Guia Essencial de Montagem de PCB: Do Design à Produção

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O processo de montagem de placa de circuito impresso (PCB) consiste em várias etapas e diretrizes que devem ser realizadas na sequência adequada para que o produto final funcione como projetado. Para garantir que isso aconteça, os fabricantes de PCB usam templates 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 componentes em questão. Todas as partes e peças devem ser corretamente alinhadas em seus locais designados, conforme especificado no design do PCB. Qualquer desvio, por menor que seja, pode ter enormes repercussões nas funções da placa finalizada.

Terminologia PCBA

Para entender o processo de montagem de PCB, você precisa conhecer 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 funcional de um PCB contém uma fina camada de cobre, para fins condutivos. 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 (tipicamente verde) de cada placa de circuito impresso. A máscara de solda fornece isolamento entre cobre e outros materiais, evitando curtos que poderiam ocorrer se diferentes materiais condutivos entrassem 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 que é adicionado à placa.
• Silkscreen: O toque final em cada placa de circuito impresso é o silkscreen, 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.
• Solda manual: Este é um processo onde um técnico insere manualmente um único componente em seu local designado em uma série de placas de circuito impresso. Uma vez concluído, cada placa é enviada ao próximo técnico, que adiciona outra peça e passa a placa adiante.
• Solda por onda: A solda por onda envolve soldar corretamente onde a placa é colocada em uma esteira e passa por uma câmara de aquecimento. Aqui, uma onda de solda é aplicada na parte inferior, fixando todos os terminais da placa no lugar em um único processo.

Também é importante entender as diferenças entre montagens through-hole, surface mount e tecnologia mista.

Montagem de PCB Through-Hole

A tecnologia through-hole é a escolha ideal para placas de circuito impresso que apresentam terminais ou fios que são passados através de furos na placa e então fixados do outro lado com solda. PCBs com componentes grandes são especialmente adequados à tecnologia through-hole, especialmente capacitores.

As etapas básicas da tecnologia through-hole de PCB podem ser resumidas da seguinte forma:

1. O técnico monta manualmente as peças em áreas específicas em uma placa de circuito impresso, de acordo com as especificações de design do PCB. 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 em seu lugar exato. Se alguma das peças do PCB estiver mal posicionada, agora é a hora de corrigir essas imperfeições.
3. Os componentes agora são soldados no lugar na placa de circuito. Isso é tipicamente feito com solda por onda, onde a placa se move acima de uma onda de solda líquida quente que solidifica a montagem do 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 quer solda em certas áreas.

Placas through-hole tipicamente contêm componentes com terminais de fio, axiais ou radiais. Comparado à tecnologia de montagem em superfície, placas through-hole geralmente apresentam ligações mais fortes. No entanto, mais trabalho é necessário para produzir uma montagem through-hole devido à perfuração adicional envolvida.

Se uma placa through-hole consiste em múltiplas camadas, trilhas de sinal têm roteamento limitado nas camadas internas porque os furos cortam entre as superfícies superior e inferior. Portanto, a tecnologia through-hole é frequentemente restrita a alguns dos componentes PCB mais volumosos como capacitores eletrolíticos e semicondutores. Placas que requerem firmeza e suporte adicionais, como relés eletromecânicos e conectores plug-in, também são feitas com tecnologia through-hole.

Durante a etapa de prototipagem, os técnicos muitas vezes favorecem o through-hole maior ao surface mount porque o primeiro funciona mais prontamente com soquetes de protoboard. No entanto, se uma placa se destina a propósitos de alta velocidade ou alta frequência, o design pode exigir tecnologia de montagem em superfície para reduzir relutância parasita. Caso contrário, a função dos circuitos seria degradada devido à indutância ou capacitância nos terminais.

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

Uma vez que os componentes foram definidos no lugar e a placa passou por sua primeira inspeção, a pasta de solda é aquecida sobre um líquido quente até que as minúsculas esferas de metal dentro da pasta se solidifiquem com o químico de ligação, fluxo. Isso une os componentes à placa permanentemente. Após o aquecimento e a ligação terminarem, a placa é resfriada em um ambiente controlado. Isso traz a placa de volta a um estado normal e evita choque térmico.

Agora completa, a placa de circuito impresso deve ter seus componentes examinados para quaisquer possíveis desalinhamentos. Se os componentes forem relativamente grandes, isso pode ser feito frequentemente com inspeção visual. Hoje em dia, no entanto, inspetores ópticos e de raios-X podem examinar PCBs com muito maior precisão. Se falhas de design forem detectadas, 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 poderiam ser difíceis de colocar no lugar sem danos. Exemplos do tipo de componentes que passam por este 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 template de tela de solda é usado para garantir que os minúsculos componentes sejam colocados em seus lugares adequados. Antes que os componentes sejam realmente colocados, o stencil é inspecionado para garantir que o template esteja alinhado corretamente.
2. A placa agora é levada a uma máquina onde os componentes são colocados no lugar de acordo com o design do template de tela de solda. Carretéis na máquina garantem que as peças sejam alinhadas e conectadas aos seus pads correspondentes.
3. Com os componentes devidamente definidos na placa, um processo de aquecimento é empregado para solidificar tudo no lugar. Nesta etapa, o PCB é enviado através de uma câmara de aquecimento que liquefaz a solda, fixando as peças no processo.

