PCB de cerradura de golpe

PCB de cerradero eléctrico: definición, alcance y a quién va dirigida esta guía

Una PCB de cerradero eléctrico es la placa de circuito impreso especializada diseñada para controlar el accionamiento electromecánico de un cerradero eléctrico. A diferencia de la electrónica de consumo estándar, estas placas operan en entornos físicos hostiles, incrustadas dentro de los marcos de las puertas donde están sujetas a golpes mecánicos repetitivos (portazos), picos de tensión inductivos de los solenoides y condiciones ambientales variables. La PCB sirve como puente entre el sistema de control de acceso y el mecanismo de bloqueo físico, manejando la distribución de energía, el procesamiento de señales para la monitorización del estado y la lógica fail-safe/fail-secure.

Esta guía está escrita para ingenieros de hardware, gerentes de producto y responsables de compras encargados de adquirir componentes electrónicos fiables para la industria de la seguridad y el control de acceso. Va más allá de las notas de fabricación básicas para abordar los desafíos específicos de fiabilidad de los herrajes para puertas. Ya sea que esté diseñando un nuevo sistema de cerradura inteligente o buscando una placa de reemplazo para una infraestructura heredada, comprender los matices de estas placas es fundamental para prevenir fallos en campo. En APTPCB (Fábrica de PCB APTPCB), hemos observado que las fallas más comunes en el hardware de seguridad no provienen de la selección de componentes, sino de pasar por alto las tensiones mecánicas y térmicas inherentes a la aplicación. Este manual proporciona un enfoque estructurado para definir especificaciones, identificar riesgos y validar proveedores para garantizar que su PCB de cerradura eléctrica funcione de manera confiable durante cientos de miles de ciclos.

Cuándo usar una PCB de cerradura eléctrica (y cuándo un enfoque estándar es mejor)

Basándose en la definición del papel de la placa, es esencial determinar si una PCB de cerradura eléctrica dedicada es necesaria o si una placa de controlador genérica es suficiente.

Utilice una PCB de cerradura eléctrica dedicada cuando:

El espacio es limitado: La placa debe encajar dentro de una carcasa de cerradero eléctrico estándar ANSI o DIN estrecha, lo que requiere formas no estándar o configuraciones rígido-flexibles.
Las cargas inductivas son altas: Está accionando solenoides de alta corriente que generan una fuerza contraelectromotriz (FCEM) significativa, lo que requiere una protección contra picos de tensión dedicada y anchos de pista robustos cerca del conector.
Se requieren funciones inteligentes: La cerradura incluye lógica integrada para la detección de posición de puerta (DPS), el monitoreo del pestillo (LBM) o la comunicación cifrada (OSDP) con el controlador.
Se necesita operación de doble voltaje: El dispositivo debe detectar y conmutar automáticamente entre una entrada de 12V y 24V CC/CA sin intervención del usuario.
La vibración es constante: La aplicación implica puertas de alto tránsito donde las uniones de soldadura estándar se fatigarían y agrietarían con el tiempo.

Opte por un controlador estándar o externo cuando:

La cerradura es puramente mecánica: La actuación eléctrica es manejada completamente por una fuente de alimentación remota sin necesidad de lógica local.
El espacio es amplio: La lógica de control está alojada en una caja segura encima de la puerta en lugar de en la propia contraplaca.
El costo es el único factor determinante: Para aplicaciones residenciales de baja seguridad donde los recuentos de ciclos son bajos y las consecuencias de un fallo son mínimas.

Especificaciones de PCB para cerraduras de golpe (materiales, apilamiento, tolerancias)

Una vez que haya determinado que se requiere una PCB especializada para cerraduras de golpe, el siguiente paso es definir los parámetros de ingeniería que aseguren la supervivencia en un entorno de marco de puerta.

