adicional envolvida.

Se uma placa com orifícios passantes consiste em várias camadas, os traços de sinal têm roteamento limitado nas camadas internas porque os orifícios cortam entre as superfícies superior e inferior. Portanto, a tecnologia de furos passantes geralmente é restrita a alguns dos componentes de PCB mais volumosos, como capacitores eletrolíticos e semicondutores. Placas que exigem firmeza e suporte adicionais, como relés eletromecânicos e conectores de encaixe, também são fabricadas com tecnologia de furo passante.

Durante o estágio de prototipagem, os técnicos geralmente preferem o orifício maior para a montagem em superfície porque o primeiro funciona mais facilmente com soquetes de protoboard. No entanto, se uma placa for destinada a propósitos de alta velocidade ou alta frequência, o design pode exigir tecnologia de montagem em superfície para reduzir a relutância perdida. Caso contrário, a função dos circuitos seria degradada devido à indutância ou capacitância nos terminais.

Durante a aplicação da pasta de solda, um estêncil de solda é colocado no topo da placa de circuito impresso para garantir que a solda permaneça dentro dos limites especificados no projeto. O estêncil é uma réplica fina do desenho original com recortes para as áreas onde os componentes são colocados.

Uma vez que os componentes foram colocados no lugar e a placa passou por sua primeira inspeção, a pasta de solda é aquecida sobre um líquido quente até que as pequenas bolas de metal dentro da pasta se solidifiquem com o fluxo químico de ligação. Isso une os componentes à placa permanentemente. Após o término do aquecimento e da colagem, a placa é resfriada em um ambiente controlado. Isso traz a placa de volta ao estado normal e evita choques.

Agora completa, a placa de circuito impresso deve ter seus componentes examinados quanto a possíveis desalinhamentos. Se os componentes forem relativamente grandes, isso geralmente pode ser feito com uma inspeção visual. Hoje em dia, no entanto, os inspetores ópticos e de raios-x podem examinar PCBs com precisão muito maior. Se forem detectadas falhas de projeto, o problema deve ser corrigido antes que mais placas passem pelo processo.

Tecnologia de montagem em superfície

A tecnologia de montagem em superfície é a opção prática para placas de circuito impresso que contêm componentes minúsculos e sensíveis que, de outra forma, poderiam ser difíceis de instalar sem danos. Exemplos do tipo de componentes que passam por esse processo incluem diodos e resistores.

As etapas básicas da tecnologia de montagem em superfície podem ser resumidas da seguinte forma:

1. A primeira etapa envolve uma impressora projetada para a aplicação de pasta de solda. Um modelo de tela de solda é usado para garantir que os pequenos componentes sejam colocados em seus devidos lugares. Antes de os componentes serem realmente colocados, o estêncil é inspecionado para garantir que o modelo esteja alinhado corretamente.
2. A placa agora é levada para uma máquina onde os componentes são colocados de acordo com o design do modelo de tela de solda. Os carretéis na máquina garantem que as peças estejam alinhadas e presas às almofadas correspondentes.
3. Com os componentes devidamente ajustados na placa, um processo de aquecimento é empregado para solidificar tudo no lugar. Nesta etapa, a PCB é enviada através de uma câmara de aquecimento que liquefaz a solda, fixando as peças no processo.

Antes de os componentes serem colocados em um PCB, áreas selecionadas da própria placa devem primeiro ser revestidas com pasta de solda, que funciona como adesivo para as partes exclusivas da placa. As áreas que requerem solda são principalmente os pontos onde existirão almofadas para os componentes correspondentes.

A pasta de solda é feita de pequenos grãos e fluxo. O processo de colocar a pasta de solda em uma placa de circuito impresso é muito parecido com o de um aplicativo de impressão. Uma tela de solda é colocada sobre a placa para um alinhamento exato e especificado. Um rolo é então passado sobre a tela para pressionar a pasta de solda na placa.

A tela de solda é impressa antecipadamente de acordo com o design do PCB. Portanto, a abertura na tela é alinhada às almofadas de componentes na placa. Isso garante que a máscara de solda seja distribuída exclusivamente nessas áreas. A quantidade de solda distribuída durante este processo deve ser regulada para garantir que cada junta não seja coberta ou subcoberta.

Uma vez aplicada a pasta, a placa é enviada através de uma máquina pick-and-place onde os componentes especificados são aplicados nas áreas soldadas. Enquanto forças externas não sacudirem a placa durante este processo, a tensão da solda deve ser suficiente para manter os componentes no lugar.

Em algumas máquinas pick-and-place, pequenas quantidades de adesivo são adicionadas às áreas designadas para prender os componentes. Destina-se principalmente a placas de circuito impresso que passam pelo processo de solda por onda. A desvantagem deste adesivo adicionado é que ele pode dificultar as correções em placas onde os componentes foram desalinhados com as especificações do projeto original.

