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Ensamblaje de PCB sin plomo: la guía definitiva de preguntas frecuentes

Índice del contenido

En esta guía, encontrará toda la información que está buscando sobre productos sin plomo. Montaje de PCB.

Ya sea que desee conocer las características, las especificaciones, el cumplimiento de la calidad u otra información, aquí encontrará todo lo que necesita.

Entonces, sigue leyendo para aprender más.

¿Cuáles son los beneficios del ensamblaje de PCB sin plomo?

Los beneficios incluyen:

  • Reducción del tamaño de la PCB: ha simplificado los diseños de PCB, por lo que las placas se pueden hacer más pequeñas, lo que lleva a la producción en masa.
  • Reducción del impacto ambiental por PCB: el uso de Directrices RoHS ha hecho posible reciclar y prevenir el envenenamiento por plomo.
  • Fiabilidad mantenida de PCB: mediante la introducción de RoHS, se ha logrado una reducción significativa de los problemas de PCB. Esto tiene mucho que ver con el uso de soldados sin plomo.
  • Soporte de componentes de paso fino: el uso de soldadura sin plomo permite la producción de PCB de paso fino y extremadamente apretados. Ahora se pueden usar diseños pequeños para ensamblar semiconductores de alta densidad.
El ensamblaje sin plomo reduce la degradación ambiental provocada por los PCB
El ensamblaje sin plomo reduce la degradación ambiental provocada por los PCB

¿Cuáles son los pasos involucrados en el ensamblaje de PCB sin plomo?

El ensamblaje de la PCB sin plomo se divide en dos partes principales, a saber, el proceso de preensamblaje y el proceso de ensamblaje activo.

Los pasos son los siguientes:

Pasos previos al montaje

Hay tres pasos principales en el preensamblaje de PCB sin plomo.

Los pasos han demostrado ser precisos y libres de errores durante el montaje.

  • Perfilado

Este proceso se asemeja al proceso de prototipo.

El fabricante toma como prototipo una placa de circuito impreso sin plomo terminada.

Esto es para asegurar su compatibilidad para el montaje.

La placa de circuito impreso puede estar funcionando, se han tomado piezas ficticias o no funciona en absoluto.

Sus plantillas se calcan perfilándolas para su montaje.

  • Inspección de pasta de soldadura

Es muy importante realizar una inspección minuciosa de la junta de soldadura sin plomo porque tiene un aspecto metálico.

Los estándares IPC-610D se utilizan para inspeccionar la soldadura en pasta y el perfil de la placa.

Debido a la exposición de la PCB a niveles extremos de humedad, también se prueba el contenido de humedad.

  • Lista de materiales (BOM) y análisis de los componentes

El cliente aquí tiene que confirmar la lista de materiales para asegurarse de que todos los componentes estén libres de plomo.

Debido a su afinidad con la humedad, el fabricante tiene que cocer los componentes sin plomo en un horno.

Pasos de ensamblaje activo

Aquí es donde se lleva a cabo el montaje de la PCB sin plomo. Los pasos detallados son los siguientes:

  • Colocación de plantilla y aplicación de pasta de soldadura

Aquí, la etapa de perfilado proporciona la plantilla sin plomo que se coloca en la placa de circuito impreso.

Después de esto, se realiza la aplicación de soldadura en pasta sin plomo utilizando SAC305 como material de pasta.

  • Montaje de componentes

Los componentes se montan en la PCB inmediatamente después de la aplicación de la soldadura en pasta.

La colocación de los componentes puede ser automática o manual.

En la medida en que se trata de un procedimiento de selección y colocación, cada componente debe estar en la etapa de verificación de la lista de materiales.

Los componentes etiquetados son recogidos y colocados por el operador o la máquina en su ubicación asignada.

  • Soldadura

Esta es la etapa en la que se realiza la soldadura manual o soldadura de orificio pasante sin plomo.