Material base (Laminado): Especifique FR-4 con una Tg (temperatura de transición vítrea) alta de ≥150°C. Los solenoides en las cerraduras eléctricas pueden generar un calor significativo durante los estados de "mantenimiento abierto"; una Tg estándar (130°C) puede ablandarse y comprometer la fiabilidad de las vías.
Peso del cobre: Mínimo 1 oz (35µm) de cobre acabado en las capas internas y externas. Para solenoides de alta corriente de irrupción, considere 2 oz (70µm) para minimizar el calentamiento resistivo y la caída de voltaje a través de las pistas.
Espesor de la PCB: Se prefiere el estándar de 1,6 mm para la rigidez, pero 1,0 mm o 0,8 mm pueden ser necesarios para carcasas de cerraduras de golpe compactas. Si se adelgaza la placa, asegúrese de que los puntos de montaje estén reforzados.
Acabado superficial: Se recomienda Níquel Químico Oro por Inmersión (ENIG) sobre HASL. ENIG proporciona una superficie más plana para componentes de paso fino y una mejor resistencia a la corrosión para marcos de puertas expuestos a humedad o condensación.
Máscara de soldadura: El verde es estándar, pero el negro mate o el azul se utilizan a menudo en productos de seguridad para ocultar el enrutamiento de las pistas de una inspección visual casual. Asegúrese de que el dique de la máscara sea suficiente (mín. 4 mil) para evitar puentes de soldadura en CI de controlador ajustados.
Ancho y espaciado de pistas: Las pistas de alimentación para el solenoide deben calcularse para la corriente de irrupción máxima, no solo para la corriente de mantenimiento. Mantenga un espacio mínimo de 0,25 mm para lógica de bajo voltaje, pero aumente el espaciado para las líneas de alimentación para evitar arcos bajo picos inductivos.
Vías: Se prefieren las vías tentadas o tapadas para evitar la entrada de humedad y la capilaridad de la soldadura. En zonas de alta vibración, evite colocar vías directamente sobre las almohadillas de los componentes (VIP) a menos que estén rellenas y chapadas.
Orificios de montaje: Los orificios de montaje no chapados deben tener una zona de exclusión de al menos 0,5 mm más grande que la cabeza del tornillo para evitar aplastar las pistas durante la instalación.
Recubrimiento conforme: Especificación obligatoria para cerraduras de exterior o semi-exterior. El recubrimiento acrílico o de silicona protege contra la condensación y el polvo.
Clasificación de inflamabilidad: UL 94V-0 es innegociable para el cumplimiento de la seguridad y la infraestructura de edificios.
Serigrafía: Etiquetar claramente los bloques de terminales (p. ej., +12V, GND, NO, NC, COM) para evitar errores de instalación por parte de los técnicos de campo.
Panelización: Diseñar paneles con ranuras en V o enrutamiento por pestañas que minimice el estrés en la PCB durante la despanelización, ya que los condensadores cerámicos cerca del borde pueden agrietarse si la placa se flexiona.

Riesgos de fabricación de PCB para cerraduras de golpe (causas raíz y prevención)

Incluso con especificaciones perfectas, los defectos de fabricación pueden introducir fallas latentes. Comprender estos riesgos le permite implementar estrategias de prevención específicas.