Com os componentes fixados em seus devidos pontos, o PCB é enviado pela máquina de solda. Em placas mais antigas, os fabricantes geralmente empregavam solda por onda, embora isso tenha sido amplamente retirado da prática. Nas produções em que o método é empregado, a pasta de solda não é usada porque a solda é aplicada pela máquina de solda por onda. Hoje, no entanto, a solda por refluxo é o método mais comumente usado entre os fabricantes de PCB.

Depois que a placa de circuito impresso sai da máquina de solda, os técnicos inspecionam a composição da placa em busca de imperfeições. Se a placa contém mais de 100 componentes diferentes, a placa é enviada através de um inspetor óptico automático (AOI), que pode detectar até mesmo as menores falhas, como juntas desalinhadas, componentes fora do lugar e posicionamentos incorretos.

Cada placa de circuito impresso deve passar por uma série de testes antes de sair da montagem. A placa passa por vários testes para verificar se pode funcionar como pretendido no projeto original.

Enquanto a operação estiver em andamento, o equipamento deve ser inspecionado para garantir que tudo funcione conforme o planejado. Os primeiros lugares a serem verificados são as saídas, pois elas ajudarão a verificar o sucesso de uma determinada produção. A saída da máquina de solda deve ser inspecionada no início de cada produção, juntamente com as placas iniciais que passam pela saída. Dessa forma, quaisquer imperfeições podem ser detectadas antecipadamente, antes que um erro de impressão se torne grande e caro.

Tecnologia Mista

Devido à rápida evolução da tecnologia computadorizada, um número cada vez maior de placas de circuito impresso está sendo feito com peças cada vez menores. Isso significa que muitos PCBs são feitos hoje com uma combinação de métodos, comumente chamados de tecnologia mista. Uma montagem que envolva tecnologia mista abrangerá uma das seguintes abordagens:

• Um conjunto misto de um lado, em que uma placa de circuito impresso passa pela tecnologia de montagem em superfície, bem como pela tecnologia de passagem, ambas no mesmo lado da placa.
• Um conjunto dividido, em que um lado da placa de circuito impresso é montado com tecnologia de montagem em superfície e o outro lado da placa é montado com tecnologia de orifício. PCBs como esses têm componentes de tamanho normal de um lado e componentes menores do outro.
• Um conjunto misto de dupla face, onde ambos os lados da placa de circuito impresso são montados com uma combinação de tecnologia de furos passantes e tecnologia de montagem em superfície. Uma placa desse tipo apresenta componentes regulares e pequenos e delicados em ambos os lados.

Antes de um projeto de PCB entrar em produção, as placas destinadas ao uso devem ser inspecionadas para fins de qualidade. Nos componentes, a oxidação do pé ou resíduos oleosos podem servir como bandeiras vermelhas. Se armazenada em ambiente fresco, a pasta de solda só pode ser aplicada depois de descongelada e agitada. O PCB deve estar seco antes que qualquer pasta seja aplicada na superfície.

Em placas de circuito impresso com tecnologia mista, é necessário um conjunto mais complexo de processos dentro da máquina pick-and-place. Aqui, uma mistura de diferentes tamanhos de componentes precisará ser contabilizada, em um ou em ambos os lados da placa.

Se a placa de circuito impresso consistir em um conjunto de dupla face, o processo de soldagem precisará ser aplicado em ambos os lados. Basicamente, tudo o que acontece de um lado também acontece do outro. A única diferença são os componentes específicos e seus posicionamentos, pois um lado pode conter componentes menores que o outro. A soldagem por onda não é possível para PCBs de dois lados porque reenviar a placa para o segundo lado arruinaria as partes delicadas do primeiro lado.

Qualquer placa de circuito impresso composta de tecnologia mista deve ser submetida a um inspetor óptico automático. Dessa forma, os técnicos podem ter a garantia de uma inspeção infalível que detectará até mesmo as menores imperfeições, como pequenos extravios de peças microscópicas.

Para levar em conta as complexidades de uma placa de tecnologia mista de dois lados, é necessário um conjunto mais completo de testes para os PCBs iniciais produzidos nessas linhas. Como há mais componentes a serem considerados, há mais problemas potenciais se até mesmo uma parte estiver desalinhada.

Fabricação de PCB na Millennium Circuits Limited

No mundo de alta tecnologia de hoje, as placas de circuito impresso estão se tornando cada vez mais complexas à medida que os técnicos encontram maneiras de carregar mais dados e energia em chips cada vez menores. À medida que os dispositivos de computador e eletrônicos se tornam menores, o mesmo acontece com os PCBs que alimentam esses dispositivos e os conectam à rede sem fio. Para os fabricantes de PCBs, isso significa que a produção de placas de circuito impresso exigirá níveis avançados de engenharia.

Para tornar os PCBs eficientes pelos padrões atuais, você deve ter o PCB nu especificado adequado para realizar cada etapa com mais eficiência no processo de montagem. Na Millennium Circuits, usamos a tecnologia mais recente em nossas instalações para atender cada pedido de PCB nua de acordo com as especificações do cliente. Entre em contato com a Millennium Circuits para obter mais informações sobre a fabricação de PCBs.

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