Guía para el diseño, panelización, ventajas y fabricación de paneles de circuitos impresos (PCB).

1. ¿Qué es un panel PCB?

El panel PCB se refiere al ensamblaje de varias placas de circuito impreso en una placa grande, con el fin de crear una placa.

Una vez finalizado el diseño de la placa de circuito impreso, la placa de circuito impreso y los componentes deben ensamblarse en la línea de ensamblaje de parches SMT. La fábrica de SMT especificará qué tamaño de placa es el mejor para la línea de ensamblaje. Las herramientas utilizadas para fijar las placas de circuito impreso no se pueden reparar si el tamaño de la placa es demasiado grande o demasiado pequeño. ¿Qué sucede si el tamaño de la placa de circuito impreso es menor que las especificaciones de la fábrica? Las placas de circuito impreso se combinarán en una sola pieza. El panel mejorará la eficiencia y la velocidad de las soldadoras de pico de onda y las máquinas de parcheo de alta velocidad.

Las placas de circuito impreso suelen ser placas “varias en una”. Por ejemplo, 2 en 1, 4 en 1, 6 en 1, etc. Esto significa que se han ensamblado varias placas individuales para formar una placa grande.

Verá que el mayor cuello de botella en la línea SMT es el proceso de “impresión de pasta de soldadura”. Esto se debe a que, sin importar el tamaño de la PCB, se necesitan casi 25 segundos para imprimirla. Si el tiempo que tarda la costosa máquina de parcheo rápido o la máquina de parcheo de uso general es menor que el de la máquina de impresión de pasta de soldadura, entonces habrá inactividad. La inactividad es una pérdida desde la perspectiva económica.

La velocidad de la máquina es tan alta que puede perforar varias piezas en un segundo. Algunas máquinas de parcheo tienen múltiples boquillas que pueden perforar varias piezas simultáneamente. Si solo hay una placa y una cantidad limitada de componentes en la PCBA, entonces no debería llevar más de 10 segundos realizar todas las operaciones de parcheo. Convertir la PCB en una sierra de calar puede mejorar la eficiencia de la máquina de parcheo al aumentar la cantidad de piezas. Es importante "equilibrar la línea" de cada dispositivo para que se pueda utilizar por completo.

En algunos casos, la mayoría de las piezas se colocan en un lado de la PCB, mientras que solo unas pocas piezas se colocan en el lado opuesto. Puedes usar una placa de espejo para aumentar la cantidad en un lado, pero será limitado.

 

Puntos Clave

• Solucione el cuello de botella del SMT: La impresión de pasta de soldadura tarda aproximadamente 25 segundos, independientemente del tamaño de la placa. Combinar varias PCB en un solo panel multiplica los componentes procesados ​​por ciclo, equilibrando la línea SMT y eliminando costosos tiempos de inactividad de la máquina.
• Reduzca significativamente el desperdicio de material: Las placas de circuito impreso (PCB) pequeñas o de forma irregular suelen dejar grandes áreas de sustrato sin utilizar. Un diseño de panel optimizado puede reducir drásticamente este desperdicio; la diferencia de costo entre un panel mal aprovechado y uno bien optimizado puede ser muy grande.
• Elija el método de despanelización adecuado: el corte en V es rápido y económico para placas rectangulares; el enrutamiento por pestañas es ideal para formas irregulares y componentes montados en los bordes. Elegir el método incorrecto puede agrietar los condensadores cerámicos o dañar los circuitos integrados de paso fino durante la separación de la placa.
• Las reglas de diseño son innegociables: se requiere un margen mínimo de 3.5 mm entre la placa y el borde, un grosor mínimo de 1.0 mm para el corte en V y una matriz cuadrada de 2×2 o 3×3. El incumplimiento de cualquiera de estas reglas puede provocar deformaciones, desalineación de la pasta de soldadura o colisiones de las máquinas en la línea de producción.

 

2. ¿Cuándo se requiere la panelización de PCB?

La panelización de PCB se hace necesaria en varios escenarios prácticos:

• Cuando las placas de circuito impreso individuales son más pequeñas que el tamaño mínimo requerido por la línea SMT (normalmente menos de 80 × 80 mm).
• Cuando las máquinas CNC o los equipos de recogida y colocación se utilizan de forma insuficiente para procesar una placa pequeña a la vez, ya que estas máquinas consumen prácticamente la misma energía y tiempo de configuración independientemente del tamaño de la placa.
• Cuando los pedidos de gran volumen (de decenas a cientos de miles de unidades) hacen que el procesamiento simultáneo de múltiples placas sea económicamente esencial.
• Cuando diferentes diseños de placas pequeñas comparten el mismo número de capas y proceso de producción, y se pueden combinar para compartir los costos de configuración.