Fatiga de las uniones de soldadura (Vibración):
- Causa raíz: El golpe repetido de la puerta transfiere un choque de alta fuerza G a la PCB.
- Detección: Fallas intermitentes en el campo; grietas visibles bajo rayos X o microscopio.
- Prevención: Usar almohadillas de soldadura más grandes para componentes pesados (conectores, relés). Aplicar subrelleno o adhesivo de unión (estacado) a condensadores e inductores grandes.
Daño por retroceso inductivo:
- Causa raíz: El solenoide actúa como un inductor; cuando se corta la energía, libera un pico de alto voltaje de vuelta a la PCB.
- Detección: MOSFETs o CI de controlador quemados; comportamiento lógico errático.
- Prevención: Asegurarse de que los diodos de retorno estén colocados lo más cerca posible del conector. Verificar que la inductancia de la traza se minimice en el diseño.
Corrosión por frotamiento del conector:
Causa Raíz: Micro-movimientos entre el mazo de cables y el conector de la PCB debido a la vibración desgastan el revestimiento.
Detección: Conexiones de alta resistencia; pérdida de energía intermitente.
Prevención: Especificar conectores chapados en oro si el mazo de cables de acoplamiento es de oro. Usar conectores con bloqueo (por ejemplo, JST o Molex con enganche positivo).
Delaminación Térmica:
- Causa Raíz: Los solenoides de servicio continuo calientan la PCB localmente, causando la separación de las capas FR-4.
- Detección: Ampollas en la superficie de la placa; cambio de color de la placa.
- Prevención: Usar vías térmicas para distribuir el calor a los planos de tierra. Asegurarse de que la carcasa permita cierta disipación de calor.
ESD (Descarga Electrostática):
- Causa Raíz: Los usuarios que tocan el marco de la puerta o la placa frontal de la cerradura descargan electricidad estática en la PCB.
- Detección: Bloqueos lógicos; daño permanente a los microcontroladores.
- Prevención: Colocar diodos TVS en todas las líneas de E/S. Asegurarse de que los tornillos de montaje proporcionen un camino sólido a tierra si el chasis es metálico.
Entrada de Humedad (Migración Electroquímica):
- Causa Raíz: La condensación dentro del marco de la puerta crea dendritas entre trazas muy espaciadas.
- Detección: Cortocircuitos; activación "fantasma" de la cerradura.
- Prevención: Recubrimiento conforme (Tipo AR o SR). Aumentar el espaciado entre redes de alta tensión y baja tensión.
Agrietamiento de Componentes (Despanelización):
Causa Raíz: El estrés mecánico durante la separación de la PCB agrieta los condensadores MLCC.
Detección: Cortocircuitos en los rieles de alimentación inmediatamente o después del ciclo térmico.
Prevención: Mantener los componentes al menos a 2-3 mm de las líneas de precorte en V. Utilizar el despanelado por fresado en lugar de cuchillas tipo "cortador de pizza".
Impedancia incorrecta (RFID/NFC):
- Causa Raíz: Si el cerradero incluye un lector, un control deficiente del apilamiento afecta la sintonización de la antena.
- Detección: Rango de lectura reducido; fallo al leer tarjetas.
- Prevención: Especificar impedancia controlada para las trazas de la antena. Solicitar informes TDR (Reflectometría en el Dominio del Tiempo).

Validación y aceptación de la PCB del cerradero (pruebas y criterios de aprobación)

Para mitigar los riesgos identificados anteriormente, se requiere un plan de validación robusto antes de la producción en masa.

Prueba de Ciclos de Resistencia:
- Objetivo: Simular la vida útil del producto.
- Método: Actuar la cerradura/PCB de 250.000 a 1.000.000 de veces (dependiendo de los estándares de Grado 1 o Grado 2).
- Criterios de Aceptación: Sin fallos de componentes, sin agrietamiento de las uniones de soldadura, sin degradación en el tiempo de respuesta.
Prueba de Vibración y Choque:
- Objetivo: Replicar el portazo.
- Método: Pruebas de vibración aleatoria (por ejemplo, 10-500Hz) e impulsos de choque mecánico (por ejemplo, 50G durante 11ms).
- Criterios de Aceptación: Integridad física mantenida; sin discontinuidades eléctricas intermitentes >1µs.
Prueba de Choque Térmico:
Objetivo: Poner a prueba las vías y las uniones de soldadura frente a cambios rápidos de temperatura.
Método: Ciclos entre -40°C y +85°C durante 100 ciclos con tiempos de permanencia de 30 minutos.
Criterios de aceptación: Cambio de resistencia <10%; sin delaminación.
Prueba de humedad/niebla salina:
- Objetivo: Validar la resistencia a la corrosión.
- Método: Exposición a 95% de HR o niebla salina durante 48-96 horas.
- Criterios de aceptación: Sin corrosión que una las pistas; recubrimiento conforme intacto.
Prueba de inmunidad ESD:
- Objetivo: Verificar la protección contra descargas estáticas.
- Método: Aplicar descarga por contacto de ±8kV / descarga por aire de ±15kV en puntos accesibles al usuario.
- Criterios de aceptación: El dispositivo debe recuperarse automáticamente sin intervención del usuario (Clase B) o continuar funcionando normalmente (Clase A).
Tensión de rigidez dieléctrica (Hi-Pot):
- Objetivo: Asegurar el aislamiento entre la lógica y la alimentación (si aplica) o el chasis.
- Método: Aplicar 500V DC o 1000V AC entre circuitos aislados.
- Criterios de aceptación: Corriente de fuga <1mA; sin ruptura.
Prueba en circuito (ICT) / Sonda volante:
- Objetivo: Verificar la calidad del ensamblaje.
- Método: Comprobar todos los valores pasivos y las caídas de tensión de los diodos.
- Criterios de aceptación: 100% de aprobación en la verificación de la netlist.
Prueba funcional (FCT):
- Objetivo: Verificar la lógica y el manejo de la energía.
- Método: Simular entradas (disparador) y medir salidas (corriente de accionamiento del solenoide, cierre del relé de estado).
Criterios de aceptación: Todas las funciones operan dentro de los rangos de voltaje especificados (por ejemplo, 12V ±10%).

