ENSAMBLE Y ENCAPSULADO DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS

ENSAMBLE Y ENCAPSULADO DE DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS

Contenido:

• Los circuitos integrados constituyen el corazón de cualquier sistema electrónico, pero el sistema completo consiste en mucho más que los CI encapsulados. Los CI y otros componentes se montan e interconectan en tableros de circuitos impresos, los cuales a su vez se conectan entre sí y se alojan en un chasis o gabinete.

Estructura de ensamble y encapsulado de dispositivos electrónicos

Encapsulado de dispositivos electrónicos

El encapsulado de dispositivos electrónicos es el medio físico mediante el cual los componentes de un sistema se interconectan eléctricamente y hacen Interfax con los dispositivos externos; esto incluye la estructura mecánica que sostiene y protege al sistema de circuitos.

Un encapsulado bien diseñado para un dispositivo electrónico tiene las siguientes funciones:

1. Distribución de la energía e interconexión de señales.

2. Soporte estructural.

3. Protección del circuito contra riesgos físicos y químicos en el ambiente.

4. Disipación del calor que generan los circuitos.

5. Retrasos mínimos en la transmisión de las señales dentro del sistema.

Tableros de circuitos impresos

Consiste en una o más capas de material aislante, delgadas de cobre en una o en ambas superficies, que conectan entre si los componentes que se fijan al tablero.

Los PCB son tan importante y se utilizan con tanta amplitud porque:

1. Proporcionan una plataforma estructural adecuada para los componentes

2. Es posible producir en forma masiva un tablero con interconexiones adecuadamente direccionadas de manera consistente, sin variabilidad que se asocia con la colocación de alambrado a mano

3. Casi todas las conexiones de soldaduras suaves entre los componentes y los tableros de circuitos impresos se realizan en una operación mecánica de un solo paso.

4. Un tablero de circuitos impresos ensamblados proporcionan un rendimiento confiable.

5. En los sistemas electrónicos complejos, es posible extraer cada tablero de circuitos impresos para servicios, reparación o remplazo.

Producción de los tableros iniciales

Los tableros de un solo lado y de dos lados pueden adquirirse con los proveedores que se especializan en la producción masiva de éstos en tamaños estándares.

El procedimiento para tableros de multicapas requiere más pasos y es más costoso que el de otro tipo de tableros; la razón de utilizarlos es que proporcionan un mejor rendimiento en sistemas grandes que el uso de un gran número de tableros de baja densidad y de una construcción más simple.

La producción de los tableros iníciales consiste en un método que aplica presión a varias capas de fibra de vidrio entrelazadas e impregnadas con epóxico parcialmente curado.

PROCESOS USADOS EN LA FABRICACIÓN DE LOS PCB

El fabricante de circuitos emplea una serie de operaciones de procesamientos para producir un tablero de circuitos impresos terminados, listos para el ensamble de los componentes. Las operaciones incluyen la limpieza, el corte con cizalla, el perforado o taladrado de orificios, el copiado de patrones, el ataque químico y la deposición electrolítica.

Preparación del tablero

La preparación inicial del tablero consiste en el corte, fabricación de los orificios y otras operaciones de formado para crear rebordes, ranuras y características similares del tablero.

Taladrado de orificios

Además de las perforaciones para herramientas, se requieren perforaciones funcionales para los PCB como:

a) Orificios de inserción: para insertar las terminales de los componentes en los tableros.

b) Orificios Guía: las cuales están chapeadas con cobre y se utilizan como trayectorias que van de un lado a otro del tablero.

c) Orificios para asegurar ciertos componentes: como disipadores de calor y los conectores para el tablero.

Copia de un patrón

De circuitos y ataque químicos: existen dos métodos básicos por medio de los cuales el patrón del circuito se transfiere a la superficie de cobre en el tablero: la serigrafía y fotolitografía.

Chapeado En los tableros de circuitos impresos, se necesitan del chapeado en las superficies de las perforaciones para proporcionar trayectorias de conducción de un lado del tablero al otro, en tablero de dos lados o entre las capas de los tableros de multicapas.

Dos tipos de procesos de chapeado: galvanoplastia y el chapeado no eléctrico.

