¿En qué etapas se encuentran las técnicas de ensamblaje masivo de PCB?

Hay un espectro de cómo se ensamblan los PCB.

1) Haga que un humano elija todas las piezas, las suelde todas a mano y las revise a ojo. Bajo costo de entrada. Bueno para trabajos de mezcla alta de bajo volumen. El montaje en superficie es difícil/imposible, según el paquete.

N) Una máquina pick-and-place, soldadura por ola y verificación óptica automatizada. Equipo muy caro. Solo rentable en grandes volúmenes, más de 100 al menos. El orificio pasante es difícil/imposible para algunas máquinas de recoger y colocar.

¿Qué hay en el medio? ¿Hornos de reflujo? ¿Dispensadores automáticos de pasta de soldar? ¿Algún tipo de sistema automático de distribución de piezas que se encuentre entre una pared llena de contenedores y una máquina de recoger y colocar? ¿Cosas que no he imaginado?

La pregunta más importante es esta: ¿qué pasos se pueden tomar para aumentar la eficiencia de una operación de soldadura totalmente manual? ¿En qué etapas puede una operación de este tipo hacer la transición de una producción totalmente soldada a mano a una totalmente automatizada? ¿Y cuál es el rango de costo del equipo involucrado?

Su # 1 está equivocado sobre el montaje en superficie. SMD es más fácil y simple que el agujero pasante. Los problemas ocurren con paso fino, paquetes sin cables como QFN y matrices de rejilla esférica. SMD por sí mismo no es un problema, de hecho, se prefiere sobre el agujero pasante. Hoy en día, el único lugar para el orificio pasante es donde la resistencia mecánica adicional es útil, como con conectores o piezas grandes y pesadas.
@OlinLathrop Sí, claramente depende del paquete, como dije. Pero suponga que comienza en 1) con todas las piezas de orificio pasante. En algún momento, deberá cambiar a SMT para avanzar hacia la producción automatizada. La producción en masa de dispositivos SMT de almohadilla expuesta de paso grande puede requerir un paso adicional que no esté involucrado en el material de orificio pasante, que no tengo muy claro. ¿Pegamento, tal vez? ¿Pasta de soldadura en lugar de hilo de soldadura?
No, la soldadura manual de piezas SMD de paso grande requiere menos pasos que para el orificio pasante. No es necesario voltear la placa y cortar los cables adicionales. También es más fácil colocar una pieza SMD en primer lugar, ya que los cables no tienen que pasar por agujeros. Esto permite que el tablero quede plano sobre una mesa, por ejemplo. A través del agujero es un dolor. Y no, no empiezas con el agujero pasante. Ya nadie usa el agujero pasante, excepto para fines especiales.
@OlinLathrop Estoy expresando mal (y tal vez esto esté fuera del alcance de mi pregunta original tal como está redactada). Déjame reformular. Suponga que su proceso ya está implementado para hacer piezas con agujeros pasantes; dado que muchas partes solo entran por el orificio pasante, es una suposición razonable. Un proceso solo de orificio pasante es (para muchas aplicaciones, no todas) más flexible que un proceso solo SMD. Ahora suponga que desea agregar partes SMD. ¿Está diciendo que NO hay nuevos equipos o técnicas involucradas? ¿Simplemente coloque la pieza y suéldela con la misma soldadura de hilo que usaría en las piezas de orificio pasante? Esa es la información que quiero.
"Muchas piezas solo vienen por orificio pasante" . ¿¡¡Eh!!? Muchas más piezas están disponibles en paquetes modernos. No hay demanda de agujeros pasantes arcaicos, excepto en casos especiales en los que la resistencia mecánica adicional es útil. Como resultado, los fabricantes generalmente ya no fabrican piezas con agujeros pasantes. Casi las únicas placas de orificio pasante producidas en masa son diseños antiguos que no vale la pena volver a hacer por razones económicas o de certificación. Cuando los equivalentes de orificio pasante están disponibles, son más caros debido al bajo volumen y la fabricación más complicada.
@OlinLathrop Claramente vives en un ámbito diferente de la electrónica que yo. Muchos bloques de terminales y convertidores de potencia que uso simplemente no se pueden tener en paquetes SMD.
Los conectores y las cosas grandes tienden a ser de orificio pasante, los circuitos integrados a menudo solo son SMD. A menudo terminas con una placa completamente SMD que necesita algunas cosas TH soldadas a mano en el borde.
@Remiel Pero como dijo Olin, hay casos especiales en los que TH es el rey y son principalmente cuando se requiere resistencia mecánica (conectores, inductores grandes, etc.) o altas corrientes (algunos componentes de la fuente de alimentación, etc.). Aparte de estos casos especiales, los EE profesionales prefieren SMT sobre TH. Así ha sido durante más de 20 años.
@DavidKessner No estoy en desacuerdo. Estoy tratando de descubrir cómo puedo modernizar gradualmente un proceso de producción arcaico, y seguimos siendo arrastrados a si estoy técnicamente en lo correcto acerca de la disponibilidad de piezas en diferentes paquetes.
@Olin "Ya nadie usa el orificio pasante, excepto para propósitos especiales" Claramente no tiene en mente a los aficionados a la electrónica que en su mayoría usan partes del orificio pasante ...
@m.Alin: OK, entonces nadie con una aproximación razonable usa el agujero pasante. Las resistencias, los condensadores, los microcontroladores y casi todos los demás componentes no están hechos para aficionados, ya que su demanda asciende a aproximadamente 0 en una aproximación razonable. Mencionar a los aficionados en esta discusión solo agrega confusión, ya que los aficionados no son relevantes.
Es posible que desee incluir un Servicio de fabricación de productos electrónicos (EMS) como uno de sus pasos intermedios. Muchos tienen un precio muy razonable y están dispuestos a trabajar con cantidades tan pequeñas como las cantidades de prototipo. A menudo, también tienen la experiencia para manejar paquetes avanzados (como BGA de paso fino). Luego, puede concentrarse en reparar/rehacer equipos con un presupuesto menor.