Lista de verificación de calificación de proveedores de PCB para cerraduras de golpe (RFQ, auditoría, trazabilidad)

Utilice esta lista de verificación para evaluar a posibles socios de fabricación. Un proveedor que no pueda cumplir estos puntos introduce un riesgo innecesario para su producto de seguridad.

Entradas de RFQ (Lo que debe proporcionar)

Archivos Gerber (RS-274X): Incluyendo todas las capas de cobre, máscara de soldadura, serigrafía y archivos de perforación.
Dibujo de fabricación: Especificando material (Tg), espesor, peso del cobre y clase de tolerancia (IPC Clase 2 o 3).
Diagrama de apilamiento: Definiendo explícitamente el orden de las capas y el espesor dieléctrico si la impedancia está controlada.
BOM (Lista de materiales): Con lista de proveedores aprobados (AVL) para componentes críticos como relés y conectores.
Archivo Pick & Place (Centroid): Para ensamblaje automatizado.
Especificación de recubrimiento conformado: Área a recubrir y área a enmascarar (conectores, ventanas de sensores).
Requisitos de prueba: Instrucciones específicas para accesorios ICT o FCT.
Volumen y EAU: Uso anual estimado para determinar los niveles de precios.

Prueba de capacidad (Lo que deben demostrar)

Experiencia con cobre grueso: Capacidad para grabar y chapar cobre de 2oz+ sin socavado.
Capacidad rígido-flexible: Si su diseño requiere doblarse dentro de la carcasa de la cerradura.
Línea de recubrimiento conformado: Capacidad de recubrimiento por pulverización o inmersión automatizada en sus instalaciones.
Experiencia en ensamblaje de cajas: Capacidad para integrar la PCB en la carcasa metálica de golpe si es necesario.
Ensamblaje de factor de forma pequeño: Colocación de precisión para componentes 0402 o 0201 si el espacio es limitado.
Soporte para alta mezcla y bajo volumen: Disposición a prototipar y escalar.

Sistema de Calidad y Trazabilidad

Certificación ISO 9001: Base obligatoria.
Certificación UL: La fábrica de PCB debe tener un archivo UL activo (ZPMV2) para el laminado y el proceso.
AOI (Inspección Óptica Automatizada): 100% AOI requerido para todas las capas y el ensamblaje.
Inspección por Rayos X: Disponible para verificar QFN o BGA si se utilizan.
Código de fecha/Trazabilidad de lote: Cada PCB debe estar marcado con un código de fecha o número de serie para la gestión de retiradas.
Estándares IPC: Adherencia a IPC-A-600 (PCB) e IPC-A-610 (Ensamblaje) Clase 2 o 3.