Al montar placas más pequeñas sobre un panel más grande, los fabricantes mejoran significativamente la comodidad y la eficiencia del proceso de producción, al tiempo que permiten un control de calidad simultáneo en todas las placas del conjunto.

 

3. Método de división del panel de PCB

Los paneles deben ensamblarse durante la fase de diseño. Después del procesamiento final, es necesario separar las placas. Se utilizan tres métodos tradicionales.

1) CORTE EN V

Cuando se combinan varias placas (o si se utiliza la misma placa), la placa de circuito impreso corta una ranura en forma de V en las placas. Esta ranura puede desprenderse al utilizarla. Este es el método más común en la actualidad.

Características: Una ranura en forma de V es adecuada para PCB que tienen un borde recto. Esto incluye PCB rectangulares. Es la opción más popular para placas SMT debido a su borde prolijo y bajo costo de procesamiento.

2)Panelización de pestañas sólidas

Las pestañas sólidas (sin perforaciones) conectan las placas para una máxima rigidez estructural. El despanelado requiere una fresadora específica, una cortadora láser o una herramienta con cuchilla de gancho.

• Ideal para: Aplicaciones donde la máxima resistencia del panel durante el ensamblaje es fundamental.
• Limitaciones: Requiere herramientas de despanelización especializadas; el fresado puede generar polvo y vibraciones.

3)Fresado de pestañas (mordida del ratón / orificio de estampado)

La placa de circuito impreso (PCB) se corta previamente (se fresa) a partir de la matriz y se mantiene en su lugar mediante pequeñas pestañas perforadas, también llamadas "mordidas de ratón" o "agujeros de estampado". Después del ensamblaje, las pestañas se rompen o se eliminan mediante fresado.

• Ideal para: Tableros con formas irregulares y no rectangulares; tableros con componentes montados en los bordes o que sobresalen.
• Ventajas: Flexible para formas complejas, control más preciso sobre la ubicación de la rotura.
• Limitaciones: Deja pequeñas rebabas que pueden requerir lijado; el tiempo de fresado es más lento que con el corte en V.
• Espaciado de las pestañas: Las pestañas perforadas de 5 agujeros deben espaciarse cada 2-3 pulgadas; las pestañas de 3 agujeros, cada 1.5 pulgadas.
• Espacio libre: Mantenga al menos 1/8 de pulgada entre las piezas/pistas y la pestaña; 1/4 de pulgada para condensadores cerámicos grandes.

Corte en V vs. Enrutamiento con pestañas: una comparación rápida

Factor	Corte en V	Enrutamiento de pestañas
Forma del tablero	Solo cuadrados/rectangulares	Cualquier forma, incluso irregular
Velocidad	Rápido (puntuación automática)	Más lento (tiempo de enrutamiento)
Calidad de borde	Áspero en general	Pequeñas protuberancias, se pueden lijar hasta dejarlas lisas.
Componentes de borde	No apto para componentes de borde cerrado.	Adecuado, pestañas colocadas lejos de los componentes
Residuos de material	Menos desperdicio	Un poco más de desperdicio por enrutamiento
Estrés en PCB	El chasquido puede tensar los bordes	Separación más limpia, menor estrés.

 

4. Tipos comunes de combinaciones de paneles PCB

La disposición de las placas individuales dentro de un panel no es la misma para todos los casos. Se utilizan tres estrategias de combinación comunes según los objetivos de producción:

Tipo	Mareas Ideales para Lecciones	Mejor caso de uso
AAAA (Matrices de la misma placa)	Varias copias idénticas de la placa de circuito impreso (PCB) dispuestas juntas. Maximiza el rendimiento y simplifica el diseño de la plantilla.	Estrategia predeterminada para la mayoría de las series de producción. Compatible con todos los procesos de fabricación.
ABCD (Panel de orden mixto)	Diferentes diseños de PCB combinados en el mismo panel. Aprovecha el espacio del panel y reduce el desperdicio de material.	Prototipos de bajo volumen con un número de capas y un proceso compartidos. Nota: los problemas de calidad en un diseño afectan a todo el panel.
ABAB (Diseño alterno)	En el panel se alternan dos o más diseños de PCB relacionados. Las direcciones de colocación de los componentes pueden complementarse entre sí.	Productos de volumen medio con entre 3 y 5 placas pequeñas interconectadas que comparten la misma línea de producción.

