Montagem de PCB: Técnicas Profissionais para Eletrônica Confiável

Placas de circuito impresso são a força motriz por trás de uma ampla gama de eletrônicos. Você as encontra em calculadoras simples e sistemas avançados militares e de satélites. Mas você sabe como montar uma PCB? Conhece as etapas envolvidas no processo? Não se preocupe se não souber! Criamos este guia aprofundado sobre a Lista de Materiais (BOM) de uma PCB a ser montada na placa. Montagem de PCB para conhecer tudo o que você precisa sobre o processo. Então você pode montar sua PCB e dar vida ao seu projeto.

Este guia explorará o processo de montagem de PCB e as diferentes tecnologias usadas.

1. A Montagem de Placas de Circuito Impresso

A montagem de placa de circuito impresso é a montagem ou colocação de componentes eletrônicos que dão à placa sua funcionalidade. Técnicas manuais e automáticas podem montar os componentes eletrônicos, que são então soldados no lugar.

Uma PCBA ou montagem de placa de circuito impresso. Não confunda com fabricação de placa de circuito impresso (PCB), que produz e cria protótipos. Cobre a instalação de componentes eletrônicos durante o processo de montagem. A Montagem de Placa de Circuito Impresso (PCBA) é a placa apresentada após todas as partes e peças serem soldadas e instaladas corretamente.

Diferentes tecnologias podem ser usadas para montar uma PCB, incluindo processos SMT e THT. Exploraremos em detalhes no capítulo 4, mas primeiro, vejamos um design de PCB.

2. Design e Fabricação de Circuito Impresso

Usando esquemáticos, você pode usar uma solução de Design Assistido por Computador (CAD) para projetar PCBs. De acordo com o design, os arquivos de design ou arquivos Gerber são então entregues ao fabricante que produz ou monta a PCB.

O design básico de PCBs inclui:

• Substrato: O material base de uma PCB é conhecido como substrato. É o que torna a placa rígida e durável.
• Cobre: Cada lado funcional da PCB recebe uma fina camada condutora de cobre. O número de lados exigirá uma camada de cobre dependendo se a placa é de um lado ou dupla face.
• Máscara de solda: A substância de cor verde nas PCBs é devido à aplicação da máscara de solda. Ela fornece isolamento aos traços de cobre para que não entrem em contato com componentes condutivos.
• Silkscreen: Use uma tela branca como última camada da PCB. Contém os rótulos de diferentes componentes em símbolos e caracteres.

PCBs também podem ser de três tipos:

• PCB Rígida feita de material sólido como fibra de vidro
• PCB Flexível feita de materiais flexíveis como Kapton
• PCB Metalcore feita de núcleo metálico

O próximo capítulo descobrirá o processo de montagem de placa de circuito impresso.

3. Processo de Montagem de Placas de Circuito Impresso

3.1 Ferramentas Necessárias

Você precisará de um número mínimo de ferramentas se planeja soldar sua PCB manualmente. Os itens a providenciar incluem:

• Ferro de solda ou estação de solda
• Fluxo de solda
• Alicates
• Cortadores de fio
• Chave de fenda
• Voltímetro/Ôhmetro

3.2 Equipamento de Solda para Montagem de PCB

Você pode escolher entre uma ampla gama de equipamentos de solda para montagem manual de placa de circuito impresso. Os mais simples ligam direto na tomada e não têm muitas opções de controle de temperatura. Você deve selecionar um ferro de solda de 15 a 30 watts para sua montagem de PCB.

Ferros de solda com controle termostático podem ser adequados, pois vêm com opções para controlar a temperatura. Alguns têm botões para controlar a temperatura, enquanto outros usam uma ponta magnetizada com temperatura específica.

Você deve escolher um ferro de solda com pontas substituíveis de diferentes tamanhos. Os bônus começam a magnetizar conforme você aumenta o fluxo de corrente, fazendo a temperatura subir. Quando o magnetismo diminui, o calor também reduz.

