Aunque todos los procesos de desarrollo y producción de placas de circuito impreso comparten unos pasos claros, cada diseño sigue su propio camino. El objetivo del producto, el tipo de placa, el número de piezas, el material y el apilado de la placa, el número de giros del prototipo, los requisitos de prueba y el volumen de producción pueden ser diferentes de un diseño a otro. En algunos sectores, la diferencia es aún mayor. Es el caso de los diseños para dispositivos médicos, sistemas aeroespaciales o equipos industriales avanzados, cuya producción suele ser muy especializada y de pequeño volumen.
Así pues, veamos primero la producción de lotes pequeños, después algunos tipos de productos que necesitan placas personalizadas y, por último, cómo maximizar la eficiencia de la producción de PCB personalizadas en lotes pequeños.
Montaje de pequeñas series de placas de circuito impreso: Un campo de pruebas para el diseño
El desarrollo de PCB es un buen ejemplo de un proceso en el que un equipo a menudo necesita demostrar que el diseño es correcto. Esto se debe a que el proceso de dar vida a un diseño de PCB consta de tres etapas: diseño, fabricación y pruebas.
Para cualquier placa con cualquier nivel de complejidad, el desarrollo es un ciclo. A menudo incluye iteraciones de prototipos de PCB. En gran medida, la eficacia de este proceso depende de lo bien que se utilice la flexibilidad del montaje de placas. Antes de explicar las opciones disponibles durante la creación de prototipos, definamos el montaje de placas de circuito impreso en lotes pequeños.
¿Es diferente el ensamblaje de pequeños lotes de PCB de los estándares de ensamblaje masivo?
El proceso de fabricación de PCB consta de tres partes. Se trata de la fabricación de la placa, el aprovisionamiento de componentes y el montaje de la placa de circuito impreso. La optimización de estos tres pasos de fabricación depende de la adecuación del fabricante contratado (CM) a los equipos y procesos utilizados en el diseño.
De hecho, existe una relación directa entre la calidad de los PCB y el grado de cumplimiento de las normas y directrices DFM por parte del fabricante. Para la producción, ya sea de lotes pequeños o grandes, el estricto cumplimiento de DFM y DFA es la clave para el mayor rendimiento y el menor coste de producción.
Independientemente de la fase de desarrollo o de producción, el proceso de fabricación de la placa puede seguir siendo el mismo, a menos que el diseño cambie y exija otra cosa. Por otro lado, el montaje puede cambiar en función de si se está construyendo un prototipo o fabricando placas para su entrega. En algunos casos, el volumen de producción puede ser pequeño. Esto es habitual cuando se fabrican productos PCBA críticos o especiales para la industria aeroespacial, dispositivos médicos, sistemas industriales, sistemas de automoción o aplicaciones militares.
Como explicaremos más adelante, el montaje de placas de circuito impreso en lotes pequeños es una parte importante de todo desarrollo de placas.
Lote pequeño Montaje de PCB significa montar componentes en un número relativamente pequeño de placas desnudas, desde unas pocas piezas hasta 250 piezas o menos.
Los pasos de montaje están claramente definidos, pero ofrecen mucha flexibilidad, como veremos en la siguiente sección. Cuando se utiliza bien, esta flexibilidad puede mejorar enormemente la eficiencia del desarrollo de la placa.
Producción de pequeños lotes de PCBA
Mucha gente piensa que fabricación de PCB y producción de PCB significan lo mismo. A menudo se utilizan como si fueran lo mismo, pero su significado es más exacto si los separamos de la siguiente manera:
1. Proceso de fabricación de PCBA
La fabricación de PCBA consta de dos pasos principales: fabricación y montaje. Fabricar significa convertir materias primas como laminados, sustratos, máscaras de soldadura y otros materiales básicos en una placa de circuito impreso. El ensamblaje consiste en montar o fijar los componentes electrónicos a la placa de circuito impreso mediante el proceso de soldadura. Todo el proceso incluye pasos claros que convierten el paquete de diseño, que contiene el diseño de la placa, los materiales, la lista de materiales, la lista de componentes y otras instrucciones, en un producto físico y funcional que puede realizar la función objetivo. La fabricación de PCBA puede utilizarse para crear placas de prueba de concepto, prototipos o placas acabadas.
2. Producción de PCBA
La producción de PCBA consiste en utilizar el proceso de fabricación de PCBA para crear conjuntos acabados de placas de circuitos impresos. Las placas acabadas suelen utilizarse en sistemas más complejos y en entornos de producción. La producción de PCBA es de dos tipos: lotes pequeños y lotes grandes.