Respuestas (2)

Sin duda, puede soldar a mano piezas hasta "0402" con hilo de soldadura y una broca de cincel convenientemente angosta: aplique fundente, coloque la pieza, obtenga un cordón de soldadura del tamaño de una almohadilla en el hierro, aplíquelo en un extremo de la pieza mientras sostiene la pieza con pinzas, aplique más soldadura en hierro, haga el otro extremo.

Una lupa montada en la cabeza le ayudará a ver lo que está haciendo a esa escala.

La próxima etapa de pulcritud es aplicar pasta de soldar a mano a las almohadillas antes de colocar las piezas. La pasta es ligeramente pegajosa e incluye fundente, por lo que obtiene mejores uniones y menos riesgo de que la pieza se desprenda y no se vuelva a ver nunca más.

Si su ejecución es más que unas pocas, haga una máscara de pasta de soldadura que convierta la aplicación de pasta en una sola acción: alinee un panel de PCB, limpie la pasta y retírela.

Una vez que esté usando pegar, puede considerar el reflujo. Volver a fluir ambos lados (uno tras otro, ¡no ambos a la vez!) puede ser complicado, ya que debe asegurarse de que los componentes en la parte inferior no se caigan.

La siguiente etapa es elegir y colocar; hay gente haciendo pick-and-place en la industria artesanal o en la elaboración casera, a veces con equipo de segunda mano. La soldadura real sigue siendo máscara de pasta y horno de reflujo.

La etapa final es comprar la línea totalmente automatizada como una sola unidad: las placas van por un extremo, los carretes de los componentes por un lado, las placas terminadas salen por el extremo con inspección automática. Vale la pena si puedes mantenerlo ocupado.

También he visto que se usa soldadura de onda parcial para agregar piezas TH a placas SMT. Esto involucró plantillas de producción adicionales para mantener las partes TH en su lugar y proteger áreas de la placa de la soldadura por ola.

