Fabricación de "stencils" para componentes SMD

Introducción.

Un "stencil" es una plantilla utilizada para aplicar la pasta de soldar, en los pad donde se situarán los componentes de montaje superficial SMD, que van a ser soldados en la placa PCB. Esta plantilla es necesaria para que la aplicación de la pasta sea un proceso sencillo y cuyos resultados nos acercarquen a acabados de calidad profesional.

Las empresas que fabrican PCB también pueden fabricarnos los "stencil" que necesitemos, pero son caros, y además, cualquier modificación en la posición de los componentes SMD que hagamos en la placa, irá haciendo que la plantilla sea cada vez menos útil.

En este artículo vamos a utilizar una técnica basada en el mecanizado CNC, con una fresadora CNC convencional, un cabezal rápido, y una fresa en "V" de 0,2mm.

El proceso general de fabricación consistirá en:

• Obtener un dibujo con los pad para los que necesitemos una plantilla.
• Obtener los archivos Gerber de fabricación.
• A partir de los Gerber, generar los archivos con los comandos G-Code que entienden los planificadores de movimiento, como el software Mach3.
• Fresar CNC una lámina de latón suficientemente delgada, pero plana.

Obtención del dibujo con la plantilla.

Vamos a ver dos formas de obtenerlo. La primera opción es un poco más sencilla de llevar a cabo, pero la segunda opción permite elegir más opciones.

En ambos casos, partimos de un circuito dibujado con Eagle, para el cual queremos crear una plantilla.

Opción A) Plantilla a partir de Eagle y CopperCAM.

En esta opción, vamos a emplear Eagle para generar los archivos Gerbers de los pads de la placa, y CopperCAM para generar los archivos de G-Codes para fresarlos.

Generación de archivos Gerber de fabricación.

Desactivamos todas las capas, excepto la nº 31, conocida como tCream.

Ahora usamos el "CAM processor" para generar los archivos Gerber de fabricación.

Generación de archivos de G-Codes para fresado CNC.

Hay muchas soluciones para generar archivos de comandos G-Code, a partir de los archivos de fabricación Gerber.

Aquí usamos CopperCAM, que nos permite crear bibliotecas de fresas, y configurar multitud de parámetros útiles.

En esta imagen, vemos que no hay vías, ni taladros, porque Eagle ha generado una imagen muy limpia de lo que realmente son pads de soldadura.

El inconveniente es que en esta placa, algunas vías de gran tamaño se encargan de unir pistas de potencia entra las caras superior e inferior de la placa, y conviene rellenarlas con estaño, para aumentar la sección de la unión de pistas por la que circulará la corriente de potencia.

Opción B) Plantilla a partir de CopperCAM.

En esta opción, vamos a emplear las funcionalidades que ofrece CopperCAM, para seleccionar qué pad fresamos, y cuales no.

Generación de archivos Gerber de fabricación.

Antes de comenzar a utilizar CopperCAM, necesitamos generar los archivos de fabricación Gerber de la placa. A diferencia del caso anteror, que solo empleábamos la capa tCream, aquí Eagle habrá de tener activadas todas las capas.

Una vez generados los archivos Gerber en Eagle, importamos las capas con las pistas superiores (GTL) y los taladros (TXT), que serán las capas 1 y 5 en CopperCAM. Si accedemos a la funcionalidad "Cut stencil for SMC pads"en el menú "Machine", vemos que el programa nos permite manipular la imagen con los pad, antes de generar el fichero de G-Codes.

Generación de archivos de G-Codes para fresado CNC.

Si nos fijamos en la siguiente imagen, vemos la forma en que CopperCAM nos permite decidir qué pad serán los que se fresarán: Podemos recorrerlos e ir indicando mediante un checkbox, si queremos incluirlos en el fresado, o no.

Esto nos permite eliminar aquellos pad que sean muy pequeños, como las vías entre caras de la placa, que normalmente no han de recibir la pasta de soldar, pero mantener las vías de grandes dimensiones, que unen pistas de potencia.

Fresado de la lámina de metal.

Vamos a emplear una lámina de latón, lo más fina posible, pero que mantenga la planitud. El proceso es muy rápido. La placa del ejemplo se fresó a velocidades de avances lentas (F150, F200...) y el fresado tardó 15-20 minutos en completarse.