Planificación de Ensamblaje Mixto: Guía de Ingeniería para la Integración SMT y de Orificio Pasante

La planificación del ensamblaje mixto es la coordinación estratégica de los procesos de fabricación para los ensamblajes de placas de circuito impreso (PCBA) que contienen componentes de tecnología de montaje superficial (SMT) y de tecnología de orificio pasante (THT). A diferencia de las placas de una sola tecnología, la tecnología mixta requiere una secuenciación cuidadosa para prevenir daños térmicos, asegurar la fiabilidad de las uniones de soldadura y acomodar accesorios físicos como las paletas de soldadura por ola. Los ingenieros deben definir zonas de exclusión, orientación de componentes y perfiles térmicos al principio de la fase de diseño para evitar costosos retrabajos.

En APTPCB (Fábrica de PCB APTPCB), observamos que un ensamblaje mixto exitoso depende en gran medida de la validación del Diseño para la Fabricación (DFM) antes de poblar la primera placa. Esta guía proporciona las especificaciones, listas de verificación y pasos de resolución de problemas necesarios para ejecutar una estrategia de ensamblaje mixto robusta.

Respuesta rápida sobre la planificación del ensamblaje mixto (30 segundos)

Si está diseñando una placa con componentes SMT y THT, siga estos principios fundamentales para asegurar la fabricabilidad:

Secuencia de proceso: La jerarquía estándar es Lado superior SMT (Reflujo) → Lado inferior SMT (Reflujo/Pegamento) → THT (Soldadura por ola, Selectiva o Manual).
Zonas de holgura: Mantenga una holgura mínima de 3 mm a 5 mm alrededor de las almohadillas THT si utiliza paletas de soldadura por ola para permitir que las paredes del accesorio se sellen contra la PCB.
Orientación de componentes: Alinee los componentes pasivos SMT perpendicularmente a la dirección de la ola para minimizar los puentes de soldadura y los efectos de sombra.
Jerarquía Térmica: Asegúrese de que los componentes THT puedan soportar los ciclos de calor acumulativos si se colocan cerca de piezas SMT de alta masa.
Límites del Lado Secundario: Evite colocar componentes SMT pesados o altos en el lado secundario (inferior) si ese lado va a pasar por un baño de soldadura por ola; podrían caerse o requerir un blindaje complejo.
Validación: Revise siempre el "efecto sombra" donde las piezas THT grandes podrían bloquear la ola de soldadura, impidiendo que llegue a las almohadillas SMT más pequeñas detrás de ellas.

Cuándo se aplica la planificación de ensamblaje mixto (y cuándo no)

Comprender cuándo activar un flujo de trabajo completo de ensamblaje mixto ayuda a optimizar los costos y los plazos de entrega.

Cuando la planificación de ensamblaje mixto es crítica:

Aplicaciones de Alta Potencia: Diseños que requieren conectores mecánicos robustos o condensadores grandes que solo están disponibles en encapsulados THT.
Componentes Heredados: Proyectos que utilizan circuitos integrados antiguos o sensores específicos que no tienen equivalentes de montaje superficial.
Puntos de Estrés Mecánico: Puertos de E/S (USB, Ethernet, tomas de corriente) que requieren la resistencia física del anclaje pasante.
Población de Doble Cara: Placas con componentes activos en las capas superior e inferior que requieren soldadura selectiva o accesorios de soldadura por ola.

Cuando la planificación de ensamblaje mixto es innecesaria (o debe evitarse):

Diseños SMT Puros: Si todos los componentes tienen alternativas SMT, adhiérase a un único proceso de reflujo para reducir costos y tasas de defectos.
Prototipos de bajo volumen: Para <10 placas, la soldadura manual de componentes THT suele ser más rentable que el diseño de paletas de soldadura por ola complejas.
Componentes sensibles al calor: Si una placa contiene componentes que no pueden soportar las temperaturas de soldadura por ola, un proceso mixto puede ser demasiado arriesgado; se prefiere la soldadura manual o selectiva.
Densidad ultra alta: Si la placa carece del espacio libre de 3-5 mm requerido para las paletas de soldadura por ola, el diseño obliga a cambiar a soldadura selectiva o trabajo manual, lo que modifica el alcance de la planificación.

