PROCESO DE MONTAJE EN SUPERFICIE

Introducción a la tecnología de montaje superficial

La tecnología de montaje en superficie es un área de ensamblaje electrónico que se utiliza para montar componentes electrónicos en la superficie de la placa de circuito impreso (PCB) como oposición a insertar componentes a través de orificios, como ocurre con el ensamblaje convencional. SMT fue desarrollado para reducir los costos de fabricación y también para hacer un uso más eficiente del espacio de PCB. Como resultado de la introducción de la tecnología de montaje en superficie, ahora es posible construir circuitos electrónicos altamente complejos en conjuntos cada vez más pequeños con buena repetibilidad debido al mayor nivel de automatización.

¿Qué son los SMD?

Dispositivo de montaje en superficie o SMD es el término utilizado para los componentes electrónicos utilizados en el proceso de ensamblaje de montaje en superficie. Existe una amplia gama de paquetes de componentes SMD disponibles en el mercado y vienen en muchas formas y tamaños; a continuación se puede ver una selección:

Proceso de montaje en superficie

El proceso de ensamblaje de montaje en superficie comienza durante la fase de diseño cuando se seleccionan los muchos componentes diferentes y se diseña la PCB utilizando un paquete de software como Orcad o Cadstar ( otros están disponibles ).

Es importante darse cuenta de que el proceso comienza en esta etapa, ya que es el mejor momento para incorporar la mayor cantidad posible de características de diseño que harán que la producción sea sencilla y sin dolor de cabeza. Muy a menudo, los circuitos se toman de la fase de diseño esquemático para el diseño de PCB, siendo las principales consideraciones la funcionalidad, que por supuesto es muy importante, pero el diseño para fabricación (DFM) debería incorporarse idealmente.

Una vez finalizado el diseño de PCB y seleccionados los componentes, la siguiente fase es enviar los datos de PCB a una empresa de fabricación de PCB y comprar los componentes de la manera más adecuada para facilitar la automatización. El diseño del panel de PCB debe considerarse y la especificación debe crearse para garantizar que el formato en que se reciben los PCB es el esperado y adecuado para las máquinas que se utilizarán.

Los componentes están disponibles empaquetados de muchas maneras diferentes, como en carretes, en tubos o en bandejas, como se puede ver a continuación. La mayoría están disponibles en carretes, lo que se prefiere, pero a veces debido a que los componentes de 'Cantidades de pedido mínimas (MOQ)' se suministran con frecuencia en tubos o en tiras cortas de cinta. Ambos de estos tipos de empaques pueden ser utilizados pero necesitan tipos de alimentadores apropiados. Los componentes que se suministran sueltos en las bolsas deben evitarse de ser posible, ya que pueden llevar a la colocación de las manos o la necesidad de placas de alimentación especiales.

Todos los componentes con un MSL (nivel de sensibilidad a la humedad) deben manejarse de acuerdo con J-STD-033.

Programación de máquinas - Gerber / CAD a Centroid / Placement / XY file

Después de recibir los paneles y componentes de PCB, el siguiente paso es configurar las distintas máquinas utilizadas en el proceso de fabricación. Las máquinas como la máquina de colocación y AOI (Inspección Óptica Automatizada) requerirán la creación de un programa que se genere mejor a partir de datos CAD, pero a menudo esto no está disponible. Los datos de Gerber casi siempre están disponibles, ya que estos son los datos necesarios para la fabricación de la PCB. Si los datos de Gerber son los únicos datos disponibles, la creación del archivo centroide / placement / XY puede llevar mucho tiempo y, por lo tanto, Surface Mount Process ofrece el servicio para generar este archivo .

Impresión de pasta de soldadura

La primera máquina en instalarse en el proceso de fabricación es la impresora de soldadura en pasta, que está diseñada para aplicar pasta de soldadura con una plantilla y escobillas de goma en las almohadillas adecuadas de la PCB. Este es el método más utilizado para aplicar la pasta de soldadura, pero la impresión a chorro es cada vez más popular, especialmente en el sector de subcontratos, ya que no hay necesidad de plantillas y las modificaciones son más fáciles de realizar.

Mantener el control de este proceso es fundamental ya que cualquier defecto de impresión, si no se detecta, conducirá a defectos más adelante. Dado que los ensamblajes se vuelven más complejos, el diseño de la plantilla es clave y se debe tener cuidado para garantizar un proceso repetible y estable.

