Casa > Blog > Noticias del sector > Un estudio sobre la aplicación de etiquetas de código QR de poliimida en la producción de SMT Los parámetros del proceso de tecnología de montaje superficial (SMT) de los ensambles de placas de circuito impreso (PCB) y la fijación de los componentes son clave en la gestión completa del ciclo de vida de los productos electrónicos, y las etiquetas de código QR sirven como un importante soporte para lograr esta función. Para abordar los problemas de calidad de las etiquetas de código QR de plata mate existentes, como la deformación y el curvado, que se producen porque no soportan la alta temperatura de la soldadura por reflujo durante el ensamblaje de PCB, este estudio investiga la aplicación de etiquetas de poliimida (PI) en el proceso de producción SMT de ensambles de PCB. Los resultados experimentales muestran que, bajo condiciones de soldadura por reflujo con una temperatura máxima de 260 °C, las etiquetas PI mantienen una tasa de integridad del 100 %; después de la limpieza por aspersión, la tasa de desprendimiento de las etiquetas PI es inferior al 3,7 %, y los códigos QR permanecen claros y legibles. El estudio demuestra que las etiquetas PI pueden funcionar de forma estable como soportes de información durante todo el proceso de producción SMT, proporcionando un soporte fiable para la gestión completa del ciclo de vida de los productos electrónicos.
Palabras clave: componentes de placas de circuito impreso; etiquetas de código QR; poliimida; gestión completa del ciclo de vida; tecnología de montaje superficial
La tecnología de montaje superficial (SMT) es un proceso de fabricación en el que los componentes electrónicos se montan directamente sobre la superficie de una placa de circuito impreso (PCB). Se ha convertido en el proceso fundamental de la fabricación electrónica moderna, impulsando los productos electrónicos hacia un alto rendimiento, miniaturización y alta fiabilidad. A lo largo de todo el ciclo de vida de un producto electrónico —desde la adquisición de materias primas, la producción y fabricación, la venta y distribución, hasta el servicio posventa— cada eslabón requiere un registro preciso de la información y trazabilidad. La tecnología de códigos QR es un enfoque común para lograr este objetivo. Las etiquetas de códigos QR pueden almacenar una gran cantidad de información, como el modelo del producto, el número de lote, la fecha de producción, etc.
A medida que aumentan los requisitos de gestión de la información y trazabilidad para el ensamblaje de PCB durante la producción SMT, el registro preciso de los parámetros del proceso de producción en los ensamblajes de PCB se ha vuelto crucial. Durante el ensamblaje de PCB, los equipos de la línea de producción escanean el código QR en la PCB para registrar los parámetros del proceso SMT, que se almacenan en el sistema de información. Esto proporciona un sólido respaldo para el control de calidad, el servicio posventa y la gestión de retiradas de productos electrónicos. Este artículo realiza un estudio exhaustivo sobre la aplicación de etiquetas de código QR basadas en película de poliimida (PI) en el proceso de producción SMT, detallando las características de sus materiales y su rendimiento práctico.
Un código QR es un gráfico compuesto de formas geométricas dispuestas según ciertas reglas en un plano específico para registrar información de símbolos. Según diferentes reglas de codificación, los códigos QR se pueden clasificar en códigos QR apilados y códigos QR matriciales [1] – [3] . Los códigos QR apilados se forman apilando múltiples códigos de barras unidimensionales según reglas específicas, con ejemplos comunes que incluyen PDF417 y Code49 apilados. Los códigos QR matriciales utilizan una matriz binaria para representar información de caracteres codificando bloques de código de diferentes coordenadas y niveles de gris en un plano bidimensional. Los códigos QR matriciales comunes incluyen el código QR, el código DM y el código MC. El código QR logra la capacidad de almacenamiento de datos de alta capacidad del código PDF417 y las características de impresión de alta densidad del código DM, al mismo tiempo que tiene la capacidad de lectura de alta velocidad del código MC, como se muestra en la Figura 1. Por lo tanto, los códigos QR se utilizan comúnmente para la trazabilidad de la producción en el proceso de fabricación SMT de ensambles de PCB.
Figura 1 Código QR
Actualmente, tres tecnologías de código QR se utilizan comúnmente en PCB: serigrafía de sustrato, grabado láser y transferencia térmica [4] – [6] . La serigrafía de sustrato imprime directamente patrones de código QR sobre la superficie de la PCB usando tinta. Aunque el proceso es simple, solo es adecuado para códigos QR más grandes. Los códigos QR pequeños a menudo sufren bordes borrosos, lo que resulta en una baja legibilidad de los datos. El grabado láser utiliza un rayo láser para grabar micropicaduras o contrastes de color en la superficie de la PCB para representar la información del código QR. Ofrece alta precisión y resolución, con el tamaño de código QR más pequeño que alcanza los 2 mm × 2 mm. En comparación con la impresión, el grabado láser es más lento y más costoso. La tecnología de transferencia térmica transfiere patrones de código QR de medios de cinta a etiquetas de película a través de un proceso de impresión térmica antes de adherirlas a la superficie de la PCB. Ofrece alta precisión, alta durabilidad, alta eficiencia de producción y gran retrabajabilidad, con el costo total más bajo. Por lo tanto, la tecnología de transferencia térmica es actualmente el método de etiquetado de código QR más económico y flexible ampliamente adoptado por los fabricantes.
Las etiquetas de plata mate de poliéster (tereftalato de polietileno, PET) o cloruro de polivinilo (PVC) siguen siendo ampliamente utilizadas por los fabricantes de ensamblajes de PCB debido a su bajo coste. Su resistencia a temperaturas a corto plazo puede alcanzar los 150 °C. El proceso de adhesión de las etiquetas de plata mate debe realizarse después del ensamblaje y la limpieza de la PCB.
