Fluxo do processo de montagem de PCB

O que é o processo de montagem de PCB?

Montagem de PCB (Printed Circuit Board Assembly, PCBA) é o processo de fabrico completo de montagem de componentes electrónicos em placas de circuitos impressos. Este procedimento complexo e preciso envolve várias etapas críticas, incluindo a impressão de pasta de solda, a colocação de componentes, a soldadura por refluxo, a inspeção de qualidade e muito mais, acabando por transformar placas nuas em conjuntos electrónicos totalmente funcionais. Com a tendência dos produtos electrónicos para a miniaturização e um desempenho superior, os processos modernos de montagem de PCB exigem requisitos cada vez mais rigorosos em termos de precisão e fiabilidade.

7 etapas principais no processo de montagem de PCB

1. Impressão de pasta de solda: O primeiro passo fundamental para a precisão

A impressão de pasta de solda é o passo primário e mais fundamental na montagem de PCB. Semelhante à impressão serigráfica, mas exigindo maior precisão, este processo utiliza estênceis de aço inoxidável (normalmente com 0,1-0,15 mm de espessura).

Análise da composição da pasta de solda:
A pasta de solda moderna sem chumbo é geralmente constituída por:

• 96,5% Estanho (Sn)
• 3% Prata (Ag)
• 0,5% Cobre (Cu)

Esta combinação de ligas proporciona um excelente desempenho de soldadura e resistência mecânica. A pasta também contém fluxo, que remove as camadas de óxido das superfícies metálicas, reduz a tensão superficial da solda e promove o fluxo e a humidade da solda.

Processo de impressão de precisão:

1. A placa de circuito impresso é fixada na mesa da impressora com dispositivos de precisão
2. As almofadas do estêncil e da placa de circuito impresso são alinhadas com precisão (normalmente controladas com uma tolerância de ±25μm)
3. O rodo move-se num ângulo adequado (normalmente 60°) e com pressão (cerca de 5-10kg) para empurrar a pasta de solda através das aberturas do estêncil
4. Durante a desmoldagem, o stencil separa-se da placa de circuito impresso, deixando a pasta apenas nas almofadas

Pontos de controlo de qualidade:

• Consistência da espessura da pasta de solda (medida por medidor de espessura a laser)
• Precisão da posição de impressão
• Ausência de pontes, solda insuficiente ou picos

2. Colocação de componentes SMT: Seleção e colocação de precisão a alta velocidade

Após a impressão da pasta de solda, a placa de circuito impresso entra na linha de produção da tecnologia de montagem em superfície (SMT), onde máquinas de colocação de alta velocidade posicionam os componentes com precisão.

Tecnologia moderna de máquinas de colocação:

• Precisão de colocação: ±25μm (o equipamento topo de gama pode atingir ±15μm)
• Velocidade de colocação: 30.000-150.000 componentes por hora
• Tamanho mínimo do componente: Pode lidar com pacotes 01005 (0,4×0,2 mm) ou mais pequenos

Fluxo do processo de colocação:

1. Sistema de alimentação: Componentes fornecidos através de fita, tubos ou tabuleiros
2. Alinhamento visual: Câmaras de alta resolução identificam marcas fiduciais de PCB
3. Recolha de componentes: Os bicos de vácuo recolhem os componentes dos alimentadores
4. Inspeção de componentes: Algumas máquinas têm câmaras para verificar a polaridade, as dimensões
5. Colocação exacta: Componentes colocados na pasta de solda de acordo com as coordenadas programadas

Principais factores de influência:

• Precisão na alimentação de componentes
• Seleção e manutenção dos bicos
• Estado de calibração da máquina
• Controlo ambiental (normalmente 23±3°C, 40-60% RH)

3. Soldadura por Refluxo: O perfil de temperatura determina a qualidade da solda

A soldadura por refluxo é o processo crítico que funde a pasta de solda para formar ligações eléctricas fiáveis, exigindo um controlo preciso do perfil de temperatura.

Perfil típico de temperatura de refluxo:

1. Zona de pré-aquecimento: Aumento da velocidade a 1-3°C/s para 150-180°C (ativa o fluxo)
2. Zona de imersão: Manter 140-180°C durante 60-90 segundos (iguala a temperatura do PCB/componente)
3. Zona de refluxo: Aquecimento rápido até à temperatura máxima de 235-245°C (mantido durante 30-60 segundos)
4. Zona de arrefecimento: Arrefecimento controlado abaixo dos 4°C/s (evita o choque térmico)

Comparação de tipos de fornos de refluxo:

• Forno de convecção: Melhor uniformidade, adequado para PCBs complexos
• Forno de infravermelhos: Elevada eficiência de aquecimento, mas pode causar efeitos de sombra
• Forno de fase de vapor: Excelente uniformidade mas custo mais elevado, principalmente para produtos militares

Manuseamento especial de PCB de dupla face:
Para PCBs SMT de dupla face, normalmente, solda-se primeiro o lado com componentes mais leves. Durante o segundo refluxo, certifique-se de que os componentes previamente soldados conseguem suportar a temperatura.