Antes que os componentes sejam 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 locais onde pads existirão para os componentes correspondentes.

A pasta de solda é feita de minúsculos grãos e fluxo. O processo de colocar a pasta de solda em uma placa de circuito impresso é muito parecido com o de uma aplicação de impressão. Uma tela de solda é colocada sobre a placa em 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, as aberturas na tela estão alinhadas aos pads 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 nem supercoberta nem subcoberta.

Uma vez que a pasta foi aplicada, a placa é enviada através de uma máquina pick-and-place onde componentes especificados são aplicados nas áreas soldadas. Contanto que forças externas não sacudam 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 fixar os componentes. Isso é destinado principalmente a placas de circuito impresso que passam pelo processo de solda por onda. A desvantagem deste adesivo adicional é que pode tornar correções difíceis em placas onde os componentes foram desalinhados às especificações do design original.

Com os componentes fixados em seus locais adequados, o PCB é enviado através da máquina de solda. Em placas mais antigas, os fabricantes frequentemente empregavam solda por onda, embora isso tenha sido amplamente descontinuado. Em produções onde o método é empregado, 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 fabricantes de PCB.

Uma vez que a placa de circuito impresso saiu da máquina de solda, os técnicos inspecionam a composição da placa para quaisquer imperfeições. Se a placa contiver mais de 100 componentes diferentes, a placa é enviada através de um inspetor óptico automático (AOI), que pode detectar até 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 suporta vários testes para verificar se pode funcionar como pretendido no design original.

Enquanto a operação está em andamento, o equipamento deve ser inspecionado para garantir que tudo funcione como pretendido. Os primeiros lugares a verificar são as saídas, pois estas ajudarão a verificar o sucesso de uma determinada produção. A saída da máquina de solda deve ser inspecionada no início de cada produção, junto com as placas iniciais que passam pela saída. Dessa forma, quaisquer imperfeições podem ser detectadas cedo, antes que um erro de impressão se torne grande e custoso.

Tecnologia Mista

Devido à rápida evolução da tecnologia computadorizada, um número crescente 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 referidos como tecnologia mista. Uma montagem que envolve tecnologia mista abrangerá uma das seguintes abordagens:

• Uma montagem mista de face única, onde uma placa de circuito impresso passa por tecnologia de montagem em superfície bem como tecnologia through-hole, ambas no mesmo lado da placa.
• Uma montagem dividida, onde 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 through-hole. PCBs como estes têm componentes de tamanho normal em um lado e componentes minúsculos no outro lado.
• Uma montagem mista de face dupla, onde ambos os lados da placa de circuito impresso são montados com uma combinação de tecnologia through-hole e tecnologia de montagem em superfície. Uma placa deste tipo apresenta componentes regulares, bem como minúsculos e delicados em ambos os lados.

Antes que um design de PCB entre em produção, as placas destinadas ao uso devem ser inspecionadas para fins de qualidade. Nos componentes, oxidação de terminais ou resíduo oleoso podem servir como sinal de alerta. Se armazenados em ambiente frio, 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, um conjunto mais complexo de processos é necessário dentro da máquina pick-and-place. Aqui, uma mistura de diferentes tamanhos de componentes precisará ser contabilizada, seja em um ou em ambos os lados da placa.

Se a placa de circuito impresso consiste em uma montagem de face dupla, o processo de solda precisará ser aplicado a ambos os lados. Basicamente, tudo o que acontece em um lado também acontece no outro. A única diferença são os componentes específicos e seus posicionamentos, pois um lado pode conter componentes menores que o outro. A solda por onda não é possível para PCBs de dois lados porque reenviar a placa para o segundo lado arruinaria as peças delicadas no 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 uma inspeção à prova de falhas que detectará até as menores imperfeições, como pequenos deslocamentos de partes microscópicas.

Para contabilizar as complexidades de uma placa de tecnologia mista de dois lados, um conjunto mais completo de testes é necessário para os PCBs iniciais produzidos em tais linhas. Como há mais componentes a contabilizar, há mais problemas potenciais se mesmo uma peça estiver fora de alinhamento.

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 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 fabricantes de PCB, isso significa que a produção de placas de circuito impresso exigirá níveis avançados de engenharia.

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

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