Sin embargo, para vincular los parámetros del proceso SMT con la identificación de PCB, el etiquetado con código QR debe realizarse antes de la producción SMT. Las propiedades del material de las etiquetas de plata mate las hacen incapaces de soportar la temperatura máxima del proceso de soldadura por reflujo. Al utilizar una estación de retrabajo para simular la soldadura por reflujo SMT a 245 °C, las etiquetas presentaron deformación, formación de burbujas y ondulaciones, como se muestra en la Figura 2, lo que resultó en códigos QR borrosos. Estos problemas provocan la pérdida de información sobre los parámetros del proceso SMT y afectan gravemente la eficacia y el carácter científico de la gestión del ciclo de vida de los productos electrónicos.
Figura 2 Defectos de alta temperatura en etiquetas de plata mate
La poliimida (PI), como material polimérico de alto rendimiento, presenta una excelente resistencia a altas temperaturas, buenas propiedades mecánicas, una estabilidad química excepcional y un fuerte aislamiento eléctrico. Investigaciones sobre etiquetas de código QR de PI de un fabricante demuestran que no se ven afectadas tras una prueba de resistencia térmica de 5 minutos a 300 °C, lo que demuestra un rendimiento estable en el entorno de alta temperatura de la soldadura por reflujo SMT.
Durante la soldadura por reflujo, cuando la temperatura alcanza los 240-260 °C, las etiquetas de PI no se funden, deforman ni descomponen como los materiales de etiquetas convencionales. En cambio, mantienen su forma física e integridad funcional. La estructura de las etiquetas de PI se muestra en la Figura 3.
Figura 3 Estructura de la etiqueta PI
El proceso de producción SMT es complejo y de alta precisión, y consiste principalmente en la impresión de pasta de soldadura, la colocación de componentes, la soldadura por reflujo, la inspección, la limpieza a base de agua y el retrabajo. Entre estos, el entorno de alta temperatura durante la soldadura por reflujo y el retrabajo, así como la fuerza de impacto durante la limpieza a base de agua, plantean importantes desafíos tanto para la resistencia a altas temperaturas como para la adherencia de las etiquetas PI.
La Figura 4 muestra una curva típica del proceso de soldadura sin plomo, donde la temperatura de la zona de reflujo oscila entre 217 °C y 245 °C, con un tiempo de permanencia de 60 a 150 segundos. Para la producción de conjuntos de PCB complejos, la temperatura máxima debe alcanzar los 260 °C.
Figura 4 Perfil de temperatura de soldadura sin plomo
Para verificar la resistencia a la temperatura de las etiquetas de código QR, se adhirieron etiquetas PI a una placa de circuito impreso de 2 mm de espesor. La curva de temperatura de soldadura utilizó el perfil de soldadura sin plomo, con una temperatura máxima de reflujo de 260 °C, una duración de soldadura de 150 segundos y 5 ciclos de reflujo.
Después de la soldadura por reflujo, la superficie de la etiqueta no mostró descamación, arrugas, decoloración u otros defectos, y el patrón del código QR en la etiqueta permaneció claro y legible, como se muestra en la Figura 5.
Figura 5 Código QR después de la soldadura por reflujo
Tras soldar el conjunto de PCB, se requiere una limpieza automática con agua. La temperatura del disolvente alcanza un máximo de 50 °C, con una duración de limpieza de 50 minutos. Para verificar si las etiquetas resistentes a la temperatura que superaron la prueba de soldadura por reflujo resistían el proceso de limpieza automática, se realizó un experimento de limpieza automática:
Se aplicaron un total de 60 etiquetas de código QR que se habían sometido a soldadura por reflujo sin plomo en 30 PCB, divididas en 3 lotes para experimentos de limpieza automática.
Tras la limpieza automática, solo se desprendieron 2 etiquetas, lo que resultó en una tasa de desprendimiento del 3,3 % y una tasa de aprobación general del 96,7 %. Las etiquetas restantes no se desprendieron; algunas mostraron un ligero levantamiento en las esquinas. Los patrones del código QR en todas las etiquetas restantes permanecieron nítidos.
Después de la limpieza a base de agua, la PCB se colocó en una estación de reprocesamiento para verificar el efecto de la alta temperatura durante el reprocesamiento del componente en las etiquetas PI, como se muestra en la Figura 6.
Figura 6 Prueba de resistencia a altas temperaturas de las etiquetas PI durante el reprocesamiento
La etiqueta se colocó dentro de la cámara de calentamiento, con la temperatura máxima ajustada a 280 °C, y se aplicó durante 120 segundos por ciclo. Tras dos ciclos de exposición a alta temperatura, la superficie de la etiqueta no mostró desprendimiento, arrugas ni decoloración. El patrón del código QR se mantuvo claro y legible.
Para resolver el problema de la resistencia a altas temperaturas de las etiquetas de código QR durante el proceso de producción SMT de PCB, este artículo realizó una serie de pruebas de verificación de aplicaciones en etiquetas de código QR PI. Los resultados experimentales demuestran que las etiquetas PI resisten las altas temperaturas de la soldadura por reflujo y el retrabajo, así como el impacto de los procesos de limpieza automática con agua. Cumplen con los requisitos de producción SMT para el ensamblaje de PCB, lo que permite la consistencia entre los parámetros del proceso SMT y la identificación de PCB. Esto proporciona una solución viable para la gestión integral del ciclo de vida de los productos electrónicos.
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