4. Inspeção da qualidade: Múltiplas defesas garantem a fiabilidade

Após a soldadura, os PCB são submetidos a rigorosas inspecções de qualidade, incluindo:

4.1 Inspeção visual manual

• Aplicações: Produção de baixo volume, verificação de retrabalho
• Verificações: Componentes em falta/errados, polaridade invertida, defeitos de soldadura óbvios
• Limitações: Baixa eficiência, tendência para a fadiga, apenas juntas visíveis

4.2 Inspeção ótica automatizada (AOI)

• Princípio: As câmaras de alta resolução multi-ângulo comparam com amostras douradas
• Capacidades: Volume de solda, formação de pontes, desalinhamento de componentes
• Vantagens: Rápido (normalmente 3-10 segundos/placa), consistente
• Especificações: Resolução de 20μm, taxa de falsos alarmes <5%

4.3 Inspeção por raios X (AXI)

• Aplicações: BGA, QFN e outras juntas ocultas
• Capacidades: Integridade da esfera de solda, vazios, alinhamento de camadas
• Sistemas: Radiografia 2D (custo mais baixo), Radiografia 3D (tomografia)

Controlo Estatístico do Processo (SPC):
As fábricas modernas de PCBA alimentam os dados de inspeção em tempo real, utilizando métodos SPC para monitorizar a estabilidade do processo e evitar defeitos nos lotes.

5. Montagem de componentes com furo passante: Tecnologia tradicional em aplicações modernas

Embora a tecnologia SMT domine, muitas PCB continuam a necessitar de componentes com tecnologia de orifícios (THT), nomeadamente conectores e dispositivos de alta potência.

Dois métodos principais de soldadura:

5.1 Soldadura por onda

• Processo: Inserção→fixação de cola→solda por onda→limpeza
• Tipos de ondas: Onda simples (onda λ), onda dupla (turbulenta+plana)
• Temperatura: O cadinho de solda é mantido a 250-260°C
• Aplicações: Placas de tecnologia mista de face única de grande volume

5.2 Soldadura selectiva

• Princípio: Soldadura localizada para furos de passagem específicos
• Vantagens: Impacto térmico mínimo, ideal para placas de dupla face
• Variantes: Soldadura a laser, micro-ondas, robots de soldadura

Fundamentos de soldadura manual:

• Controlo de temperatura: 300-350°C com base no tamanho do componente
• Duração: 2-3 segundos por articulação para evitar danos
• Volume de solda: Formar filetes cónicos de aproximadamente 45°

6. Testes funcionais: Verificação da conformidade do projeto

O teste funcional é o ponto de controlo final da qualidade, validando o desempenho do produto.

Métodos de ensaio comuns:

6.1 Teste em circuito (ICT)

• Utiliza um dispositivo de fixação "cama de pregos" para contactar os pontos de ensaio
• Verifica: Curtos-circuitos, aberturas, valores de componentes, funções básicas
• Vantagens: Localização exacta de falhas, testes rápidos

6.2 Teste do circuito funcional (FCT)

• Simula as condições reais de funcionamento
• Introduz sinais de teste, verifica as saídas
• Pode ser integrado na automatização para testes 100%

6.3 Teste de varrimento de limites

• Para PCBs de alta densidade e inacessíveis
• Utiliza a interface JTAG
• Ideal para dispositivos programáveis (FPGA, CPLD)

Análise da cobertura de testes:
Os planos de teste excelentes devem abranger >90% de potenciais modos de falha, optimizados através da Análise dos Modos de Falha e Efeitos (FMEA).

7. Limpeza e proteção: Chaves para a longevidade do produto

As elevadas exigências de fiabilidade da eletrónica moderna tornam a limpeza cada vez mais crítica.

Opções do processo de limpeza:

7.1 Limpeza aquosa

• Utiliza água desionizada (resistividade >1MΩ-cm)
• Pode adicionar agentes de limpeza ecológicos
• Adequado para a maioria dos componentes electrónicos convencionais

7.2 Limpeza com solventes

• Utiliza solventes à base de álcool ou hidrocarbonetos
• Forte capacidade de limpeza, secagem rápida
• Requer precauções de segurança e ambientais

7.3 Processo No-Clean

• Utiliza pasta de solda de baixo resíduo e sem limpeza
• Deve ainda cumprir as normas de limpeza iónica (<1,56μg/cm² equivalente a NaCl)

Revestimento conformacional:
Para aplicações em ambientes agressivos:

• Acrílico: Fácil aplicação e retrabalho
• Poliuretano: excelente resistência química
• Silicone: Desempenho superior a altas temperaturas

Tendências modernas de montagem de PCB

Tecnologia de Interconexão de Alta Densidade (HDI)

• Linhas mais finas (<50μm)
• Tecnologia de microvias (vias cegas/enterradas)
• Interconexão em qualquer camada

Fabrico de eletrónica flexível

• Montagem de substrato flexível
• Montagem em superfície curva 3D
• Circuitos electrónicos extensíveis

Transformação do fabrico inteligente

• Aplicações de gémeos digitais
• Inspeção de qualidade com base em IA
• Sistemas de produção adaptáveis

Requisitos de fabrico ecológico

• Materiais sem chumbo e sem halogéneos
• Processos energeticamente eficientes
• Reciclagem de resíduos

Problemas comuns de montagem de PCB e soluções

Conclusão

A montagem de PCB é o processo de fabrico essencial que transforma os projectos em produtos físicos, integrando a ciência dos materiais, a mecânica de precisão, a automatização e muito mais. À medida que a eletrónica se torna mais complexa, os processos modernos de PCBA evoluem no sentido de uma maior precisão, eficiência e inteligência. Dominar todo o fluxo de trabalho de montagem e os principais pontos de controlo é essencial para garantir a qualidade e a produtividade. Quer se trate de produção de baixo volume e alta mistura ou de produção em massa, a seleção de rotas de processo e métodos de qualidade adequados com base nas caraterísticas do produto continua a ser fundamental.