Ya sea tecnología de montaje en superficie o tecnología de orificio pasante, todas las soldaduras deben estar libres de plomo.

Es en este paso que se lleva a cabo el ensamblaje de PCB sin plomo
Es en este paso que se lleva a cabo el ensamblaje de PCB sin plomo
  • Colocación de la placa de circuito impreso dentro del horno de reflujo

La soldadura en pasta de la PCB debe calentarse a temperaturas extremas para derretirla uniformemente y cumplir con los estándares RoHS.

Se colocan dentro de un horno de reflujo para derretir la pasta de soldadura.

Enfriar la soldadura en pasta derretida a temperatura ambiente le permite solidificarse.

Esto asegura que los componentes estén firmemente fijados en su posición.

  • Pruebas y Empaque

Los IPC-600D son los estándares internacionales utilizados para probar las PCB sin plomo después del ensamblaje.

Este paso también implica la prueba de las juntas de soldadura.

Las pruebas comienzan con la inspección visual, luego con la AOI y, finalmente, con la inspección por rayos X.

Antes del embalaje final, se realiza una prueba física y funcional.

¿Cómo se compara el ensamblaje de PCB sin plomo con el ensamblaje de PCB con plomo?

Durante el ensamblaje de PCB, se utiliza un proceso de soldadura para unir componentes mediante tecnología de montaje en superficie o de orificio pasante.

Anteriormente, la aleación de diez plomos (Sn-Pb) ha sido la soldadura elegida durante mucho tiempo.

Las aleaciones de estaño y plomo tienen un punto de fusión que oscila entre 183 °C y 188 °C.

Las temperaturas pueden subir hasta 235 °C durante el reflujo al conectar dispositivos de montaje en superficie (SMD).

Esto se debe a que la soldadura se está volviendo líquida antes de enfriarse.

El ensamblaje de PCB sin plomo generalmente involucra temperaturas más altas que la soldadura Sn-Pb.

La temperatura de reflujo puede alcanzar los 250 °C, lo que afecta la construcción de la placa de circuito impreso y la selección de componentes.

Los componentes de la placa que contienen temperaturas de descomposición muy bajas pueden sufrir daños permanentes cuando se exponen a dicho calor.

El reflujo debe realizarse con cuidado para evitar daños en los componentes, ya que la exposición al calor es prolongada.

La principal preocupación de la placa de circuito impreso sin plomo es que las altas temperaturas dañan la placa de circuito impreso.

El retrabajo en la PCB también es un gran desafío

Otro desafío son los materiales porque se deben considerar las características de temperatura de los laminados y sustratos.

¿Cuáles son los acabados superficiales utilizados en el ensamblaje de PCB sin plomo?

Algunos de los acabados superficiales sin plomo disponibles que se utilizan en el ensamblaje son:

i) Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG): tiene 2-5 µ pulgadas y proporciona a la placa de circuito impreso una superficie que es eléctricamente conductora. Inhibe la oxidación y le da al aluminio una superficie de unión de alambre cuando se usa.

ii) Conservantes orgánicos de soldabilidad (OSP): cuando la planitud de la PCB es extremadamente vital, entonces se utiliza OSP como acabado superficial.

iii) Oro duro: se utilizan para inhibir la oxidación y prolongar la vida útil de la placa de circuito impreso cuando se utilizan para dedos de oro (mínimo de 30 µʺ). La soldadura no debe exceder los 17µʺ.

iv) Soldadura sin plomo: preferida para la soldabilidad en casos donde la planitud de los PCB no es vital. El espesor oscila entre 2-10µʺ.

v) Plata de inmersión: se prefiere para la soldabilidad cuando la planitud de los PCB es importante en los componentes de montaje. Su espesor varía entre 2-10µʺ.

Vi) Oro blando: se utiliza para inhibir la oxidación y para unir alambres. Los enlaces termoiónicos tienen un mínimo de 30µʺ mientras que los ultrasónicos tienen un grosor mínimo de 2 µʺ.

