Análisis exhaustivo de la deformación y el alabeo de las placas de circuito impreso

1. ¿Qué es la deformación de PCB?

La deformación de las placas de circuito impreso (PCB) se refiere al cambio de forma que sufren estas placas durante su producción o uso, lo que provoca la pérdida de su planitud original. Cuando se coloca una PCB en posición horizontal sobre una mesa, el porcentaje de deformación se calcula midiendo la distancia entre el punto más alto y la mesa, dividida por la longitud diagonal de la placa.

Fórmula para calcular la deformación: Deformación = (Altura de deformación de una esquina / (Longitud diagonal de la PCB × 2)) × 100 %

Normas sobre deformaciones de placas de circuito impreso

2. Impactos graves de la deformación por PCB

2.1 Proceso de fabricación

• Dificultades de montajeEn las líneas SMT automatizadas, las placas de circuito impreso irregulares provocan imprecisiones en el posicionamiento, lo que impide la inserción o el montaje adecuado de los componentes.
• Daños en el equipo: Una deformación grave puede dañar las máquinas de inserción automática, provocando paradas en la línea de producción.
• Defectos de soldadura: La deformación provoca una distribución desigual del calor en las juntas de soldadura, lo que causa problemas como la soldadura virtual y el efecto «tombstoning».

2.2 Fiabilidad del producto

• Problemas de montaje: Las placas deformadas después de la soldadura dificultan el recorte limpio de los cables de los componentes, lo que impide su correcta instalación en el chasis o los zócalos.
• Riesgos a largo plazoLos puntos de concentración de tensión son propensos a la rotura del circuito en entornos con ciclos de altas y bajas temperaturas.
• Degradación del rendimiento: Casos en los que los sistemas de radar para automóviles fallaban con frecuencia tras la exposición al calor del verano debido a una deformación excesiva.

3. Principales causas de la deformación de los PCB

3.1 Factores materiales

• Desajuste CTE: Diferencia significativa en el coeficiente de expansión térmica entre la lámina de cobre (17×10⁻⁶/℃) y el sustrato FR-4 (50-70×10⁻⁶/℃).
• Calidad del sustrato: Un valor bajo de Tg, una alta absorción de humedad o un curado incompleto reducen la estabilidad dimensional.
• Asimetría material: Marcas de núcleos y placas PP incompatibles o diferencias de grosor en placas multicapa.

3.2 Cuestiones de diseño

• Distribución desigual del cobre: Grandes áreas de cobre en un lado frente a circuitos dispersos en el otro, lo que provoca una deformación hacia el lado con deficiencia de cobre durante el calentamiento.
• Estructura asimétrica: Capas dieléctricas especiales o requisitos de impedancia que dan lugar a estructuras de laminación desequilibradas.
• Áreas huecas excesivas: Demasiadas zonas huecas en placas grandes, propensas a doblarse tras la soldadura por reflujo.
• Profundidad excesiva del corte en V: Compromete la integridad estructural, con un riesgo mayor cuando el espesor residual es ≤1/3 del espesor del tablero.

3.3 Procesos de producción

Análisis de deformaciones inducidas por procesos:

• Proceso de laminaciónControl inadecuado de la temperatura y la presión, curado desigual de la resina.
• Procesamiento térmico: Nivelación con aire caliente (250-265 ℃), horneado de máscara de soldadura (150 ℃), soldadura por reflujo (230-260 ℃)
• Proceso de enfriamiento: Velocidad de enfriamiento excesiva, alivio de tensión insuficiente.
• Estrés mecánico: Procesos de apilado, manipulación y horneado.

3.4 Almacenamiento y entorno

• Efectos de la humedad: Absorción de humedad y expansión del laminado revestido de cobre, especialmente significativo en paneles de una sola cara con áreas de absorción más grandes.
• Métodos de almacenamiento: Almacenamiento vertical o compresión excesiva que provoca deformación mecánica.
• Fluctuaciones de temperatura y humedad: Superando los rangos estándar de 15-25 ℃/40-60 % HR.

4. Medidas para mejorar y prevenir la deformación de las placas de circuito impreso (PCB)

4.1 Optimización de la selección de materiales

Tabla de estrategia de selección de sustrato:

4.2 Estrategias de optimización del diseño

Diseño de equilibrio de cobre

• Diseño simétricoControlar la diferencia en el área de cobre entre los lados A/B dentro del 15 %.
• Vertido de cobre basado en cuadrículasCambiar el cobre continuo a un patrón de rejilla (anchura/espaciado de línea ≥0,5 mm), reduciendo la tensión térmica en un 30 %.
• Tratamiento de áreas huecas: Añadir bloques de cobre equilibrados o procesar el vertido de cobre en los bordes.

