¿Cuáles son los peligros de la deformación de las PCB?

1. En las líneas de montaje automatizadas de montaje superficial, las placas de circuitos irregulares pueden provocar un posicionamiento impreciso, lo que dificulta la inserción o colocación de componentes en los orificios y las almohadillas de montaje superficial de la placa. Incluso pueden dañar la máquina de montaje automatizada.

2. Tras la soldadura, una placa de circuito con componentes puede doblarse, lo que dificulta el corte uniforme de los cables de los componentes. La placa también puede ser difícil de instalar en el chasis de un ordenador o en los zócalos de la máquina. Por lo tanto, encontrar placas deformadas también es un problema importante para las plantas de montaje.

La tecnología actual de montaje superficial está evolucionando hacia una tecnología inteligente, de alta precisión y alta velocidad. Esto impone exigencias aún mayores a la planitud de las PCB, donde se alojan diversos componentes.

La norma IPC establece específicamente que la deformación admisible de las PCB con dispositivos de montaje superficial es del 0,75 %, mientras que la deformación admisible de las PCB sin estos dispositivos es del 1,5 %.

De hecho, para satisfacer las exigencias de alta precisión y alta velocidad de colocación, algunos fabricantes de ensamblajes electrónicos tienen requisitos aún más estrictos de tolerancia a la deformación, como una deformación admisible del 0,5 %, e incluso del 0,3 %.

Las PCB se componen de materiales como lámina de cobre, resina y fibra de vidrio. Cada material tiene diferentes propiedades físicas y químicas. Al presionarlos entre sí, inevitablemente se genera tensión térmica residual, lo que provoca deformación.

Además, durante el proceso de fabricación de PCB, diversos procesos como las altas temperaturas, el corte mecánico y el procesamiento en húmedo también pueden afectar significativamente la deformación de la placa. En resumen, las causas de la deformación de las PCB son complejas y diversas. Reducir o eliminar la deformación causada por la variación de las propiedades o el procesamiento de los materiales se ha convertido en un problema complejo para los fabricantes de PCB.

Análisis de las Causas de la Deformación de las PCB

La deformación de las PCB requiere investigación desde varias perspectivas, incluyendo el material, la estructura, la distribución de patrones y los pasos de procesamiento. Este artículo analizará y explicará las posibles causas de deformación y cómo mitigarlas.

1. Una superficie de cobre irregular en la PCB puede agravar la curvatura y la deformación de la placa.

2. Las PCB suelen tener grandes áreas de lámina de cobre para la conexión a tierra, y en ocasiones la capa Vcc también la tiene. Cuando estas áreas no están distribuidas uniformemente en la placa, puede producirse una absorción y disipación de calor desiguales.

3. Las PCB se expanden y contraen naturalmente con el calor. Si estas expansiones y contracciones no están sincronizadas, causarán tensiones diferenciales y deformación. Si la temperatura de la placa alcanza su límite superior de Tg, la placa comenzará a ablandarse, causando deformación.

4. Las conexiones entre las capas de la PCB (vías) limitan la expansión y contracción de la placa.

5. La mayoría de las PCB actuales son multicapa, y las capas tienen conexiones tipo remache (vías). Estas conexiones se clasifican en orificios pasantes, vías ciegas y vías enterradas. Estas conexiones limitan la expansión y contracción de la placa, lo que indirectamente provoca su curvatura y deformación.

Causas de la deformación de la PCB:

1. El propio peso de la PCB puede provocar su comba y deformación.

Normalmente, los hornos de reflujo utilizan cadenas para impulsar la PCB hacia adelante, utilizando los laterales como puntos de apoyo.

Si la PCB está cargada con componentes pesados ​​o es demasiado grande, su peso puede combarla en el centro, provocando su curvatura.

2. La profundidad del corte en V y las tiras de conexión pueden afectar el grado de deformación de la PCB una vez ensamblada.

Los cortes en V son esencialmente los responsables de dañar la estructura de la PCB. Al crear ranuras en una lámina más grande de material de PCB, son propensos a deformarse.

3. El impacto de los materiales de laminación, la estructura y el patrón en la deformación de la PCB:

Las PCB se fabrican laminando una placa base, una lámina preimpregnada y una capa exterior de lámina de cobre. La placa base y la lámina de cobre se deforman con el calor durante la laminación, y la magnitud de la deformación depende del coeficiente de expansión térmica (CTE) de ambos materiales.