Un Acabado Superficial ENIG
Un Acabado Superficial ENIG

¿Cuál es la importancia de las regulaciones de ensamblaje de PCB sin plomo?

El incumplimiento de las directrices de RoHS por parte de una empresa puede afectar a la empresa a largo plazo.

Dichas regulaciones deben tenerse en cuenta al planificar el ensamblaje de cualquier PCB sin plomo.

Las regulaciones son importantes porque:

i) Proteger la salud de los trabajadores

La exposición al plomo tanto a corto como a largo plazo puede provocar complicaciones negativas para la salud.

Van desde la pérdida de la fertilidad hasta los dolores de cabeza.

Las regulaciones que cumplen con RoHS protegen a los trabajadores y a las personas vulnerables que comparten sus hogares con los trabajadores.

ii) Proteger el Medio Ambiente

La contaminación de los suministros de agua, suelo y aire se puede erradicar reduciendo o eliminando el plomo de los PCB.

Esto sirve para salvaguardar la salud pública y proteger la vida silvestre mientras se crean PCB reciclables.

iii) Venta en Lugares Críticos

Muchos países abogan actualmente por la venta de productos electrónicos que cumplan estrictamente con RoHS.

El ensamblaje de PCB sin plomo amplía un mercado objetivo lucrativo y aumenta las ventas.

¿Cuándo se debe usar un ensamblaje de PCB sin plomo?

Hay algunos casos importantes en los que los beneficios del ensamblaje de PCB sin plomo son grandes:

a) Si los estándares de regularidad son un requisito previo para el ensamblaje de PCB por parte del fabricante del equipo original.

b) Si el mercado objetivo es un país o una región que se adhiere estrictamente a los estándares de regularidad.

c) Si el riesgo para la salud humana es una preocupación importante y el medio ambiente también necesita protección.

El PCB sin plomo debe usarse donde el medio ambiente y la salud humana estén en riesgo
El PCB sin plomo debe usarse donde el medio ambiente y la salud humana estén en riesgo

¿Cuáles son los problemas de temperatura de reflujo en el ensamblaje de PCB sin plomo?

Las preocupaciones provocadas por Reflow durante el ensamblaje de PCB sin plomo son las siguientes:

  • La vida útil de las pastas sin plomo se reduce considerablemente en comparación con las de estaño-plomo.
  • La limpieza es muy importante, pero con el ensamblaje de PCB sin plomo, es obligatorio después del reflujo.
  • Durante el reflujo, las temperaturas alcanzan los 260 °C, lo que aumenta la tensión innecesaria en la PCB y el horno.
  • En algunas circunstancias, se puede requerir una capa de nitrógeno para una buena soldabilidad
  • En comparación con la soldadura de estaño y plomo, la pasta sin plomo no se humedece tan rápido.
  • La pasta sin plomo es más espesa y tiene una mayor fuerza adhesiva. Esto requiere una modificación de las velocidades.
  • Existe una gran preocupación por la micción durante el reflujo]

¿Cuáles son los problemas de proceso que surgen del uso de ensamblaje de PCB sin plomo?

La aplicación principal de varios materiales laminados y acabados de PCB son los principales cambios para muchos fabricantes de placas.

Este tipo de laminados que pueden soportar temperaturas de proceso extremas no eran comunes antes.

En el proceso de mover los PCB a través del proceso de fabricación, se deben modificar los parámetros de proceso existentes.

Los PCB multicapa tienen temperaturas más altas durante su proceso de prensado con presiones y tiempos de proceso variados.

Las velocidades y los avances del taladro deben ajustarse, así como las restricciones de impacto del taladro.

Los tableros con una alta capacidad térmica requerirán tiempos de permanencia más prolongados y otros cambios en el proceso para ser procesados ​​de manera eficiente.

La tinta de leyenda y la máscara de soldadura deben estar libres de materiales peligrosos para cumplir con los requisitos de RoHS.