Fundamentos del diseño estructural

• Equilibrio entre capas: Garantizar una distribución simétrica de la lámina de PP en placas multicapa, con un espesor uniforme entre 1-2 y 5-6 capas.
• Selección del grosor: Espesor recomendado ≥1,6 mm para placas SMT; el riesgo de deformación aumenta tres veces en placas con un espesor inferior a 0,8 mm.
• Diseño del panel: Utilice estructuras de paneles tipo X para dispersar la tensión, con un control adecuado del espesor residual del corte en V.

4.3 Control del proceso de producción

Optimización del proceso de laminación

Ejemplo de proceso de presión por etapas:

• Etapa de penetración: 5-10 kg/cm² para un flujo completo de resina.
• Etapa de difusión: 20-25 kg/cm² para una unión óptima entre capas.
• Etapa de curado: 30-35 kg/cm² para el curado completo.

Perfil de control de temperatura:

• Tasa de calentamiento: Calentamiento lento a 1 ℃/min.
• Etapa de remojo: Remojo gradual a 130 ℃/150 ℃ durante 10 minutos cada uno.
• Efecto: Mejora del 40 % en la uniformidad del flujo de resina.

Puntos clave de control del proceso

1. Precorte Horneado: 150 ℃, 8 ± 2 horas para eliminar la humedad y liberar la tensión.
2. Tratamiento con preimpregnados: Distinguir las direcciones de la urdimbre y la trama (la tasa de contracción de la urdimbre es un 0,2 % inferior a la de la trama).
3. Control de refrigeración: Utilice enfriamiento gradual, con una pausa de 5 minutos por cada descenso de 10 ℃.
4. Nivelación con aire caliente posterior: Enfriamiento natural sobre losas de mármol, evitando el enfriamiento rápido.

4.4 Gestión del almacenamiento y el transporte

• Control Ambiental: 15-25 ℃, 40-60 % HR, fluctuaciones a corto plazo ≤10 % HR/4 horas
• Métodos de apilamiento: Apilamiento horizontal ≤30 hojas (≤20 para tableros de precisión), evitar el almacenamiento vertical.
• Protección del embalaje: Bolsas de aluminio al vacío + desecante de gel de sílice (≥5 g/m²), aislamiento con material amortiguador.

5. Métodos de reparación de deformaciones en placas de circuito impreso (PCB)

5.1 Reparación durante el proceso

• Nivelación con rodillos: Tratamiento inmediato de tableros deformados descubiertos durante los procesos mediante máquinas niveladoras de rodillos.
• Nivelación en caliente: Utilice moldes con forma de arco para hornear y nivelar cerca de la temperatura Tg del sustrato.

5.2 Reparación de tablas terminadas

Pasos para el moldeado en caliente con prensa:

1. Coloque la PCB deformada con la superficie curvada orientada hacia la superficie del molde.
2. Ajuste los tornillos de fijación para deformar la placa de circuito impreso en la dirección opuesta.
3. Colocar en el horno y calentar cerca de la temperatura Tg del sustrato.
4. Mantenga durante el tiempo suficiente para una relajación completa del estrés.
5. Retirar del molde después de enfriar y estabilizar.

6. Detección y control de calidad

Comparación de métodos de detección de deformaciones en placas de circuito impreso (PCB)

Técnicas prácticas de control de calidad

• Inspección de entrada: Utilice una regla y una galga para medir los espacios en las cuatro esquinas y en el punto medio de los bordes largos, y avise si superan los 0,3 mm.
• Pre-soldaduraEl precalentamiento es especialmente necesario para las placas de cobre gruesas a fin de liberar la tensión.
• Supervisión periódica: Compruebe la oxidación de la lámina de cobre si el almacenamiento supera los 6 meses (deseche si la diferencia de color ΔE>5).

Resumen resumen

La deformación de las placas de circuito impreso (PCB) es un factor crítico que afecta a la calidad de los productos electrónicos. Mediante medidas multidimensionales que incluyen la selección de materiales, la optimización del diseño, el control de procesos y la gestión del almacenamiento, la deformación puede controlarse eficazmente dentro de los límites requeridos. En el caso de los problemas de deformación existentes, también se pueden recuperar las pérdidas mediante métodos de reparación adecuados. El control de la deformación de las PCB no es solo una cuestión técnica, sino también un reflejo global de la gestión de costes y calidad, que requiere la colaboración de los departamentos de diseño, producción y calidad.