¿Puede dar más detalles sobre "Limpiar la pasta"? Mi primera suposición es que estamos hablando de un frasco de pasta de soldar y un borde grande y plano (como, por ejemplo, una espátula) para esparcir una capa delgada. Lo estoy imaginando algo así como aplicar pasta térmica a un dispositivo y disipador de calor. ¿Hay algo más que eso?
Es casi exactamente eso. Aplica una capa en la parte superior de la plantilla y la raspa, y la cantidad de pasta que queda en las almohadillas cuando quita la plantilla está determinada por su grosor.
La única parte con la que tienes que tener mucho cuidado es cuando quitas la plantilla. Tienes que asegurarte de no manchar esa pasta que acabas de aplicar. (Esto, por supuesto, suponiendo que está tratando de hacer esto a mano y no tiene todas las herramientas correctas)
+1. Puede agregar un enlace que muestre que el reflujo en un solo lado es relativamente fácil.

Como dijo Olin, SMT normalmente es más fácil que TH. Puedo soldar piezas SMT mucho mejor y más rápido (excepto QFN y BGA, para las que no tengo las herramientas).

Gran parte del resto de su pregunta depende en gran medida de la situación y la opinión. Déjame darte algunos puntos de datos aleatorios para que los consideres:

  • La empresa en la que trabajo tiene tres líneas de ensamblaje de PCB. Para los prototipos, a menudo ejecutamos alrededor de 12 PCB en un lote. Pero tenemos una línea de ensamblaje que llamamos nuestra línea "Construir por pedido", en la que los productos solo se fabrican una vez que se solicitan al cliente. Esa línea está configurada para ser económica simplemente ejecutando un lote de un SOLO PCB.
  • Las ejecuciones de prototipos en algunas líneas de ensamblaje se consideran una ejecución en seco para la producción. Entonces, incluso si esa tirada de tableros no es rentable a corto plazo, es posible que deba hacerse para asegurarse de que la línea de ensamblaje esté configurada correctamente para la producción en volumen de ese tablero.
  • Los hornos de reflujo son el método preferido para soldar piezas SMT. Se prefirió la soldadura por ola para las piezas TH. Pero se está volviendo cada vez más popular deshacerse de las máquinas de soldadura por ola y hacer piezas TH en un horno de reflujo. Esto se hace poniendo suficiente pasta en el agujero.
  • A veces se requiere soldadura manual, incluso en la producción en volumen, para piezas difíciles. Cuando esto ocurre, las otras partes normalmente se sueldan usando las máquinas y solo las partes difíciles se sueldan a mano. Un ejemplo de esto podría ser un gran inductor que está justo al lado de un BGA. Se podría necesitar mucho calor para soldar ese inductor correctamente en un horno, suficiente calor para dañar el BGA. En ese caso, el inductor estaría relleno a mano.
  • Los costos de una línea de ensamblaje SMT de nivel profesional varían según la velocidad, el volumen, la precisión (para piezas pequeñas), etc. Supongo que podría hacerlo por tan solo US $ 100k, pero $ 500k a más de $ 1 millón no es poco común. Los lugares que hacen muchos BGA generalmente tienen una máquina de rayos X que podría costar $ 750k por sí sola.
  • La mayoría de las máquinas de recoger y colocar se dividen en máquinas TH y máquinas SMT. Estoy seguro de que hay algo por ahí que puede hacer ambas cosas, pero no he visto ninguna. Si quieres hacer ambas cosas, entonces necesitas dos máquinas.
  • La mejor manera de mejorar la eficiencia de la soldadura manual es no hacerlo. ¡En serio! O para montar cosas en un país con mano de obra muy barata.

Los diferentes niveles de montaje son más o menos estos:

  1. Ensamble a mano un circuito en una placa perforada. Útil para hacer UNA unidad, siempre.
  2. Haga que EE rellene una PCB a mano. Útil para 1 o 2 unidades.
  3. Haga que un técnico rellene una PCB a mano. Útil de 1 a 20 unidades, según el número de piezas y la complejidad.
  4. Rellene algunas partes a mano, otras a máquina. Solo es útil si no puede hacerlo todo a máquina.
  5. Hazlo todo a máquina. Útil para 1 a 1,000,000+, dependiendo de la complejidad del circuito y de cómo esté configurada la fábrica.

Es difícil generalizar sobre los métodos de ensamblaje y la rentabilidad sin tener en cuenta la fábrica/empresa que realizará el ensamblaje.

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