También deben poder tolerar temperaturas de proceso extremas sin experimentar ninguna decoloración notoria.

¿Cuáles son las áreas de fabricación afectadas por el ensamblaje de PCB sin plomo?

El ensamblaje de PCB sin plomo ha afectado a tres áreas principales de fabricación.

Ellos son:

a) Limpieza del conjunto de PCB

La composición del fundente de soldadura sin plomo difiere mucho del fundente de soldadura con plomo habitual.

Se requieren materiales de limpieza específicos para los procesos sin plomo para limpiarlos de manera eficiente.

Esto implica el uso de un rango variado de temperaturas fuera del proceso de limpieza regular.

b) Temperatura

La temperatura de fusión de las soldaduras sin plomo oscila entre 220 y 240 °C, en comparación con las de plomo, entre 180 y 190 °C.

La diferencia de temperatura ejerce una presión extrema sobre la PCB y los componentes ensamblados correspondientes.

La PCB puede experimentar múltiples fallas porque el coeficiente de expansión térmica (CTE) aumenta con las altas temperaturas.

c) Humedad

Durante el montaje, la humedad tiende a absorberse y quedar atrapada dentro de la PCB sin plomo debido a las altas temperaturas.

Este es un gran desafío debido al daño a la placa y los componentes sensibles a la humedad.

El tablero debe hornearse antes del ensamblaje para evitar la delaminación y eliminar el exceso de humedad dentro de ellos.

¿Cuáles son los desafíos de los OEM en la fabricación de ensamblajes de PCB sin plomo?

Hay numerosas razones por las que la PCB sin plomo falla después del ensamblaje debido a la complejidad del diseño del circuito de cada placa.

Algunos desafíos comunes que enfrentan los OEM durante el ensamblaje incluyen:

a) Componentes compatibles con RoHS

El acabado superficial de la PCB sin plomo debe tener una temperatura de fusión muy alta.

Esto significa que los componentes requeridos deben verificarse para el pleno cumplimiento de RoHS.

No se permiten materiales prohibidos en un circuito.

Además, los componentes deben examinarse bien durante el montaje, ya que es posible que algunos interruptores no funcionen a altas temperaturas.

b) Soldadura de matriz de rejilla de bolas (BGA)

Las juntas de soldadura son parte de las matrices de rejilla de bolas.

A veces es un desafío hacer coincidir el tipo de ensamblaje sin plomo con la soldadura metálica Ball Grid Array.

Muchos componentes no son compatibles pero aún funcionan bien.

En cuanto a BGA, exponer las bolas de soldadura, que no son sin plomo, a temperaturas de reflujo y sin plomo conduce a su falla.

Una soldadura de matriz de rejilla de bola
Una soldadura de matriz de rejilla de bola

c) La base de PCB

El sustrato afecta a la PCB en términos de su resistencia al aislamiento, el voltaje que puede soportar y su constante dieléctrica.

Esto significa que el ensamblaje de la placa a base de plomo debe separarse del acabado y el sustrato sin plomo.

Si es necesario volver a trabajar, los sustratos como el FR4 pueden generar problemas de temperatura debido al calentamiento repetido.

Deben usarse materiales con tolerancia a altas temperaturas, ya que pueden procesarse por separado con el cumplimiento de RoHS.

d) Componentes sensibles a la humedad

Todos los acabados superficiales aplicados a PCB sin plomo son sensibles a la humedad.

Los componentes recubiertos con estos contienen una fecha de caducidad impresa en el paquete protector contra la humedad.

El uso continuo de componentes caducados por parte de los fabricantes puede provocar daños permanentes causados ​​por la humedad.

Los componentes empaquetados abiertos o caducados se pueden utilizar en la creación de prototipos RoHS después de calentarlos.

 ¿Cuáles son los factores a considerar al elegir un fabricante por contrato para el ensamblaje de PCB sin plomo?

Se debe investigar lo suficiente sobre un fabricante por contrato para el ensamblaje de PCB sin plomo antes de comenzar el proceso.

