Defectos comunes en el ensamblaje de PCBs que deberías conocer

Los diseñadores de PCB son los arquitectos detrás de la tecnología que alimenta nuestros electrónicos modernos, equilibrando un conjunto de requisitos, navegando por un diseño complejo que es tanto arte como ciencia.  Sin embargo, incluso las placas de circuito impreso diseñadas con más cuidado pueden enfrentar defectos durante la fabricación y ensamblaje de PCB.  En este blog, veremos una visión general de los defectos de ensamblaje más comunes, algunos que el diseño de PCB puede influir y algunos que están relacionados específicamente con el proceso de ensamblaje en sí.  Luego profundizaremos en un defecto específico, la deformación del PCB y los componentes y veremos cómo el diseño de PCB puede influir en este defecto. Mirando hacia futuros blogs, examinaremos estos defectos desde una perspectiva de fabricabilidad para ayudar a cerrar la brecha entre el diseño de PCB y el ensamblaje.

Defectos Comunes en el Ensamblaje de PCB

Puentes de Soldadura/Circuitos Cortos: Este defecto ocurre cuando la soldadura conecta dos o más características conductoras, causando conexiones eléctricas no intencionadas. Esto podría ser entre pines adyacentes, almohadillas o pistas de circuito.

Soldadura Insuficiente: La soldadura inadecuada puede llevar a uniones de soldadura incompletas o débiles que a su vez conduce a una conexión eléctrica deficiente. Esto puede presentarse como una conexión intermitente o abierta.

Formación de Bolas de Soldadura: Las bolas de soldadura son pequeños depósitos de soldadura no intencionados que pueden ocurrir durante la soldadura por reflujo debido a la fusión y flujo incompletos de la pasta de soldadura. Estos pueden causar cortocircuitos si se encuentran en áreas sensibles del PCB.

Las bolas de soldadura aparecen cuando la pasta de soldadura no se mezcla adecuadamente o se almacena incorrectamente. [Fuente de la imagen: Usuario John U, stackexchange.com]

Tombstone: Esto ocurre cuando un componente de montaje superficial se queda de pie en un extremo debido a un reflujo de soldadura desequilibrado, resultando en una conexión eléctrica deficiente. Este defecto es a menudo causado por diferencias de temperatura durante el reflujo.

Almohadillas Levantadas o Faltantes: Las almohadillas pueden desprenderse durante el ensamblaje, resultando en componentes no funcionales.

Desalineación de Componentes: Los componentes de montaje superficial pueden estar desalineados o inclinados durante la colocación, lo que lleva a defectos en las uniones de soldadura o conexiones abiertas.

Uniones de Soldadura Frías: Las uniones de soldadura frías son conexiones débiles y frágiles que ocurren cuando la soldadura no fluye adecuadamente durante el reflujo, a menudo debido a calor insuficiente o activación incorrecta del flux.

Problemas de Soldadura BGA: Los componentes de matriz de bolas de rejilla (BGA) pueden sufrir de defectos de bolas de soldadura, conexiones abiertas o vacíos de soldadura debajo de un componente, lo que puede llevar a problemas de conectividad y fiabilidad.

Inversión de Polaridad de Componentes: Errores en la colocación u orientación de componentes pueden resultar en polaridad incorrecta, resultando en conexión de voltaje inverso y daño potencial.

Exceso de Pasta de Soldar: Aplicar demasiada pasta de soldar durante la impresión de la plantilla puede causar cortocircuitos de soldadura y otros defectos relacionados con la soldadura.

Pasta de Soldar Insuficiente: La pasta de soldar insuficiente puede llevar a conexiones de soldadura incompletas o débiles, especialmente para componentes de paso fino.

Filletas de Soldadura Insuficientes: Filletas de soldadura que no se forman adecuadamente alrededor de los terminales o almohadillas de los componentes resultando en conexiones débiles.

Residuos de Bolas de Soldadura: Las bolas de soldadura dejadas en la superficie del PCB después del reflujo pueden causar cortocircuitos y otros problemas.

Componentes Faltantes: Componentes omitidos durante la colocación debido a errores del equipo o del operador.

Componentes Deformados o Doblados: Los componentes SMT pueden deformarse o doblarse durante el reflujo, afectando su colocación y la calidad de la unión de soldadura.

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Una alta deformación en el PCB puede resultar en la deformación del paquete SMT. [Fuente de la Imagen]

Deformación, Mitiga el Riesgo

Los diseñadores de PCB pueden tomar varias medidas para minimizar la deformación de los componentes y del PCB, lo que puede contribuir a defectos como la formación de bolas de soldadura durante el ensamblaje del PCB.  Aquí hay algunas formas en que el diseño de la placa de circuito impreso puede impactar y potencialmente prevenir la deformación:

Colocación de Componentes y Huella

• Seleccione cuidadosamente las ubicaciones y orientaciones de los componentes para minimizar el estrés.  
• Evite colocar componentes pesados en áreas sensibles.
• Use componentes con patas planas o coplanares, que tienden a ejercer menos estrés sobre la placa.
• Diseñe huellas de componentes adecuadas que acomoden la expansión y contracción térmica durante la soldadura.
• Asegúrese de que las almohadillas de los componentes sean lo suficientemente grandes para proporcionar estabilidad mecánica y fuerza en la unión de soldadura.
• Para componentes pesados o altos, considere métodos de fijación mecánica adicionales como tornillos o separadores para proporcionar estabilidad y prevenir la deformación.
• Apunte a un diseño de placa simétrico, distribuyendo componentes y características uniformemente para prevenir el estrés en ubicaciones específicas.
• Si utiliza planos de cobre, añada conexiones de alivio térmico para componentes con grandes conexiones a tierra o de alimentación para prevenir que la placa se deforme durante la soldadura por reflujo.

Configuración de Capas del PCB

• La configuración de capas del PCB debe equilibrar la distribución de cobre en ambos lados de la placa para minimizar la deformación.
• Opte por configuraciones de capas equilibradas con pesos de cobre simétricos y espesores dieléctricos a través de la configuración.
• Seleccione materiales para placas de circuito impreso que tengan buena estabilidad dimensional y bajo coeficiente de expansión térmica (CTE).
• Considere usar materiales diseñados para aplicaciones de alta temperatura si su diseño lo requiere.

Consideraciones Térmicas

• Asegúrese de que los componentes que generan calor significativo tengan soluciones adecuadas de gestión térmica.  Los disipadores de calor, vías o planos de cobre dedicados pueden ayudar con esto.
• Distribuya los componentes que generan calor de manera uniforme a través de la placa para evitar el calentamiento localizado y la deformación.
• Evite colocar disipadores de calor o conectores densamente poblados cerca del centro de la PCB.  Estos pueden ejercer fuerzas desiguales y contribuir a la deformación.

Concluiré este blog con un consejo.  Es importante interactuar tanto con la fabricación como con el ensamblaje durante el proceso de diseño. Hay tantos ejemplos de elementos tan simples como el color de la máscara de soldadura que impactan en los rendimientos, lo que afecta los precios y los tiempos de entrega.  Reunir diseño, fabricación y ensamblaje para colaborar y comunicarse a lo largo del proceso de fabricación configurará un diseño para la mejor oportunidad de éxito en el primer intento.

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