De acordo com o relatório Processo de fabricação de PCBO empenamento de PCB é um problema comum que os fabricantes enfrentam. Quando uma placa de circuito impresso sofre empenamento, seu desempenho e confiabilidade são afetados. O empenamento pode causar diversos problemas, como desalinhamento de componentes, baixa qualidade de soldagem e até mesmo mau funcionamento do dispositivo. Portanto, para fabricantes e projetistas de PCB, é fundamental entender completamente esse problema. Neste blog, explicaremos o que causa o empenamento de PCB e, mais importante, como prevenir esse problema. Vamos continuar lendo.
O que é empenamento de PCB?
A deformação de PCB é um defeito em que as placas de PCB ficam distorcidas ou dobradas, saindo de sua forma plana original. Isso pode ocorrer em PCBs sem revestimento e também em PCBAs acabados. Mas, na verdade, toda PCB apresentará uma leve deformação, o que é inevitável durante a processo de laminação na fabricação de PCB. Quanto a esta questão, existem normas IPC, incluindo IPC-6011 e IPC-6012 que especificam o nível aceitável de deformação da placa de circuito impresso. E também definem diferentes classes com diferentes tolerâncias máximas de deformação:
| Aula | Tolerância máxima de empenamento | Exemplo para uma placa de circuito impresso de 400 mm de comprimento |
| Aula 1 | até 0.2% de empenamento do comprimento do PCB | deformado até 0.8 mm |
| Aula 2 | até 0.15% de empenamento do comprimento do PCB | deformado até 0.6 mm |
| Aula 3 | até 0.1% de empenamento do comprimento do PCB | deformado até 0.4 mm |
| Aula 4 | até 0.05% de empenamento do comprimento do PCB | deformado até 0.2 mm |
Como medir a deformação do PCB?
Existem 5 métodos comumente usados para medir empenamento em PCBs:
- Método de medidor de folga
Use calibradores de folga para medir a deformação entre os pontos alto e baixo da placa de circuito impresso deformada. Isso geralmente é usado para valores elevados de deformação.
- Medidor de altura
Neste método, precisamos usar um medidor de altura mecânico ou digital para medir a diferença de altura entre os pontos alto e baixo, o que nos permite obter um resultado preciso da empenamento em polegadas ou milímetros.
- Medidor de Contorno
Um medidor de contorno é usado para traçar o formato da PCB deformada. Ao posicionar o medidor na superfície, ele se ajusta ao contorno da placa, permitindo uma avaliação visual ou medida da deformação. Este método é particularmente útil para deformações de formato irregular.
- Perfilômetro Óptico
Este método proporciona uma medição altamente precisa, utilizando o perfilômetro óptico para escanear a PCB deformada e, em seguida, criar um perfil 3D da superfície da PCB. Assim, conseguimos identificar até mesmo deformações mínimas na placa.
- Método dos Elementos Finitos (FEM)
O método dos elementos finitos é uma abordagem computacional que simula e analisa a deformação de PCBs sob diversas condições de estresse. Ao inserir propriedades do material e fatores ambientais, o FEM prevê a deformação potencial e auxilia os fabricantes a projetar PCBs com riscos mínimos de deformação.
Principais causas de deformação do PCB
- Assimetria de empilhamento
Camadas de PCB dispostas assimetricamente causariam deformações na placa. Nesse caso, as tensões térmicas não seriam distribuídas uniformemente pela placa durante o processo de aquecimento. Como resultado, a placa de PCB ficaria deformada ou curvada após o resfriamento.
- Distribuição desigual de cobre
Uma PCB pode ficar deformada se o cobre em cada camada não for distribuído uniformemente. Em uma PCB, uma quantidade significativamente maior ou menor de cobre em um lado do que no outro pode levar a uma expansão desigual, causando deformação.
- Incompatibilidade de materiais
Diferentes materiais têm diferentes coeficientes de expansão térmica (CTE) e Tg, que se expandem e contraem em taxas diferentes durante o aquecimento e o resfriamento. Essa tensão desigual causa deformação na placa, especialmente durante mudanças de temperatura em processos como a soldagem por refluxo.