La galvanoplastia tiene una velocidad de deposición mayor que la deposición no eléctrica, que la superficie de revestimiento sea metálica; la deposición no eléctrica es más lenta, pero no requiere una superficie conductora.

Secuencia en la fabricación de los PCB

Las secuencias tienen que ver con la transformación de un tablero de un polímero reforzado y cubierto con cobre en un tablero de circuitos impresos; este procedimiento se denomina circuitización.

Circuitización

Se utilizan tres métodos de circuitización para determinar que regiones del tablero se recubrirán con cobre:

1. Sustractivo.

2. Aditivo.

3. Semiaditivo.

En el método sustractivo se ataca con material químico a las porciones abiertas del revestimiento de cobre en la superficie inicial del tablero, para que permanezca las pistas e islas del circuito deseado.

El método aditivo: comienza con una superficie de tablero que no esta cubierta con cobre, como la superficie no revestida de un tablero de un solo lado.

El método semiaditivo: usa una combinación de los pasos para el método aditivo y sustractivo.

Procesamiento de diferentes tipos de tableros

Los métodos de procesamiento difieren para cada uno de los tipos PCB: De un solo lado, de dos lados y de multicapas.

Un tablero de un solo lado comienza su fabricación como una lamina plana que se reviste con material aislante en un lado mediante una película de cobre.

A continuación se describe una secuencia de procesamiento común:

i. El tablero se corta al tamaño adecuado, se hace los orificios para herramientas y se limpia el tablero.

ii. Se aplica el material foto resistente a la superficie con revestimiento de cobre.

iii. La superficie se expone a la luz ultra violeta a través de una mascarilla del circuito.

iv. Se revela la resistencia; esta expone las áreas abiertas entre las pistas de los circuitos y las islas del cobre.

v. Las áreas expuestas se diluyen, dejando las pistas y las islas sobre el tablero.

vi. La resistencia restante se desprende.

vii. Se hace el perforado y el rebarbado de los orificios para las terminales.

ENSAMBLE DE TABLEROS DE CIRCUITOS IMPRESOS

El ensamble de tableros de circuitos impresos consiste en componentes electrónicos (por ejemplo encapsulados de CI, resistencias y capacitores), así como componentes mecánicos (por ejemplo, sujetadores y disipadores de calor) montados sobre un tablero de circuitos impresos. Este es el nivel 2 en el encapsulado electrónico .Como se dijo anteriormente, el ensamble de tableros de PCB se basa en las tecnologías de inserción o de montaje en superficie. Algunos ensambles de PCB incluyen componentes tanto de inserción como de montaje superficial. El análisis de esta sección se refiere exclusivamente a los ensambles del PCB que utilizan componentes de inserción

El alcance del ensamble electrónico incluye ensambles de PCB, así como niveles más altos de encapsulado, como ensambles de múltiples PCB ubicados en un chasis o gabinete, conectados en forma eléctrica y mecánica. En la sección TECNOLOGIA DE CONECTORES ELECTRICOS se exploran las tecnologías por medios de las cuales se hacen las conexiones eléctricas en los niveles más altos del encapsulado.

En los ensambles de circuitos impresos con componentes de inserción, las terminales deben insertarse en los orificios del tablero de circuitos. Se ha utilizado el término de tecnología de inserción (PIH, por sus siglas en ingles) para identificar este método de ensamble. Una vez insertadas, las terminales se sueldan en su lugar en los orificios del tablero. En los tableros de dos lados i de multicapas, las superficies de los orificios, dentro delas cuales se insertan las terminales, generalmente están chapeadas con cobre; de aquí se deriva el nombre de chapeado a través del orificio (PTH, por sus siglas en ingles) para estos casos.

Después del proceso de soldado, los tableros se limpian y prueban, y los que no pasan la prueba se reprocesan si es posible. De este modo es posible dividir el procesamiento para ensamble de PCB con componentes de terminal en los siguientes pasos:

1) Inserción de los componentes

2) Soldadura suave

3) Limpieza

4) Prueba

5) Trabajo

Estos pasos serán la base para el análisis de la tecnología PIH.

Inserción de los componentes

En la inserción de los componentes, las terminales de los componentes se insertan en los orificios adecuados del PCB. Un solo tablero puede estar muy densamente poblado con cientos de componentes separados (DIP, resistores

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