La fabricación de grandes lotes de PCBA y la producción de grandes lotes de PCBA pueden considerarse el mismo proceso en la práctica. Ésta es una de las razones por las que la gente confunde a menudo fabricación y producción. En ambos casos, el resultado es un gran número de placas acabadas, y el número puede llegar a miles o incluso más.
No ocurre lo mismo con los productos de lotes pequeños, porque no todos los PCBA se fabrican para usuarios finales o ventas directas. Durante el desarrollo, es muy habitual realizar varias iteraciones de prototipos de PCBA para alcanzar la mejor calidad de diseño. Cada vuelta puede implicar sólo docenas de placas, o unas pocas docenas de placas.
En la producción de lotes pequeños, la cantidad depende del producto y puede ser de cientos de unidades o menos. A continuación se dan algunos ejemplos.
La tabla anterior no incluye todos los productos de cartón personalizados que pueden fabricarse en lotes pequeños. No obstante, ofrece ejemplos comunes de producción de lotes pequeños, y estos ejemplos suelen implicar un trabajo de diseño personalizado. Esto nos ayuda a definir las formas de hacer más eficiente el proceso de producción.
Producción eficiente de pequeños lotes de placas de circuito impreso personalizadas
La producción eficiente de pequeños lotes de placas de circuito impreso puede definirse como la fabricación de placas de manera que se obtenga el mayor rendimiento, el menor tiempo de entrega y el mejor coste. Estos objetivos pueden alcanzarse haciendo lo siguiente.
Cómo alcanzar el máximo rendimiento
El rendimiento es la relación entre las placas utilizables y el total de placas producidas. El índice de rendimiento puede mejorarse aplicando buenas reglas de diseño, como seguir las reglas DFM del CM y mejorar la calidad del diseño durante la fase de prototipo.
Un buen rendimiento no es fruto de la casualidad. Empieza con un diseño claro, una lista de materiales limpia y unas huellas correctas. También depende de si el diseño de la placa de circuito impreso facilita la fabricación y el montaje. Por ejemplo, el tamaño de los pads, el espaciado de las trazas, la estructura de las vías, el espaciado de los componentes y la apertura de la máscara de soldadura afectan al resultado final. Si el diseño facilita la fabricación, la placa es mucho más fácil de construir y el número de defectos disminuye.
Cómo conseguir el plazo de entrega de PCB más corto
Un buen proceso de producción de placas de circuito impreso suele medirse por la rapidez con la que se fabrica la placa. Pero la velocidad nunca debe sustituir a la calidad. Por eso es muy importante elegir servicios de fabricación y montaje que puedan optimizar ambas al mismo tiempo.
Un plazo de entrega rápido requiere una buena planificación. Necesita archivos correctos, datos de ingeniería claros, listas de componentes completas y cadenas de suministro estables. Si las piezas están listas, la placa está lista y el proceso está claro, la producción puede avanzar mucho más rápido. Si falta una de estas piezas, el plazo puede vencerse.
Cómo conseguir el mejor coste
En la producción de pequeñas series de placas de circuito impreso personalizadas, el coste más bajo no siempre es la mejor opción. El objetivo es conseguir el mejor coste.
Esto significa encontrar el equilibrio adecuado entre tiempo y costes. También significa asegurarse de que su CM puede producir tableros de la máxima calidad con el menor desperdicio posible. En muchos casos, un precio unitario ligeramente superior puede ahorrar mucho dinero más adelante, porque puede reducir las repeticiones, los desechos y los retrasos.
En resumen, el mejor coste no es sólo el presupuesto más barato. Es el coste total de principio a fin, incluidos el rendimiento, la mano de obra, las repeticiones, las pérdidas de material y el plazo de entrega.
Flujo del proceso de prototipado SMT y PCBA de lotes pequeños
A continuación se muestra el flujo de proceso normal para la creación de prototipos SMT, el procesamiento de lotes pequeños o el procesamiento de PCBA:
1. Montaje en superficie por una sola cara
Impresión de pasta de soldadura → colocación de componentes → soldadura por reflujo
Es el proceso SMT más sencillo. Se utiliza cuando todas las piezas SMD se montan en una cara de la placa de circuito impreso. Primero se imprime la pasta de soldadura, se colocan las piezas y, a continuación, la placa se somete a soldadura por reflujo.