- Manuseio inadequado da placa
Se você prender uma placa com muita força durante a soldagem por onda ou por refluxo, poderá causar deformações. Quando uma placa presa é aquecida, ela precisa se expandir naturalmente. Se você a prender para evitar a expansão, a placa pode se deformar permanentemente, especialmente se tiver componentes pesados que precisam ser soldados.
Leitura adicional: Soldagem por onda vs. soldagem por refluxo: qual é a diferença?
- Controle de Processo Fraco
Durante o processo de fabricação de PCBs, ciclos de temperatura em várias etapas fazem com que o material da placa de circuito se expanda e contraia repetidamente. Ciclos de temperatura excessivos ou controle inadequado do processo podem levar a graves problemas de empenamento.
Como evitar a deformação do PCB?
- Técnicas de Gerenciamento Térmico
Podemos reduzir a possibilidade de deformação de PCBs implementando técnicas eficazes de gerenciamento térmico. Por exemplo, otimizando os perfis de solda por refluxo para minimizar gradientes térmicos e garantir aquecimento e resfriamento uniformes. Além disso, incorporando recursos de alívio térmico em projetos de PCBs para dissipar o calor de forma mais eficaz.
- Projeto de PCB otimizado
Durante o processo de projeto da placa de circuito impresso (PCB), é fundamental garantir o posicionamento equilibrado dos componentes e o roteamento otimizado dos traços. Além disso, devemos usar pré-impregnados intercalares simétricos e áreas de cobre iguais em ambos os lados da placa para manter a distribuição térmica uniforme, evitando assim a deformação da placa.
- Seleção de material
Ao escolher materiais, é essencial escolher aqueles com propriedades térmicas e mecânicas compatíveis, o que pode minimizar o risco de deformação da PCB. Para materiais de substrato, considere usar FR4, pois oferece boa estabilidade. Além disso, substratos mais finos são melhores, pois têm menos probabilidade de deformação.
- Distribuição uniforme de cobre
Certifique-se de que a folha de cobre esteja distribuída uniformemente em ambos os lados da placa de circuito impresso, o que ajuda a manter a condução de calor consistente e evitar a deformação da placa. Camadas complementares devem ter cobertura de cobre semelhante, o que pode envolver o uso de cobre para preencher áreas não utilizadas em um dos lados. Ao fazer isso, é importante definir as folgas adequadas nas regras de projeto, especialmente se a camada preenchida precisar suportar impedância controlada.
- Asse os PCBs antes da montagem
Antes da montagem dos componentes, o cozimento da placa de circuito impresso é uma etapa crítica. Esse processo remove a umidade da placa e, por outro lado, ajuda a curar completamente a resina do laminado e reduz o estresse residual, reduzindo o risco de deformação da placa de circuito.
- Armazenamento adequado
Evitar empilhar e armazenar os painéis de forma adequada também pode evitar a deformação da placa de circuito impresso. O ambiente de armazenamento deve ser seco e com temperatura controlada. Os painéis devem ser armazenados na horizontal, com suporte adequado para evitar entortamentos ou deformações durante o armazenamento.
A deformação do PCB pode ser corrigida?
Uma vez que ocorre uma deformação na PCB, muitas vezes é difícil "consertá-la" completamente, especialmente quando o problema ocorre em uma placa ou PCBA sem revestimento. Embora algumas deformações menores possam ser corrigidas por refluxo ou cozimento da placa sob condições controladas para reduzir as tensões internas, deformações graves geralmente são irreparáveis, exigindo substituição. Portanto, em vez de gastar energia tentando consertar um lote de PCBs deformados, é melhor investigar a causa raiz e evitar que a situação se repita.
Considerações Finais
A deformação de PCBs é um desafio recorrente durante o processo de fabricação de eletrônicos. É difícil de corrigir quando ocorre, mas pode ser prevenida identificando as causas e implementando medidas importantes, como mencionado acima. A MOKO Technology, fabricante experiente de PCBs e PCBAs com quase 20 anos de experiência, produz placas de alta qualidade que atendem aos padrões IPC e ISO. Garantimos que as placas que entregamos aos nossos clientes estão livres de problemas de deformação. Fale conosco hoje mesmo para discutir seu projeto de PCB e obter um orçamento gratuito!