Reglas y especificaciones de planificación de ensamblaje mixto (parámetros clave y límites)

La siguiente tabla describe las reglas de diseño críticas para placas de tecnología mixta. El cumplimiento de estos valores previene fallas de fabricación comunes.

Regla	Valor/Rango recomendado	Por qué es importante	Cómo verificar	Si se ignora
Espacio libre de la paleta de ola	> 3,0 mm (5,0 mm preferido)	Permite que las paredes del accesorio sellen la parte inferior de la PCB sin golpear los componentes SMT.	Verificación de distancia CAD	Los componentes SMT cerca de las almohadillas THT se aplastan o se inundan de soldadura.
Orientación de los componentes SMT	Perpendicular a la ola	Reduce el «sombreado» donde el cuerpo del componente bloquea el flujo de soldadura.	Inspección visual / DFM	Juntas abiertas o soldadura insuficiente en las almohadillas posteriores.
Almohadillas de desvío	1,5x a 2x el tamaño de la almohadilla	Aleja el exceso de soldadura de los últimos pines de un conector para evitar puentes.	Revisión de Gerber	Puentes de soldadura en la última fila de pines en la soldadura por ola.
Longitud del terminal THT	1,5 mm - 2,0 mm (después del corte)	Evita que los terminales golpeen la boquilla de la ola o causen cortocircuitos.	Medición física	Cortocircuitos o daños en la boquilla durante la soldadura por ola.
Dique de máscara de soldadura	> 0,1 mm (4 mil)	Evita puentes de soldadura entre pads SMT y THT muy juntos.	Ingeniería CAM	Alta tasa de puentes que requiere retrabajo manual.
Tapado de vías (Tented)	100% bajo BGA/SMT	Evita el "robo" de soldadura o fugas de vacío durante el ensamblaje.	Dibujo de fabricación	Vacíos de soldadura o uniones débiles en componentes SMT.
Altura del componente (Inferior)	< 5,0 mm (para ola)	Las piezas altas en la parte inferior interfieren con la altura de la ola de soldadura.	Verificación de modelo 3D	Los componentes se arrastran en el baño de soldadura; las piezas se caen.
Alivio térmico	Conexión de 4 radios	Asegura que el calor permanezca en la unión durante la soldadura sin disiparse en los planos.	Configuración de diseño	Uniones de soldadura frías; incapacidad para calentar completamente el barril.
Marcas fiduciales	3 por lado (Global)	Esencial para la alineación de la máquina tanto para la colocación SMT como para la inserción THT automatizada.	Inspección óptica	Componentes desalineados; desplazamientos de colocación.
Rieles de borde de panelización	> 5,0 mm de ancho	Proporciona agarre para transportadores y dedos de soldadura por ola.	Dibujo de panel	La placa cae en la máquina o se deforma significativamente.

Pasos de implementación de la planificación de ensamblaje mixto (puntos de control del proceso)

La implementación de una línea de ensamblaje mixta requiere una secuencia estricta para proteger los componentes procesados en etapas anteriores.

Segmentación y análisis de la lista de materiales (BOM)
- Acción: Separar la lista de materiales (BOM) en grupos SMT superior, SMT inferior y THT.
- Parámetro clave: Identificar dispositivos sensibles a la humedad (MSD) y piezas THT sensibles al calor.
- Verificación: Confirmar que ninguna pieza THT esté especificada para un ciclo de reflujo a menos que sea compatible con "Pin-in-Paste".
Verificación de huellas y diseño
- Acción: Verificar que las huellas THT tengan anillos anulares y tamaños de orificio adecuados para la penetración de la ola.
- Parámetro clave: Tamaño del orificio = Diámetro del terminal + 0,25 mm (+/- 0,05 mm).
- Verificación: Realizar una verificación DFM para los espacios libres de la paleta de ola alrededor de las zonas THT.
Diseño de plantillas y paletas
- Acción: Diseñar el documento o archivo CAD de introducción de la plantilla de soldadura por ola. Esta plantilla protege las piezas SMT del lado inferior mientras expone los terminales THT a la ola.
- Parámetro clave: Espesor de pared mínimo 1,5 mm; material generalmente Durostone o piedra sintética.
- Verificación: Simular el ajuste de la paleta para asegurar que no haya interferencia con los componentes SMT.
Ensamblaje SMT (lado primario y secundario)
- Acción: Poblar y soldar por reflujo los componentes SMT. Si es de doble cara, los componentes más pesados generalmente van en el primer paso (lado superior).
- Parámetro clave: Temperatura pico del perfil de reflujo (típicamente 245°C - 260°C).