Control de Cambios y Entrega

PCN (Notificación de Cambio de Producto): Acuerdo para notificar con 3 meses de antelación cualquier cambio de material o proceso.
Embalaje seguro: Sellado al vacío con desecante y tarjetas indicadoras de humedad (HIC).
Retroalimentación DFM: Proceso para proporcionar retroalimentación de Diseño para Fabricación antes de que comience la producción.
Estabilidad del tiempo de entrega: Comunicación clara sobre los tiempos de entrega estándar frente a los acelerados.

Cómo elegir PCB Strike Lock (compromisos y reglas de decisión)

La selección de la arquitectura correcta implica equilibrar el costo, el tamaño y la fiabilidad. Aquí están los principales compromisos a considerar.

Rígido vs. Rígido-Flexible:
- Regla de decisión: Si la carcasa del pestillo es extremadamente compacta o requiere que la PCB se enrolle alrededor del solenoide, elija Rígido-Flexible. Elimina conectores y mejora la fiabilidad, pero cuesta 2-3 veces más. Si el espacio lo permite, elija Rígido para la eficiencia de costos.
Controlador integrado vs. separado:
- Regla de decisión: Si está construyendo un pestillo "inteligente" autónomo, elija una PCB integrada con MCU a bordo. Si el pestillo forma parte de un sistema en red más grande con un panel central, elija una PCB de controlador simple (pasiva) para reducir el costo y la complejidad por puerta.
Lógica Fail-Safe vs. Fail-Secure:
- Regla de decisión: Si la aplicación es para seguridad contra incendios (debe desbloquearse en caso de pérdida de energía), priorice los diseños de lógica Fail-Safe que por defecto se abren. Para áreas de alta seguridad (debe permanecer bloqueado en caso de pérdida de energía), priorice Fail-Secure. El diseño de la PCB debe ser compatible con la configuración específica del solenoide para el modo elegido.
Cobre grueso vs. Cobre estándar:
- Regla de decisión: Si la corriente de irrupción del solenoide es >2A o el ciclo de trabajo es alto (mantenimiento continuo), elija 2 oz de cobre. Para los pestillos de servicio intermitente estándar (<500mA), 1 oz de cobre es suficiente.
Recubrimiento conformado vs. Sin recubrimiento:
Regla de decisión: Si la cerradura está instalada en una puerta exterior o en un ambiente húmedo, el recubrimiento conformado (Conformal Coating) es obligatorio. Para puertas de oficina estrictamente interiores y con clima controlado, puede omitirlo para ahorrar costos, aunque sigue siendo recomendado para una mayor longevidad.
Clase 2 vs. Clase 3 (IPC):
- Regla de decisión: Para la seguridad comercial estándar, la Clase 2 de IPC es el estándar de la industria. Para infraestructuras críticas, prisiones o aplicaciones militares, especifique la Clase 3 de IPC para requisitos de fiabilidad más altos.

Preguntas frecuentes sobre PCB para cerraduras de golpe (Utilice nuestras reglas de diseño para la fabricación (DFM), materiales, pruebas)

P: ¿Cuál es el principal factor de costo para un PCB de cerradura de golpe? R: Además del volumen, los principales factores de costo son el número de capas (si se necesita HDI para un tamaño pequeño), el peso del cobre (2 oz cuesta más que 1 oz) y la construcción rígido-flexible. La adición de recubrimiento conformado también añade un paso al proceso que impacta el costo.

P: ¿En qué se diferencia la prueba de PCB de cerradura de golpe de la prueba de PCB estándar? R: La prueba estándar se centra en la continuidad eléctrica (Abierto/Cortocircuito). La prueba de PCB de cerradura de golpe debe incluir pruebas de carga funcional (simulando el disparo del solenoide) y a menudo requiere validación de vibraciones durante la fase NPI para asegurar que las uniones de soldadura puedan soportar impactos de puertas.

P: ¿Qué materiales son los mejores para los PCB de cerraduras de golpe en puertas cortafuegos? A: Debe utilizar FR4 de alta Tg (Tg 170°C+) para soportar temperaturas de funcionamiento más altas. El material debe tener clasificación UL 94V-0. Para una resistencia extrema al calor, las PCB de núcleo cerámico o metálico rara vez se utilizan debido al costo/tamaño, por lo que el FR4 de alta calidad es el estándar.