Se recomienda la configuración AAAA como estrategia de panelización predeterminada para la mayoría de los proyectos.

 

5. Ventajas de los paneles PCB

1) Aumentar la eficiencia de la producción SMT

¿Qué es más rápido, 6 piezas o 1 pieza? El panel aumenta nuestra eficiencia de producción, pero también permite una entrega más rápida. Una entrega más rápida significa un menor tiempo de comercialización y una ventaja competitiva.

El diseño del panel y del lado del proceso eliminan la necesidad de abrir el equipo de tratamiento. Esto le permite reducir el tiempo necesario para la preparación prenatal, de modo que pueda dar a luz más rápido.

La cantidad de placas de transmisión y la frecuencia de ciclo se pueden reducir procesando varias placas de circuito impreso en una sola placa de circuito impreso grande a la vez. Esto permite producir más circuitos en menos tiempo. También mejora la eficiencia y reduce el precio de la placa de circuito impreso. Esto es importante, especialmente para los fabricantes de productos electrónicos a gran escala.

2) Maximizar la tasa de utilización de la placa

Es posible que el diseño de PCB haya creado muchas placas inutilizables.

Como muestra la siguiente figura, la diferencia de costo entre los dos métodos de revestimiento es muy grande.

Podemos reducir costes y residuos combinando PCB pequeñas o de formas irregulares.

Es importante tener esto en cuenta al buscar procesos de producción que sean rentables.

3) Reducir la dificultad de producción

El proceso de producción se simplifica al reducir la complejidad de la PCB a una estructura más simple. Es importante mejorar la eficiencia de la producción y garantizar la calidad del producto.

Si la empresa es pequeña, los proyectos son numerosos, el número de capas y las tecnologías de producción y procesamiento son las mismas, se pueden combinar varias placas. La fábrica de placas puede cobrar una tarifa combinada, pero será mucho más barata que procesar varios proyectos por separado.

La fábrica de parches solo realizará un proyecto si hay varios proyectos para convertir en Boys. Esto ahorra mucho dinero en costos.

6. ¿Cuál es la finalidad del borde de proceso de PCB (separación)?

Mucha gente lo llama cupón de desprendimiento o desprendimiento porque se puede romper directamente. Es similar a los cupones de descuento de las tiendas de conveniencia. No se recomienda romper los bordes del tablero a mano por motivos de calidad. Para reducir la tensión que se produce al romper los bordes del tablero, se puede utilizar maquinaria (máquinas de marcado y fresado) para eliminarlos. Esto ayudará a prevenir el agrietamiento del estaño en las piezas o en el tablero.

Los bordes de la placa PCB están diseñados para facilitar el montaje de la PCBA. SMT es una línea de producción altamente automatizada, en la que la placa se transporta mediante correas y cadenas. Fue una idea inteligente. El objetivo principal del borde de la placa es transportar esta placa con estas correas y cadenas.

Por supuesto, puede dejar algo de espacio alrededor del tablero si lo desea. Se recomienda dejar al menos 5.0 mm alrededor del tablero porque la cadena de hierro para el horno de reflujo debe colocarse más profundamente. Esto le permite evitar diseñar el borde del tablero.

El borde de la PCB también se puede utilizar para otros fines:

Colocación de orificios de referencia : Después del proceso SMT, se utilizan orificios de referencia (normalmente de 3 a 4 mm de diámetro) para posicionar la placa para las pruebas ICT o FVT. Estos orificios se colocan en el borde del proceso, no en el área funcional de la PCB.

Tamaños estándar de orificios para herramientas : 3.0 mm (recomendado), 3.175 mm (1/8") o 4.0 mm. Tolerancia: +/-0.05 mm. Coloque al menos dos orificios para herramientas en diagonal sobre el borde de la pieza a procesar para un registro preciso. Esto evita que la base de la aguja se mueva y que el punto de prueba se desalinee.

Detección de la posición de la placa de circuito : Cada máquina en la línea SMT tiene un sensor que detecta si hay placas subsiguientes para asegurar que solo funcione un panel. Si el ensamblaje de la placa anterior no se completa, el otro panel chocará con el primero, causando un caos. Algunas placas individuales tendrán una apariencia hueca en la ubicación donde el sensor de la línea de producción SMT las detecta, que generalmente es la esquina superior izquierda del borde frontal. El borde de la placa ahora es una buena manera de detectar sólidos mediante el sensor.