Verificación: Realice una inspección óptica automatizada (AOI) para verificar la colocación de SMT antes de que comience el THT.

Inserción de componentes de orificio pasante (THT)
- Acción: Inserte los componentes THT manualmente o mediante máquinas de inserción automatizadas.
- Parámetro clave: Longitud de protuberancia del terminal y alineación de polaridad.
- Verificación: Inspección visual para asegurar que los componentes estén asentados a ras con la PCB.
Soldadura por ola o selectiva
- Acción: Pase la placa (en su paleta) a través de la máquina de soldadura por ola o use un robot de soldadura selectiva.
- Parámetro clave: Temperatura del crisol de soldadura (255°C - 265°C) y tiempo de permanencia (2-4 segundos).
- Verificación: Verifique que el llenado del orificio (llenado vertical) cumpla con los estándares IPC Clase 2 o 3 (generalmente 75% o 100%).
Limpieza e inspección final
- Acción: Elimine los residuos de fundente si se utiliza fundente soluble en agua; inspeccione la presencia de bolas de soldadura.
- Parámetro clave: Niveles de contaminación iónica.
- Verificación: Inspección por rayos X si las piezas THT oscurecen las almohadillas SMT o si se utilizó Pin-in-Paste.

Solución de problemas de planificación de ensamblaje mixto (modos de falla y soluciones)

Las líneas de tecnología mixta introducen defectos únicos donde los dos procesos interactúan.

Síntoma: Saltos de soldadura (Sombreado)

Causa: El cuerpo grande de un componente THT o una pared gruesa de la paleta bloquea la onda de soldadura para que no golpee una almohadilla.
Verificación: Revise la orientación del componente en relación con la dirección de la onda.
Solución: Girar el componente 90 grados o aumentar la distancia entre el obstáculo y la almohadilla.
Prevención: Utilizar los conceptos básicos de soldadura de orificio pasante para diseñar "almohadillas de robo" (thieving pads) o ajustar la turbulencia de la ola.

Síntoma: Caída de componentes SMT del lado secundario

Causa: La soldadura de reflujo en los componentes SMT del lado inferior se vuelve a fundir durante el proceso de ola.
Comprobación: Verificar si la paleta de ola cubre completamente estos componentes SMT.
Solución: Aplicar adhesivo (pegamento rojo) a los componentes SMT del lado inferior antes de la soldadura por ola o mejorar el blindaje de la paleta.
Prevención: Mantener los componentes SMT del lado inferior a al menos 5 mm de los orificios THT.

Síntoma: Juntas de soldadura frías en THT

Causa: Los planos de tierra pesados disipan el calor más rápido de lo que la ola puede suministrarlo.
Comprobación: Inspeccionar las conexiones de alivio térmico en el diseño de PCB.
Solución: Aumentar el tiempo de permanencia o la temperatura de precalentamiento (con cuidado, para evitar dañar los componentes SMT).
Prevención: Usar radios térmicos (thermal spokes) en todos los pines de tierra en la fase de diseño.

Síntoma: Alabeo de PCB

Causa: Desajuste térmico entre múltiples ciclos de reflujo y soldadura por ola.
Comprobación: Medir la comba y la torsión según los estándares IPC-610 (<0,75%).
Solución: Usar un material de paleta más rígido o añadir rigidizadores de placa durante el proceso de ola.
Prevención: Equilibrar la distribución de cobre en las capas de PCB.

Síntoma: Puentes de soldadura en conectores de paso fino

Causa: El arrastre de la ola deja exceso de soldadura en los últimos pines.
Comprobar: Busque "puentes de soldadura" en el borde de salida del conector.
Solución: Retrabaje manualmente los puentes con un soldador y mecha desoldadora.
Prevención: Añada pads ladrones de soldadura (solder thieves) a la huella; oriente el conector paralelo a la ola.