Você também pode precisar de uma estação de solda a ar quente que usa ar quente para derreter a solda.

3.3 Tipos de Solda

Você encontrará diferentes tipos de solda no mercado e escolherá de acordo com o propósito e aplicação do seu projeto. Existem três tipos de solda usados para eletrônica:

• Solda de liga de chumbo
• Solda sem chumbo
• Solda de liga de prata

Solda de Liga de Chumbo

Soldas são feitas de uma combinação de chumbo e estanho e também podem conter traços de outros metais. É responsável por dar à solda uma temperatura de fusão mais baixa, o que é significativo pois a maioria dos eletrônicos é sensível ao calor.

Soldas de liga de chumbo são definidas pela razão do peso do estanho seguido pelo peso do chumbo. Por exemplo, pode ter uma proporção de 60:40 ou 63:37 – o primeiro número representa a quantidade de estanho enquanto o segundo refere-se à quantidade de chumbo.

Você pode usar ambos os tipos de solda para aplicações eletrônicas típicas. A liga 63:37 pode transformar-se efetivamente em estado líquido e ajuda a prevenir juntas de solda frias.

Ligas à base de chumbo são usadas como padrão na indústria eletrônica, mas podem ter consequências para a saúde.

Ligas Sem Chumbo

Você pode encontrar ligas sem chumbo como 96,5:3:0,5, que tem 96,5% de estanho, 3% de prata e 0,5% de cobre. Ligas sem chumbo são mais caras que ligas à base de chumbo e têm temperatura de fusão mais alta.

Ligas sem chumbo criam juntas de solda mais fortes, embora possam ser quebradiças.

Solda de Liga de Prata

Soldas podem ou não conter chumbo. A prata foi usada pela primeira vez em soldas para criar juntas de solda mais robustas e duráveis. Soldas de liga de prata tendem a ser mais caras que ligas à base de chumbo e sem chumbo.

3.4 Montagem de PCB – Técnica Adequada de Solda

Processo de montagem de PCB. Você precisa usar métodos de solda múltiplas vezes durante a montagem de placa de circuito impresso. Você deve usar técnicas adequadas de solda para obter os produtos finais da mais alta qualidade possível. Aqui diremos como você pode usar técnicas adequadas durante a Lista de Materiais (BOM) de uma PCB a ser montada na placa.

A maneira correta de soldar é aquecer as superfícies que serão soldadas além do ponto de fusão da solda. Isso permite que a solda flua livremente sobre as superfícies. Você também deve controlar a quantidade de solda, certificando-se de não usar demais.

Você também deve garantir que a superfície seja aquecida o suficiente para evitar juntas de solda frias. Isso acontece quando você usa pouco calor na superfície e a solda não pode mover-se livremente.

O resto do processo de solda é realizado automaticamente por máquinas. A solda por refluxo (reflow) usa uma série de aquecedores e resfriadores para derreter e solidificar a solda e torná-la firme.

Você deve garantir que as temperaturas estejam corretamente definidas na máquina de solda por refluxo. Ela precisa aquecer até 250 graus Celsius para derreter a solda.

A técnica de solda manual pode ser necessária ao lidar com componentes THT. Você deve colocar as peças à mão e então soldar o terminal ou fio extra no outro lado da placa. Deve ser feito com cuidado para que a solda ou fluxo não toque nos diferentes componentes e apenas no lugar certo.

Pode ser complexo ou desafiador soldar PCBs se você é totalmente novo no trabalho. Você deve praticar primeiro em alguns projetos pequenos e então tentar soldar PCB depois que estiver habilidoso. Você também deve ter cuidado para não inalar a fumaça proveniente do fluxo na solda.

Agora veremos as diferenças entre os processos usados para montar PCBs.

4. Diferenças no Processo de Montagem de Placas de Circuito Impresso

Você pode usar diferentes tecnologias para montar componentes eletrônicos em uma PCB. Os principais métodos incluem Tecnologia Furo Passante (THT), Tecnologia de Montagem em Superfície (SMT) e Tecnologia Mista.