Inspección de pasta de soldadura (SPI)

La mayoría de las máquinas de impresión de pasta de soldadura tienen la opción de incluir la inspección automática pero, dependiendo del tamaño de la PCB, este proceso puede llevar mucho tiempo y, por lo tanto, a menudo se puede preferir una máquina separada. Los sistemas de inspección de las impresoras de pasta de soldadura utilizan tecnología 2D, mientras que las máquinas SPI dedicadas utilizan tecnología 3D para permitir una inspección más exhaustiva, incluido el volumen de pasta de soldadura por almohadilla y no solo el área de impresión.

Colocación de componentes

Una vez que se ha confirmado que la PCB impresa tiene la cantidad correcta de pasta de soldadura aplicada, pasa a la siguiente parte del proceso de fabricación, que es la colocación de componentes. Cada componente se toma de su empaque usando una boquilla de vacío o pinza, revisado por el sistema de visión y colocado en la ubicación programada a alta velocidad.

Existe una gran variedad de máquinas disponibles para este proceso y depende en gran medida de la empresa a qué tipo de máquina se selecciona. Por ejemplo, si el negocio se enfoca alrededor de grandes cantidades de construcción, entonces la tasa de colocación será importante; sin embargo, si el enfoque es pequeño lote / mezcla alta, entonces la flexibilidad será más importante.

Inspección óptica automatizada previa al reflujo (AOI)

Después del proceso de colocación de componentes, es importante verificar que no se hayan cometido errores y que todas las piezas se hayan colocado correctamente antes de la soldadura por reflujo. La mejor manera de hacerlo es utilizar una máquina AOI para realizar comprobaciones como la presencia de componentes, tipo / valor y polaridad.

Inspección del primer artículo (FAI)

Uno de los muchos desafíos para los fabricantes subcontratados es la verificación del primer ensamblaje a la información de los clientes o la inspección del primer artículo (FAI), lo que puede llevar mucho tiempo. Este es un paso muy importante en el proceso, ya que cualquier error, si no se detecta, puede llevar a grandes volúmenes de retrabajo.

Soldadura por reflujo

Una vez que se han verificado todas las ubicaciones de los componentes, el conjunto de PCB se mueve hacia la máquina de soldadura por reflujo, donde se forman todas las conexiones de soldadura eléctrica entre los componentes y la PCB calentando el conjunto a una temperatura suficiente. Esto parece ser una de las partes menos complicadas de los procesos de ensamblaje, pero el perfil de reflujo correcto es clave para garantizar uniones de soldadura aceptables sin dañar las piezas o el ensamblaje debido al calor excesivo.

Cuando se utiliza soldadura sin plomo, un ensamblaje cuidadosamente perfilado es aún más importante, ya que la temperatura de reflujo requerida a menudo puede estar muy cerca de la temperatura nominal máxima de muchos componentes.

Inspección óptica automatizada posterior al reflujo (AOI)

La última parte del proceso de ensamblaje del montaje en superficie es verificar nuevamente que no se hayan cometido errores al utilizar una máquina AOI para verificar la calidad de la junta de soldadura.

Con la introducción de la tecnología 3D, este proceso se ha vuelto más confiable, ya que con la inspección en 2D, los niveles de llamadas falsas tienden a ser altos debido a la interpretación de una imagen 2D. La inspección 3D ha permitido realizar mediciones más precisas y proporcionar un proceso de inspección más estable.

Una de las características más recientes de las máquinas de inspección es que pueden conectarse en red para permitir una retroalimentación instantánea a la máquina anterior para permitir que se realicen ajustes automáticos. Por ejemplo, la máquina AOI se puede conectar a la máquina de colocación para que las posiciones de ubicación de los componentes se puedan ajustar y la máquina SPI se pueda conectar a la impresora para permitir que se realicen ajustes a la alineación de la PCB con la plantilla.

Un aumento de la eficiencia y la productividad.

Es una estadística impactante leer que dentro de la industria electrónica muchas operaciones de montaje en superficie, particularmente dentro del sector de manufactura subcontratada, tienen una eficiencia tan baja como del 20%.

Hay muchas razones que contribuyen a esta cifra pero, fundamentalmente, significa que solo se está utilizando el 20% de la inversión de capital. Financieramente hablando, esto llevará a un mayor costo de propiedad y un retorno de la inversión más lento. Para el cliente, puede causar tiempos de entrega más largos para su producto y, por lo tanto, el negocio no será tan competitivo en el mercado.

Con las eficiencias de producción a este nivel, habrá muchos efectos secundarios que tendrán un impacto en el negocio, como lotes más grandes, más piezas en stock, más ensamblajes en WIP (trabajo en progreso) y tiempos de reacción más lentos a los requisitos de cambio del cliente. .

Con todo esto en mente, existe un fuerte incentivo para mejorar la eficiencia mientras se mantiene la calidad.