Posicionamiento de puntos ópticos : Si el espacio es limitado, puede colocar las marcas de referencia en los bordes de algunas placas. Sin embargo, se recomienda también colocar los puntos de posicionamiento cerca del borde inferior de la placa en la bandeja de componentes para mejorar la precisión del montaje.

 

7. Reglas y métodos para paneles de PCB

1) Comprenda los tamaños máximos y mínimos del panel

Los tamaños máximos y mínimos de los paneles deben definirse claramente de acuerdo con los requisitos de cada fábrica de parches. El tamaño máximo depende de la capacidad de procesamiento de la fábrica. Por lo general, las PCB de menos de 80 x 80 mm requieren un panel.

2) El panel cumple con los requisitos de DFM DFA

Después de la fijación, el panel debe quedar fijo y no deformarse fácilmente. La planitud de la superficie del procesamiento de los parches de PCBA debe cumplirse mediante las ranuras divididas que se encuentran entre los paneles.

3) Reducir la tensión en los componentes

El panel de PCB debe estar diseñado para evitar que los componentes se agrieten debido a la tensión de segmentación. Las líneas pregrabadas en el panel pueden reducir la deformación y la deformación del panel.

4) Diseñe la placa lo más parecida posible a un cuadrado.

La configuración ideal es una matriz de paneles simétricos de 2×2 o 3×3. Los paneles cuadrados son más fáciles de manipular, menos propensos a deformarse y se procesan de forma más eficiente en equipos automatizados. No se recomiendan las configuraciones de paneles simétricos a menos que sean absolutamente necesarias.

5) Evite el perfil desde el conector de borde

La solución al problema cuando el contorno del conector del lado del panel excede la interferencia es girar el panel y el borde del proceso. Esto evitará que se transmitan o manipulen piezas de colisión de mala calidad después de la soldadura.

6) Asegúrese de que la punta inferior de la placa grande tenga un margen de al menos 3.5 mm

El diseño del panel debe ser tal que el borde de la placa base grande esté al menos a 3.5 mm de distancia de la placa. (La distancia mínima de la PCB es de 3.5 mm). Además, las bases diagonales de la placa base grande y las puntas de la parte delantera o trasera del panel no pueden ser simétricas. Esto puede evitar que la función de identificación invierta las PCB en la máquina.

7) El espesor de la placa PCB no es inferior a 1 mm

En el caso de paneles con corte en V, un grosor de PCB inferior a 1.0 mm compromete la estructura de soporte de la tela de fibra de vidrio en la ranura en V, lo que reduce la rigidez del panel y aumenta el riesgo de deformación durante el proceso de reflujo. Los paneles con un grosor inferior a este valor pueden requerir un soporte de horno específico.

8) El borde de dedo dorado no se puede agregar ni conectar con el borde de proceso

Si hay un dedo dorado en una PCB, normalmente se coloca en el exterior de la placa en la dirección opuesta a la férula. El borde del dedo dorado no se puede agregar ni conectar a un borde de proceso.

9) Equilibrio entre el número de subplacas y la tolerancia.

Un exceso de subplacas en un solo panel puede acumular tolerancias dimensionales, lo que imposibilita cumplir con los estándares de precisión de impresión de la pasta de soldadura. En el caso de placas de circuito impreso delgadas, un panelado excesivo aumenta la deformación de la placa. Si se requiere un soporte de proceso completo (plataforma SMT) para controlar la deformación, el costo adicional debe considerarse en la decisión de diseño del panel.

 

8. Diseño de paneles de PCB

En el diseño de un panel de PCB se deben tener en cuenta múltiples factores.

Para cumplir con los requisitos del diseño del panel de PCB, es importante considerar otros factores.

1) Considere las características del producto

En primer lugar, el análisis de las características del producto debe ser exhaustivo, incluyendo el diseño del circuito, el consumo de energía y la transmisión de señales.

Es posible operar el sistema de panel con mayor estabilidad y confiabilidad al evitar la degradación del rendimiento y la interferencia causadas por una estructura de circuito compleja.

2) Equilibrar la tasa de utilización de la placa con la eficiencia de producción

Al seleccionar el número de paneles y el método a utilizar, se debe tener en cuenta la capacidad y la eficiencia de producción para garantizar que no haya cuellos de botella adicionales en el proceso de fabricación.

Un buen diseño puede reducir los residuos y tener un efecto positivo en el medio ambiente y el desarrollo sostenible.