Cómo elegir la planificación de ensamblaje mixto (decisiones de diseño y compensaciones)

Decidir la estrategia específica de ensamblaje mixto implica equilibrar el volumen, el costo y la complejidad.

Opción A: Soldadura por ola con paletas

Ideal para: Producción de volumen medio a alto donde los componentes THT están agrupados.
Desventaja: Requiere paletas (plantillas) personalizadas costosas y reglas de holgura estrictas (3-5 mm) alrededor de las piezas THT.
Criterio de decisión: Si tiene >500 placas y las piezas THT están agrupadas, elija esta opción.

Opción B: Soldadura selectiva

Ideal para: Placas de alta densidad donde las piezas SMT están demasiado cerca de los pines THT para una paleta.
Desventaja: Tiempo de ciclo más lento por placa en comparación con la soldadura por ola; mayor tiempo de programación de la máquina.
Criterio de decisión: Si la holgura es <3 mm o los componentes son altos en ambos lados, elija soldadura selectiva.

Opción C: Soldadura manual

Ideal para: Prototipos, volúmenes muy bajos o piezas sensibles al calor que no pueden sobrevivir a un proceso de máquina.
Desventaja: Calidad inconsistente (dependiente del operador) y alto costo de mano de obra.
Factor desencadenante de la decisión: Si tiene <50 placas o solo 1-2 conectores THT, el ensamblaje manual suele ser más económico que el utillaje.

Opción D: Pin-in-Paste (Reflujo intrusivo)

Ideal para: Eliminar por completo el paso de soldadura por ola. Las piezas THT se pegan y se refunden con SMT.
Compensación: Requiere piezas THT de alta temperatura y un diseño de plantilla preciso para obtener suficiente volumen de soldadura.
Factor desencadenante de la decisión: Si las piezas THT son compatibles y desea reducir los pasos del proceso, investigue esta integración de SMT y THT.

Diseño para la Fabricación (DFM)

¿Cómo afecta el ensamblaje mixto al costo total del proyecto? El ensamblaje mixto es generalmente un 15-30% más caro que el SMT puro debido a los pasos de proceso adicionales (soldadura por ola/selectiva), la mano de obra de inserción manual y los costos de utillaje de fijación.

¿Cuál es el impacto en el tiempo de entrega? Normalmente, añade 2-3 días al cronograma de producción. Se necesita tiempo para la fabricación de accesorios (paletas), la inserción manual y el proceso de soldadura secundaria.

¿Puedo usar el ensamblaje mixto para placas de doble cara? Sí, pero requiere una planificación cuidadosa. Por lo general, el SMT se coloca en ambos lados (reflujo) y luego se suelda el THT. Si el THT está en ambos lados, a menudo requiere soldadura manual para el segundo lado o soldadura selectiva compleja.

¿Qué datos debo proporcionar para la revisión DFM? Debe proporcionar los archivos Gerber, una lista de materiales (BOM) que indique qué piezas son THT y cuáles SMT, y los planos de ensamblaje que muestren la polaridad de los componentes. Específicamente, resalte cualquier pieza "Do Not Populate" (DNP).

¿Cuáles son los criterios de aceptación para las uniones de soldadura THT? Según IPC-A-610, una unión THT de Clase 2 requiere al menos un 75% de llenado vertical del barril y un mojado de 180 grados en el lado de destino. La Clase 3 requiere un mojado de 270 grados.

¿Por qué se recomienda a menudo la "soldadura selectiva" sobre la soldadura por ola? La soldadura selectiva utiliza una boquilla de mini-ola que se mueve a puntos específicos. Elimina la necesidad de paletas costosas y reduce el choque térmico al resto de la placa, lo que la hace más segura para placas densas de tecnología mixta.

¿Cómo evito las "bolas de soldadura" en el ensamblaje mixto? Las bolas de soldadura a menudo ocurren durante la soldadura por ola si el precalentamiento es insuficiente o el fundente es excesivo. Asegurar un diseño adecuado de la plantilla de PCB para el proceso SMT y parámetros de ola correctos ayuda a minimizar esto.