Algunos factores a considerar en su capacidad incluyen:

  • Materiales sin plomo

La PCB debe ensamblarse exclusivamente con materiales que no contengan plomo para cumplir con RoHS.

Esto incluye cosas como soldadura en pasta, soldadura y todos los demás requisitos del proceso, incluidos los agentes de limpieza.

El CM debe documentar completamente el procedimiento para la verificación de materiales RoHS.

  • Procesos de ensamblaje que son específicos de RoHS

El cumplimiento de RoHS significa que la PCB nunca puede tener materiales de soldadura a base de plomo.

El CM debe tener un mecanismo claro de separación del proceso de plomo del proceso sin plomo para garantizar la pureza.

  • Documentación

El CM debe demostrar que la placa de circuito impreso sin plomo se ha construido correctamente siguiendo las directrices de RoHS.

El CM debe tener un sistema que documente que todos los materiales, componentes y su química cumplen con RoHS.

  ¿Cómo afecta la temperatura a las uniones sin plomo en el ensamblaje de PCB sin plomo?

La soldadura sin plomo tiene un punto de fusión significativamente bajo.

Las variaciones de temperatura a medida que la soldadura se enfría afectan las uniones de soldadura en la PCB.

La protección térmica se usa actualmente para mantener la temperatura ambiente de la PCB para operaciones eficientes bajo calor extremo.

La temperatura se altera con la tensión interna de la junta de soldadura y su microestructura, lo que lleva a la falla de la junta de soldadura.

La electrónica falla principalmente debido a la falla de este componente.

Los variados efectos de la temperatura en las juntas de soldadura incluyen el choque térmico, el envejecimiento y los ciclos térmicos.

¿Cuáles son las características del material de ensamblaje de PCB sin plomo?

Después de cumplir con las directivas de RoHS, la soldadura normal hecha de estaño o pasta de plomo no se puede utilizar como materiales de PCB.

Se utiliza pasta de soldar sin soldadura para llevarlos a través de un riguroso proceso de soldadura.

La soldadura a temperaturas muy altas es un requisito previo de este proceso, por lo que el material de PCB debe ser estable a tales temperaturas.

Esto significa que el material de PCB debe exhibir una temperatura de transición vítrea muy alta.

El material de PCB también debe tener un coeficiente de expansión térmica muy bajo con una temperatura de descomposición grande.

Una baja pérdida dieléctrica junto con una alta resistencia de aislamiento son las propiedades eléctricas requeridas.

¿Cómo afecta el perfil de reflujo a la compatibilidad del proceso del ensamblaje de PCB sin plomo?

La temperatura máxima se puede denominar como el parámetro principal en el perfil de reflujo en el ensamblaje de la PCB sin plomo.

Se requiere una temperatura de reflujo suficiente para la fusión de la soldadura, la humectación y la interacción del cobre en la almohadilla.

También ayuda en la terminación de componentes y para que la PCB forme una unión rígida después de enfriarse y solidificarse.

Básicamente, se requiere una temperatura de sobrecalentamiento de aproximadamente 30°C (por encima de la temperatura de fusión).

Debido a las preocupaciones sobre la estabilidad térmica del componente, se deben encontrar formas de reducir la temperatura de soldadura en el ensamblaje de PCB sin plomo.

Se recomienda una temperatura máxima de 235 °C como temperatura máxima de reflujo para la fabricación de PCB a gran escala.

Esto tiene en cuenta la robustez del proceso, los diversos acabados de PCB, la estabilidad térmica del horno y la tolerancia.

El perfil del reflujo puede ser una rampa recta o una meseta de precalentamiento para estandarizar la distribución de temperatura de la placa.

¿Cómo se empaquetan los PCB sin plomo después del ensamblaje?

Después de probar los estándares IPC-600D y realizar una inspección visual, se realizan pruebas funcionales antes del embalaje.