3) Garantizar la fiabilidad y seguridad del producto

Se presta especial atención al efecto de los paneles sobre la integridad de la señal y la estabilidad del circuito.

Evitar el cruce y la interferencia con las líneas de señal puede maximizar el rendimiento del circuito.

Para diseñar circuitos de alta frecuencia o componentes sensibles que puedan funcionar de manera confiable y estable en diferentes condiciones de trabajo, se requiere un diseño y análisis más precisos.

4) Considere los costos de fabricación y las dificultades de procesamiento de la producción SMT

También es importante considerar los costos de fabricación y las dificultades de procesamiento de SMT.

Para evitar la creación de problemas innecesarios, el sistema de agrupación debe coordinarse con el proceso de producción de SMT.

También se requiere una evaluación integral de costos, incluidos los costos de mano de obra, materiales y equipos, para determinar si el diseño del panel se puede realizar de manera rentable.

Trabajamos en estrecha colaboración con la línea de producción durante todo el proceso de diseño del panel de PCB para garantizar que el esquema de diseño sea compatible con las necesidades del producto.

 

9. Desventajas y limitaciones del panel PCB

Agrega un paso de despanelización

Tras el ensamblaje completo de la placa de circuito impreso (PCBA), cada panel debe separarse en placas individuales. Esto añade un paso al proceso, aumenta las horas de trabajo y genera más posibilidades de manipulación, ya que las placas pueden rayarse, caerse o agrietarse, especialmente las placas delicadas con BGA de paso fino.

El número de paneles debe estar cuidadosamente equilibrado.

Si una placa de circuito impreso (PCB) tiene muchos componentes de paso fino o diseños densos, un número excesivo de placas por panel acumulará errores de tolerancia dimensional que superarán la especificación de precisión de impresión de la pasta de soldadura, lo que provocará depósitos de pasta desalineados y defectos de soldadura posteriores.

Las placas de circuito impreso delgadas son más propensas a deformarse.

Para placas de circuito impreso con un grosor inferior a 1.0 mm, aumentar el ancho del panel incrementa el riesgo de deformación y torsión. Los paneles anchos y delgados pueden combarse en el horno de reflujo, provocando la desalineación de los componentes. Un horno portador de proceso completo puede mitigar este problema, pero aumenta el costo y reduce la productividad.

 

10. Preguntas frecuentes (FAQ)

P: ¿Cuál es la diferencia entre una placa de circuito impreso individual y un panel de placas de circuito impreso?

Una sola placa de circuito impreso (PCB) se fabrica y procesa individualmente. Un panel de PCB (o matriz) es una lámina más grande que contiene varias PCB individuales interconectadas, procesadas juntas para optimizar la eficiencia de la fabricación y separadas después del ensamblaje.

P: ¿Por qué se considera que la panelización de PCB es rentable?

La panelización reduce los tiempos de preparación de las máquinas, optimiza el uso de materiales, disminuye los costos laborales por placa gracias a la manipulación colectiva y aumenta la productividad. Para pedidos de gran volumen, el ahorro acumulado es considerable.

P: ¿Cuáles son los métodos comunes de despanelización?

El marcado en V (corte a lo largo de ranuras precortadas) y el fresado de pestañas (rotura o fresado de pestañas perforadas/mordidas de ratón) son los dos métodos principales. El fresado de pestañas sólidas con herramientas de corte específicas es una tercera opción para paneles de alta resistencia.

P: ¿Se pueden panelizar las placas de circuito impreso flexibles?

Sí. La panelización de PCB se aplica a placas rígidas, flexibles y rígido-flexibles. La eficiencia y las ventajas en cuanto a costes son las mismas, aunque las tolerancias de diseño específicas y los métodos de conexión para materiales flexibles pueden variar.

P: ¿Cuál es el grosor mínimo recomendado para el panel?

Se recomienda un grosor mínimo de 1.0 mm para la placa de circuito impreso (PCB) en paneles con corte en V. Las placas más delgadas comprometen el soporte de fibra de vidrio en la ranura y aumentan el riesgo de deformación.

 

11. Resumen

El diseño de paneles de PCB en general es un proceso complejo y completo que requiere que los ingenieros piensen de manera holística en varios niveles.

Al diseñar cuidadosamente, no solo puede mejorar la eficiencia de producción y reducir costos, sino que también puede garantizar la confiabilidad y el rendimiento de su producto.

El diseño de PCB seguirá siendo importante en el futuro, a medida que la ciencia y la tecnología continúen desarrollándose y la industria manufacturera crezca.