El coeficiente de expansión térmica (CTE) de la lámina de cobre es de aproximadamente 17 x 10⁻¹. El CTE en la dirección Z del sustrato FR-4 ordinario por debajo de su punto Tg es de 50-70 x 10⁻¹, y por encima de él, es de 250-350 x 10⁻¹. Debido a la presencia de fibra de vidrio, el CTE en la dirección X es generalmente similar al de la lámina de cobre.

Cómo prevenir la deformación de las PCB

La deformación tiene un impacto significativo en la producción de placas de circuito impreso (PCB) y es un problema clave en el proceso de fabricación de PCB. Las placas con componentes montados pueden doblarse después de la soldadura, lo que dificulta la alineación de los terminales de los componentes. La placa también puede ser difícil de instalar en el chasis de una computadora o en los zócalos del dispositivo. Por lo tanto, la deformación de las PCB puede afectar el correcto funcionamiento de todos los procesos posteriores.

1. Consideraciones para el diseño de PCB:

A. Las láminas preimpregnadas entre las capas deben estar dispuestas simétricamente. Por ejemplo, en una placa de seis capas, el grosor y la cantidad de láminas preimpregnadas entre las capas 1-2 y 5-6 deben ser uniformes. De lo contrario, es probable que se produzca deformación después de la laminación.

B. La placa base y el preimpregnado para una placa multicapa deben ser del mismo proveedor.

C. Las áreas del patrón del circuito en las capas externas, caras A y B, deben estar lo más cerca posible. Si la cara A tiene una gran superficie de cobre y la cara B tiene solo unas pocas pistas, la placa de circuito impreso se deformará fácilmente después del grabado. Si la diferencia de área del circuito entre las dos caras es demasiado grande, se pueden añadir rejillas independientes a la cara con menos trazas para equilibrarla.

2. Horneado de la placa antes del corte:
   El horneado del laminado revestido de cobre antes del corte (150 °C durante 8 ± 2 horas) tiene como objetivo eliminar la humedad de la placa y curar completamente la resina en su interior, eliminando aún más cualquier tensión residual, lo que ayuda a prevenir la deformación.

3. Dirección de urdimbre y trama del preimpregnado:
   Después de la laminación, las tasas de contracción del preimpregnado en las direcciones de urdimbre y trama difieren. Por lo tanto, es necesario distinguir cuidadosamente las direcciones de urdimbre y trama durante el corte y el apilado. De lo contrario, es probable que el tablero terminado se deforme después de la laminación, lo cual es difícil de corregir incluso con el horneado a presión.

4. Alivio de tensiones después de la laminación:
   Tras el prensado en caliente y en frío, retire el tablero multicapa, recorte o frese las rebabas y colóquelo en un horno a 150 °C durante 4 horas para liberar gradualmente la tensión y curar completamente la resina. Este paso es esencial.

5. Enderezamiento de tableros delgados durante la galvanoplastia:
   Para el enchapado de superficies y patrones de tableros multicapa ultrafinos (0,4-0,6 mm), se requieren rodillos de sujeción especiales. Tras sujetar los tableros delgados a la barra estabilizadora en la línea de galvanoplastia automatizada, se utiliza una varilla redonda para conectar los rodillos a lo largo de toda la barra de sujeción, enderezando así todos los tableros sobre los rodillos y evitando la deformación después de la galvanoplastia.

6. Tratamiento de tableros deformados:
   En fábricas bien gestionadas, los tableros impresos se someten a una inspección de planitud del 100 % durante la inspección final. Las tablas no aptas se retiran y se colocan en un horno, donde se hornean a 150 °C bajo alta presión durante 3 a 6 horas y luego se dejan enfriar de forma natural bajo alta presión.

Luego, se libera la presión y se retira la tabla para comprobar su planitud. Esto puede salvar algunas tablas, pero otras pueden necesitar dos o tres rondas de horneado y prensado para nivelarlas. Si no se implementan las medidas antideformación mencionadas anteriormente, algunas tablas quedarán inservibles incluso después del horneado y prensado y deberán ser raspadas.