¿Es Pin-in-Paste una alternativa viable? Sí, pero solo si el cuerpo del componente THT puede soportar temperaturas de reflujo de 260°C. Simplifica el proceso al tratar las piezas THT como piezas SMT.

¿Cuál es el espacio mínimo para una paleta de soldadura por ola? Generalmente, necesita de 3 mm a 5 mm de espacio libre alrededor de las almohadillas THT en el lado de la soldadura. Este espacio acomoda la pared de la paleta que protege las piezas SMT cercanas.

¿APTPCB se encarga del diseño de los accesorios? Sí, los ingenieros de APTPCB diseñan y fabrican las paletas de soldadura por ola o los programas de soldadura selectiva necesarios basándose en sus archivos Gerber.

Recursos para la planificación de ensamblajes mixtos (páginas y herramientas relacionadas)

Directrices DFM: Reglas de diseño detalladas para espaciado y disposición.
Ensamblaje SMT y THT: Descripción general de nuestras capacidades de tecnología mixta.
Soldadura selectiva: Un análisis profundo de la alternativa a la soldadura por ola.
Ensamblaje llave en mano: Cómo gestionamos toda la cadena de suministro para placas mixtas.

Glosario de planificación de ensamblajes mixtos (términos clave)

Término	Definición
Paleta de soldadura por ola	Un accesorio personalizado hecho de material resistente al calor (como Durostone) que sujeta la PCB y protege las piezas SMT durante la soldadura por ola.
Soldadura selectiva	Un proceso que utiliza una pequeña fuente de soldadura programable para soldar uniones THT específicas sin afectar las piezas SMT cercanas.
Soldadura por reflujo	El proceso de fundir pasta de soldar para fijar componentes SMT; generalmente el primer paso en el ensamblaje mixto.
Sombreado	Un defecto donde el cuerpo de un componente bloquea el flujo de la ola de soldadura, causando omisiones o uniones abiertas en las almohadillas detrás de él.
Almohadilla de "robo" (Thieving Pad)	Una almohadilla ficticia adicional añadida al final de la huella de un conector para "robar" el exceso de soldadura y evitar puentes.
Pin-in-Paste (PiP)	Una técnica donde los componentes THT se sueldan usando hornos de reflujo SMT imprimiendo pasta en los orificios.
Anillo Anular	El anillo de cobre alrededor de un orificio pasante chapado; crítico para la resistencia de la unión THT.
Alivio Térmico	Un patrón de radios que conecta una almohadilla a un plano de cobre, evitando que el calor se disipe demasiado rápido durante la soldadura.
Fundente	Un agente de limpieza químico utilizado antes y durante la soldadura para eliminar la oxidación y mejorar la humectación.
Durostone	Un plástico reforzado con fibra de vidrio de alta resistencia utilizado para fabricar paletas de soldadura por ola debido a su estabilidad térmica.

Solicite una cotización para la planificación de ensamblaje mixto (Diseño para la Fabricación (DFM) + precios)

Obtener una cotización precisa para el ensamblaje mixto requiere una comprensión clara de sus necesidades de proceso. En APTPCB, realizamos una revisión DFM gratuita para identificar posibles problemas de soldadura por ola o conflictos de espacio antes de la cotización.

Para obtener una cotización rápida y precisa, prepare:

Archivos Gerber: Incluyendo todas las capas de cobre, archivos de perforación y capas de pasta.
Lista de Materiales (BOM): Marcando claramente las piezas SMT vs. THT.
Planos de Ensamblaje: Destacando cualquier requisito especial de montaje o enmascaramiento.
Volumen y Plazo de Entrega: Uso anual estimado y fecha de entrega requerida.

Conclusión: próximos pasos en la planificación de ensamblaje mixto

Una planificación eficaz del ensamblaje mixto cierra la brecha entre los diseños compactos de montaje superficial y los requisitos robustos de los componentes de orificio pasante. Al adherirse a estrictas reglas de holgura, optimizando las secuencias de proceso y utilizando los accesorios adecuados, puede lograr una producción de alta fiabilidad sin retrabajos excesivos. Ya sea que su proyecto requiera paletas de soldadura por ola o soldadura selectiva precisa, una planificación temprana asegura que su diseño esté listo para la planta de fabricación.