Q: ¿Cuál es el plazo de entrega típico para la fabricación de PCB Strike Lock? A: Para placas rígidas estándar, los prototipos tardan 3-5 días, y la producción en masa tarda 10-15 días. Si necesita Rigid-Flex o cobre pesado especial, espere 15-20 días para la producción.

Q: ¿Puede APTPCB ayudar con el DFM para las PCB Strike Lock? A: Sí. Revisamos sus archivos Gerber para verificar la suficiencia del ancho de las pistas (para la alimentación), el espaciado de los componentes (para el ensamblaje) y las restricciones mecánicas. Buscamos específicamente riesgos relacionados con la vibración y la gestión térmica en gabinetes pequeños.

Q: ¿Qué archivos se requieren para una cotización de PCB Strike Lock? A: Necesitamos los archivos Gerber, una BOM (lista de materiales, si se requiere ensamblaje) y un plano de fabricación que especifique el apilamiento y los materiales. Si necesita pruebas funcionales, también se requiere un documento de procedimiento de prueba.

Q: ¿Cómo me aseguro de que mi PCB Strike Lock cumpla con los criterios de aceptación de seguridad? A: Defina claramente sus criterios de aceptación en la RFQ: "Debe pasar el 100% de ICT", "Debe estar reconocido por UL" y "Debe pasar la prueba de choque de 50G". Solicitar un informe de inspección del primer artículo (FAI) es la mejor manera de verificar estos criterios antes de la producción completa.

Q: ¿Por qué mi PCB Strike Lock falla debido a "Flyback"? A: Esto ocurre cuando el solenoide (un inductor) se desenergiza, creando un pico de alto voltaje. Si su PCB carece de un diodo de recuperación (o si el diodo está demasiado lejos de la fuente/es demasiado lento), este pico destruye el transistor del controlador. Asegúrese de que el diseño incluya la protección adecuada.

Recursos para PCB de cerraduras de golpe (páginas y herramientas relacionadas)

Soluciones de PCB para equipos de seguridad: Explore nuestras capacidades específicas y estudios de caso en el sector de seguridad y control de acceso.
Tecnología de PCB rígido-flexible: Descubra cómo los diseños rígido-flexibles pueden resolver las limitaciones de espacio en carcasas compactas de cerraduras eléctricas.
Servicios de recubrimiento conformado de PCB: Comprenda las opciones para proteger la electrónica de su cerradura contra la humedad y la corrosión ambiental.
Directrices DFM: Utilice nuestras reglas de diseño para la fabricación (DFM) para optimizar el diseño de su placa en cuanto a costo y confiabilidad.
Ensamblaje Box Build: Vea cómo podemos manejar el ensamblaje completo de su cerradura de golpe, incluida la integración del gabinete.

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¿Listo para llevar su diseño a producción? APTPCB proporciona una revisión DFM integral junto con su cotización para identificar posibles riesgos de confiabilidad antes de que pague. Para obtener una cotización precisa y un análisis DFM, por favor, prepare:

Archivos Gerber: Formato RS-274X preferido.
Plano de Fabricación: Especifique Tg, peso del cobre y acabado superficial.
BOM (Lista de Materiales): Si necesita servicios de PCBA.
Volumen: Cantidad de prototipos vs. EAU (consumo anual unitario) de producción en masa.

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Conclusión: Próximos pasos para la PCB de cerradura de impacto

Una PCB de cerradura de impacto es un componente crítico donde un fallo significa una brecha de seguridad o un usuario bloqueado. Al priorizar materiales de alto Tg, una protección robusta contra vibraciones y pruebas de validación rigurosas, puede asegurarse de que su producto resista la dura realidad del funcionamiento diario de las puertas. Ya sea que necesite una placa de controlador simple o un ensamblaje rígido-flexible complejo con lógica cifrada, APTPCB está lista para apoyar a sus equipos de ingeniería y adquisiciones con fabricación confiable y orientación experta.