Discutiremos as principais diferenças e o processo de SMT. Isso facilitará para uma máquina pick-and-place pegar e colocar facilmente os componentes na PCB (montagem de PCB para cada método.

Tecnologia Furo Passante (THT)

O método THT de montagem de PCB é usado para componentes eletrônicos que vêm com um fio ou terminal. A PCB vem com furos perfurados para encaixar as peças. O terminal extra que passa pelos furos é soldado no lado oposto da placa.

THT é usado para componentes significativos como bobinas e capacitores. Também é usado para outros componentes PTH (plated through-hole) que passam pelo furo metalizado da PCB. Vários componentes de PCB usam os furos na placa para transferir sinais de um lado para o outro. Por isso, você não pode confiar na pasta de solda que passaria direto pelos furos.

Montagem de PCB – Processo de Montagem

A montagem THT usa processos manuais e automáticos para colocar componentes na PCB. Proceda como segue:

1. Montagem de PCB – Colocação de Componentes

Engenheiros elétricos colocam manualmente os componentes na PCB de acordo com especificações. Deve ser feito rapidamente e com precisão, em total conformidade com padrões operacionais ou regulamentos do processo de montagem THT para funcionamento adequado.

Por exemplo, é essencial definir a orientação e polaridade dos componentes eletrônicos para que elementos operacionais não os afetem.

2. Montagem de PCB – Exame e Correção

Você precisa verificar se todos os componentes eletrônicos na PCB foram colocados com precisão. Pode ser feito automaticamente com o uso de um quadro de transporte. Os engenheiros podem retificar rapidamente quaisquer erros se os encontrarem.

3. Solda por Onda (Wave Soldering)

Estes componentes eletrônicos devem ser soldados à placa nesta etapa. Você pode fazer manualmente, mas um processo automatizado e muito mais eficiente chamado solda por onda pode ser usado.

A PCB é colocada em uma esteira transportadora que a leva para dentro de um forno especial contendo solda fundida em altas temperaturas. A solda é aplicada na parte inferior da placa, cobrindo todos os terminais de uma vez.

Os componentes eletrônicos ficam conectados com todas as ligações de terminal ou fio à placa.

Tecnologia de Montagem em Superfície (SMT)

Na WellPCB, temos profissionais e especialistas com os conjuntos de habilidades certos para tornar suas necessidades de PCB realidade. Oferecemos fabricação de PCB e montagem (SMT permite acelerar o processo de produção, mas há chances aumentadas de defeitos. SMT é a colocação ou montagem automática de componentes eletrônicos em uma PCB. Por isso, o método também emprega detecção de falhas para criar produtos funcionais.

Os componentes elétricos montados com SMT são menores que componentes PTH e podem ou não ter terminais. Às vezes vêm com pinos, contatos planos ou terminações em seu corpo.

Processo de Montagem

1. Montagem de PCB – Aplicação de Solda

Você deve usar uma impressora de pasta de solda para aplicar solda na PCB. Uma tela de solda ou stencil é usada para garantir a aplicação adequada de solda nos pontos válidos onde os componentes eletrônicos serão colocados.

É crucial ter um processo eficiente de impressão de pasta de solda, pois impacta diretamente a qualidade da soldagem. Um inspetor de solda é usado para encontrar defeitos na qualidade da impressão de pasta de solda. Se houver erros, a solda é lavada para uma segunda impressão.

Para defeitos menores, um retrabalho pode ser suficiente.

2. Colocação de Componentes

Uma máquina pick-and-place é usada para montar os componentes eletrônicos após a impressão de solda. O motor monta automaticamente o CI ou componentes através de carretéis de componentes. Os carretéis são responsáveis por alimentar os detalhes à máquina, que são então fixados na PCB.