2. Montaje superficial de doble cara
Lado A impresión de pasta de soldadura → colocación de componentes → soldadura por reflujo → volteo de la placa → Lado B impresión de pasta de soldadura → colocación de componentes → soldadura por reflujo.
Este proceso se utiliza cuando las piezas SMD se montan en ambas caras de la placa de circuito impreso. La primera cara se monta y se somete a reflujo en primer lugar; a continuación, se voltea la placa y se pasa a la segunda cara.
3. Montaje mixto a una cara
(componentes SMD y pasantes en el mismo lado)
Impresión de pasta de soldadura → colocación de componentes → soldadura por reflujo → inserción manual de componentes con orificios pasantes (THC / THT) → soldadura por ola.
Este proceso se utiliza cuando la placa tiene piezas SMD y de agujero pasante en la misma cara. Las piezas SMD se colocan y se someten a reflujo en primer lugar. A continuación, se insertan a mano las piezas con orificios pasantes y la placa se somete a soldadura por ola.
4. Montaje mixto a una cara
(componentes SMD y pasantes en distintos lados de la placa de circuito impreso)
Impresión de cola roja del lado B → colocación de componentes → curado de cola roja → volteo de la placa → inserción de orificios pasantes del lado A → soldadura por ola del lado B.
Este método se utiliza cuando las piezas SMD y las de agujero pasante están en lados diferentes. El pegamento rojo ayuda a mantener las piezas en su sitio, y el curado endurece el pegamento antes del siguiente paso.
5. Montaje mixto de doble cara
(THC en la cara A, SMD en ambas caras)
Lado A impresión de pasta de soldadura → colocación de componentes → soldadura por reflujo → volteo de placa → Lado B impresión de cola roja → colocación de componentes → curado de cola roja → volteo de placa → Lado A inserción de orificios pasantes → Lado B soldadura por ola.
Este proceso es más complejo. Se utiliza cuando la placa tiene piezas SMD en ambas caras y piezas de agujero pasante en la cara A.
6. Montaje mixto de doble cara
(SMD y THC tanto en la cara A como en la B)
Lado A impresión de pasta de soldadura → colocación de componentes → soldadura por reflujo → volteo de placa → Lado B impresión de cola roja → colocación de componentes → curado de cola roja → volteo de placa → Lado A inserción de orificios pasantes → Lado B soldadura por ola → Lado B inserción de orificios pasantes.
Es el proceso más complejo de la lista. Se utiliza cuando hay componentes SMD y pasantes en ambas caras de la placa de circuito impreso.
Tras estos pasos, la placa puede utilizarse para productos informáticos, productos relacionados, productos de comunicación, electrónica de consumo y muchas otras aplicaciones.
Este es el tipo de proceso que los talleres SMT manejan a diario. Cada producto que sale de la fábrica debe someterse a una estricta inspección. Así se garantiza que cada cliente reciba un producto sin problemas. También es una de las principales obligaciones de un buen fabricante de placas de circuito impreso.
Por qué es importante la producción de pequeños lotes de PCB a medida
La producción de pequeños lotes de placas de circuito impreso personalizadas es muy importante en el trabajo de fabricación real. Ofrece a los ingenieros una forma de probar ideas, mejorar diseños y reducir riesgos antes de iniciar la producción completa. También es muy útil para productos especiales, porque algunos productos no necesitan grandes volúmenes, pero sí alta calidad y fiabilidad.
En muchos casos, la producción de lotes pequeños no es sólo un primer paso. Forma parte del ciclo de vida completo del producto. Una placa puede pasar por varias vueltas de prototipo, varias rondas de pruebas y varios cambios de proceso antes de estar lista para su uso final. Si el proceso se gestiona bien, el equipo puede ahorrar tiempo, ahorrar costes y obtener un mejor resultado final.
Reflexiones finales
Para maximizar la eficiencia de la producción de pequeños lotes de placas de circuito impreso personalizadas, la clave no es sólo fabricar placas rápidamente. El verdadero objetivo es fabricar placas bien, con un alto rendimiento, un plazo de entrega corto y un buen control de costes.
Esto significa que necesita un sólido soporte DFM y DFA, un buen control de prototipos, un proceso de montaje claro, un suministro de piezas estable y pruebas estrictas. Cuando todas estas piezas funcionan juntas, la producción de pequeños lotes de PCB personalizados es más eficiente, más estable y más útil para el desarrollo de productos en el mundo real.