El embalaje de los PCB sin plomo debe realizarse estrictamente con bolsas antidescarga electrostática.

Esta es una garantía de que la PCB no sufrirá ninguna interferencia de carga estática durante el transporte debido al movimiento.

Este procedimiento es realizado por expertos para garantizar la perfección y una estricta profesionalidad.

¿Cómo afecta el montaje de PCB sin plomo a la compatibilidad de diseño de la PCB?

Se pueden efectuar algunos cambios importantes en las reglas de diseño al cambiar el ensamblaje de PCB sin plomo.

La fabricación en volumen está ampliamente en curso para recopilar suficientes datos para tener una respuesta integral sobre los cambios.

Los cambios aplicables en la soldadura por ola del ensamblaje de PCB sin plomo son esenciales.

Esto es para incorporar las diferencias de propiedades físicas entre las aleaciones de soldadura sin plomo y estaño-plomo.

La orientación de la placa en relación con la dirección de soldadura y otras pautas generales siguen siendo aplicables en la soldadura sin plomo.

La variación de temperatura en todo el tablero se minimiza al optimizar la distribución de cobre y el diseño del tablero.

Las esquinas redondeadas o las sobreimpresiones en la soldadura por reflujo son un requisito para eludir las esquinas que quedan expuestas después del reflujo.

¿De qué están hechas las soldaduras de plomo y sin plomo en el ensamblaje de PCB?

La soldadura de plomo se compone básicamente de una aleación de metal con plomo y estaño actuando como componentes base.

Los humos y el polvo que emanan de la soldadura con plomo son extremadamente tóxicos cuando se inhalan.

Esta es la razón de la eliminación gradual de la soldadura de plomo debido a su impacto negativo en la salud y el medio ambiente.

Ha sido reemplazada recientemente por la soldadura sin plomo recomendada por RoHS y otorgada exenciones fiscales.

La soldadura moderna sin plomo está compuesta de zinc, cobre, níquel, plata y estaño, cada uno con un porcentaje variado de la composición.

El objetivo final es lograr una aleación de soldadura superior que produzca propiedades mecánicas sobresalientes en combinación con otras aleaciones metálicas.

Las soldaduras sin plomo están hechas de materiales sin plomo
Las soldaduras sin plomo están hechas de otros materiales sin plomo

¿Cuáles son las principales consideraciones del fundente utilizado en el ensamblaje de PCB sin plomo?

Hay tres tipos principales de fundente que están en sintonía con el ensamblaje de PCB sin plomo.

No son limpios, fundente de ácido orgánico (OA) y fundente de soldadura levemente activado de colofonia (RMA).

Las consideraciones que se deben tener al usar los flujos incluyen:

  • El tema de la limpieza es muy importante porque el ensamblaje sin plomo se inclina más hacia el fundente que no requiere limpieza.
  • La elección del fundente a utilizar debe ser compatible con PCB
  • El fundente utilizado debe ser fácil de limpiar.
  • La temperatura de activación debe equilibrarse con la temperatura de fusión de la aleación de la placa de circuito impreso sin plomo
  • La aplicación del fundente puede ser con brocha, rociado, inmersión o espuma.

¿Cómo afecta la estabilidad térmica al ensamblaje de PCB sin plomo?

Un aumento de la temperatura conduce a un desajuste entre el coeficiente de expansión térmica y el material laminado.

El desajuste también incluye el cobre y la fibra de vidrio.

El efecto será un aumento en las tensiones del cobre que conducirán a grietas en las vías de cobre enchapadas.

Este escenario se ve afectado por factores como el número de capas, el material utilizado en el laminado y el grosor de la placa de circuito impreso.

Otros problemas como la formación de ampollas y la delaminación provocados por las altas temperaturas de soldadura afectan a la PCB.

También se pueden utilizar materiales laminados alternativos con coeficiente de expansión térmica, como FR2.

Para todo su ensamblaje de PCB sin plomo, póngase en contacto con nosotros.

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