3. Montagem de PCB – Solda por Refluxo (Reflow Soldering)

Esta etapa usa um forno especializado para endurecer a pasta de solda e fixar firmemente os componentes da placa. A PCB é transportada por dentro de uma série de aquecedores que elevam a temperatura da placa a 250 graus Celsius. A alta temperatura derrete a solda na placa.

Em seguida, a PCB passa por uma série de aquecedores mais frios, que baixam a temperatura e ajudam a solda a endurecer. Isso adere firmemente todos os componentes eletrônicos à PCB.

Montagem de PCB – Tecnologia Mista

Produtos eletrônicos aumentaram em complexidade, exigindo diferentes componentes eletrônicos em PCBs na era moderna. Você encontrará o uso de ambas as tecnologias THT e SMT em uma única PCB que contém componentes de montagem em superfície e furo passante.

Tecnologia mista é usada nos seguintes casos:

Montagem Mista de Lado Único

Na montagem mista de lado único, o processo usual de impressão de pasta de solda é realizado primeiro. Então os componentes de montagem em superfície são colocados, seguidos por solda por refluxo.

Então você deve colocar os componentes THT e realizar solda por onda. Você também pode optar por solda manual se usar um pequeno número de componentes THT.

Um Lado THT e Outro Lado SMT

Primeiro, você precisa aplicar adesivos de montagem em superfície e então montar os componentes SMT. Então deve colocá-los no forno para solidificação, seguido por inversão.

Então você deve montar os componentes THT e realizar solda por onda. Este processo de montagem requer alto custo devido ao uso de quantidade aumentada de adesivos.

Montagem Mista de Dois Lados

É um processo complicado e longo onde componentes SMT são colocados após impressão de pasta de solda. Então você deve usar adesivos para colocar os componentes SMT no outro lado, seguido por solidificação.

Em seguida, os componentes THT são montados, terminando com solda por onda. Você também pode realizar o processo sem usar adesivos, mas precisa aquecer três vezes, resultando em eficiência reduzida.

O próximo capítulo determinará como uma PCB é testada para garantir sua funcionalidade e qualidade.

5. Testes de Montagem de Placa de Circuito Impresso

Você precisará executar vários testes para determinar a funcionalidade de sua montagem de PC. Começa com a verificação DFM, que envolve verificar as especificações de design de uma PCB para características ausentes ou problemáticas.

O próximo teste de funcionalidade é realizado após os componentes de montagem em superfície serem colocados e soldados. A placa é testada para conexões e curtos, que podem ocorrer se ligações inadequadas ocorrerem.

Inspecione manualmente a PCB após o processo de refluxo. Pode ser útil em pequenos lotes de PCBs, mas não é viável para produção em larga escala. Uma máquina de inspeção óptica automática também é usada para testar PCBs usando câmeras avançadas.

A máquina pode detectar solda de baixa qualidade analisando a forma como refletem a luz.

Um dos métodos menos convencionais usados para PCBs altamente complexos ou multicamadas envolve inspeção por raio-X. O raio-X fornece visuais de todas as camadas e pode ajudar a encontrar problemas ocultos à vista desarmada.

Após o processo de montagem terminar, uma inspeção final e teste de funcionalidade são realizados. Você pode descobrir diferentes aspectos através do teste, como saída de sinal, corrente e tensão. Pode determinar as características elétricas da PCB através de sinais simulados.

6. Montagem de PCB – Conclusão

Isso facilitará para uma máquina pick-and-place pegar e colocar facilmente os componentes na PCB (a montagem de PCB pode ser um processo complicado ou simples dependendo do número de componentes eletrônicos que você está usando e seus tipos. A melhor maneira de montar uma PCB é especializar-se em manter todas as especificações e padrões.

Você pode nos contatar para montagem de placa de circuito impresso e produtos finais de alta qualidade passando rapidamente nos testes de função. Garantiremos que as PCBs sejam montadas conforme seu design e instruções para entregar os melhores resultados.