Diseño de hardware con RP2040: soldando los componentes y pruebas finales

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Esta ultima entrada se enfocará en la colocación y soldado final de los componentes. Para ello necesitaremos dos métodos, uno con un horno o pistola de aire caliente para fijar el RP2040 y una soldadura con cautín normal para el resto de las piezas.

Soldando con un horno de reflujo

Con un esténcil adecuado y soldadura en pasta se coloca el estaño sobre las pistas a soldar para posteriormente colocar los componentes encima.

El fabricante del esténcil generalmente proporciona un poco de soldadura y un aplicador para untarla en la tarjeta. Vía: Digi-key

Una vez hecho esto, se levanta el esténcil cuidadosamente para no untar la soldadura en otras partes de la PCB. Después solo queda colocar los componentes uno por uno, cuidando de no juntar las pistas.

Las otras PCBs servirán para darle estabilidad a la tarjeta mientras está dentro del horno. Vía: Digi-key

Finalmente se coloca la tarjeta con los componentes dentro del horno y se deja unos minutos para que el estaño se funda y se complete el proyecto. Al terminar de calentar la tarjeta se remueve cuidadosamente con unas pinzas, evitando quemarse.

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Se puede fabricar un horno para soldar componentes electrónicos a partir de un horno para tostar estándar, solo hace falta agregar una tarjeta de control. Vía: Digi-key

Inspección y correcciones

Después pasamos a un ciclo de inspección visual, en el que nos cercioremos de que no hay partes con pistas unidas o imperfecciones en la soldadura. Para realizar esto podemos usar una lupa y examinamos cuidadosamente los componentes con más pines.

Algunas veces es más difícil encontrar puentes entre las pistas, sobre todo con componentes con muchos pines. En este caso el RP2040 tiene algunos pines unidos. Vía: Digi-key

En el empaquetado del RP2040 hay algunos puentes, por lo que debemos recalentar las soldaduras para eliminar esos cortos. Una forma de hacerlo es calentarlo con una pistola de aire caliente y, una vez se haya calentado el componente, moverlo un poco con unas pinzas para que la soldadura se deshaga y se vuelva a fundir.

La pistola de aire caliente fundirá el estaño y podremos mover cuidadosamente el microcontrolador para separar las pistas. Hay que tener cuidado, sin embargo, de no dejar la pistola mucho tiempo sobre el componente para no dañarlo. Vía: Digi-Key

Otra forma de solucionar el problema es recalentar el estaño en los bordes del componente con un cautín con punta de cincel fina y pasarlo a través de todos los pines

Este método suele ser un poco más difícil ya que puede unir pistas que no estaban juntas. Hay que procurar hacerlo con cuidado para evitar estos problemas. Vía: Digi-Key

Pruebas finales

Después de colocar los componentes, incluyendo los headers con pines largos, podemos hacer las pruebas de la tarjeta. Para ello vamos a cargar el firmware de PicoProbe a través del puerto microUSB y luego insertamos la tarjeta en una protoboard, para poner encima la Pico a depurar.

Si todo funciona correctamente deberíamos poder pausar la ejecución del programa y visualizar donde nos detuvimos en el editor de código.

Editor de VS Code con un breakpoint, en donde podemos observar que el LED se encendió y podremos volver a reanudar el programa. Vía: Digi-Key

Conclusiones:

Se llevó a cabo un proceso de selección de componentes y se documentó la forma en que se interconectan para hacer funcionar el microcontrolador. Se delimitó la tarjeta que se iba a fabricar y se distribuyeron los componentes, tomando en cuenta ciertas reglas de diseño. Por último se fabricó la PCB y se soldaron los componentes a la tarjeta, se hizo una inspección para averiguar si habia errores y se corrigieron en los casos que hubo problemas.

La realización de este proyecto tuvo por objetivo mostrar un caso concreto en el que se diseña una tarjeta de circuito impreso, para tomar en cuenta las consideraciones de diseño que se usaron y así poder fabricar una PCB exitosamente.

Referencias:

Hardware Design with the RP2040 Part 3: Soldering and Testing