Prevenção de Empenamento de PCB: Melhores Práticas para Design e Fabricação

No processo de design e fabricação de equipamentos eletrônicos, o empenamento da PCB (Placa de Circuito Impresso) é um problema comum, mas problemático. O empenamento da PCB não afeta apenas o desempenho e a confiabilidade do dispositivo, mas também pode causar problemas de conectividade e outras consequências graves. Portanto, é crucial entender como prevenir e resolver o empenamento da PCB. Este artigo explorará algumas práticas recomendadas em design e fabricação para ajudá-lo a prevenir eficazmente o empenamento da PCB .

O que é empenamento de PCB?

O empenamento da PCB refere-se à curvatura ou torção de uma placa de circuito (também conhecido como arqueamento ou torção). Ocorre quando a placa originalmente plana tem suas extremidades ou o meio ligeiramente elevados quando colocada em uma superfície plana.

Na produção real, a maioria das PCBs exibe algum grau de arqueamento ou torção em vez de ser perfeitamente plana. O empenamento é tipicamente medido como uma porcentagem usando o Método 2.4.22 da IPC-TM-650, calculando o desvio máximo em relação ao comprimento diagonal da placa.

De acordo com os padrões IPC, o empenamento permitido para uma placa PCB com componentes de montagem em superfície é de 0,75%, enquanto para uma placa PCB sem componentes de montagem em superfície, é de 1,5%. No entanto, para atender às demandas de colocação de alta precisão e alta velocidade, alguns fabricantes de montagem eletrônica têm requisitos mais rigorosos para o empenamento. Alguns requisitos permitem 0,5% de empenamento, e alguns até exigem 0,3%.

Os Perigos do Empenamento de PCB

Isso dificulta a instalação de componentes eletrônicos SMT, levando a um mau contato entre os componentes (incluindo chips integrados) e as juntas de solda da placa PCB.

Aumenta a dificuldade de montagem de componentes eletrônicos e dificulta o corte dos pinos.

Durante o processo de soldagem por onda, algumas ilhas de solda podem não se conectar efetivamente à superfície de solda devido ao empenamento.

Esses problemas não afetam apenas a eficiência da produção, mas também podem levar à degradação do desempenho do equipamento e problemas de confiabilidade. Portanto, é crucial prevenir e resolver o empenamento da PCB para garantir a estabilidade e confiabilidade dos dispositivos eletrônicos.

Causas do Empenamento de PCB

Deformação causada pelo peso da placa de circuito.

O peso da placa de circuito faz com que ela afunde e se deforme. No forno de refluxo, os dois lados da placa atuam como pontos de apoio para sustentar toda a placa. Se houver objetos pesados na placa ou se o tamanho for muito grande, isso fará com que a placa afunde no meio, levando à curvatura.

O Efeito do Corte em V na Deformação do Painel

O corte em V é um fator significativo que compromete a estrutura da placa, pois cria ranhuras na grande peça original da placa, tornando a deformação mais provável no corte em V.

Empenamento causado pelo processo de prensagem da PCB

O empenamento causado pelo processo de prensagem (laminação) da PCB resulta principalmente de tensão térmica residual, distribuição desigual do padrão entre as camadas, uso excessivo de prepreg, aumento da espessura total sem balanceamento adequado e desafios em eliminar completamente as tensões internas durante a cura. A JLCPCB recomenda projetar stackups simétricos (distribuição igual de cobre e espessura de núcleo/prepreg em ambos os lados da placa) para minimizar esses problemas.

Armazenamento Inadequado

Empilhar placas ou suporte inadequado de prateleira durante o armazenamento pode resultar em deformação mecânica, especialmente para placas finas.

A área da superfície de cobre é irregular

Com mais em um lado e menos no outro, resultando em tensão superficial irregular e temperatura excessiva causando o empenamento da placa.

Como Prevenir o Empenamento da Placa de Circuito

● Design otimizado:

Garanta que o design esteja em conformidade com os requisitos padrão de tamanho e peso e evite designs excessivamente grandes ou pesados.

Organize razoavelmente o design do Corte em V para reduzir danos à estrutura da placa. De acordo com as diretrizes da JLCPCB, mantenha um tamanho mínimo de painel de 70×70 mm, mantenha componentes e cobre a pelo menos 1,0 mm de distância dos cortes em V e garanta que o ângulo do corte em V seja de 25° com ranhura apenas em linha reta.

● Seleção de Material:

Use um substrato de PCB de alta qualidade, como FR-4 reforçado com fibra de vidro, para reduzir a possibilidade de empenamento. A JLCPCB oferece FR-4 padrão com espessuras de placa de 0,2 mm a 3,2 mm; recomendamos a espessura comum de 1,6 mm para um equilíbrio ideal entre rigidez mecânica e custo, pois placas mais espessas fornecem maior resistência à flexão e empenamento sob estresse térmico ou mecânico.

● Armazenamento adequado:

Durante o armazenamento de produtos semiacabados, é importante evitar empilhar e armazenar painéis de forma inadequada, especialmente os finos.

● Distribuição uniforme da folha de cobre:

Distribua uniformemente a folha de cobre em ambos os lados da PCB (e em todas as camadas) para garantir condução de calor e desempenho do material consistentes. Um desequilíbrio significativo na densidade de cobre entre as camadas pode causar expansão térmica desigual; a JLCPCB aconselha balancear a cobertura de cobre (idealmente dentro de 30–70% por camada) para minimizar o empenamento durante a laminação e o refluxo.

Solução para Empenamento na Soldagem da Placa de Circuito

1. Controlar a temperatura: Durante o processo de soldagem por refluxo, mantenha a temperatura uniforme em diferentes áreas da placa. Isso pode ser alcançado otimizando o perfil de refluxo (por exemplo, convecção superior/inferior balanceada) ou ajustando as configurações de zona. Garanta o molhamento completo da solda para evitar vazios.

2. Otimizar a estrutura: O design estrutural da placa de circuito também impactará o empenamento da soldagem. Portanto, podemos reduzir a perturbação térmica durante o processo de soldagem e minimizar o empenamento da placa de circuito modificando a estrutura da placa de circuito e ajustando a posição das juntas de solda.

3. Reforçar a placa de circuito: Para lidar com empenamentos soldados em placas de circuito, o reforço pode ser aplicado como uma solução. Por exemplo, o suporte pode ser reforçado em áreas onde a placa de circuito está severamente empenada, ou juntas de solda podem ser adicionadas nas áreas empenadas.

4. Substituir o material: Se nenhuma das medidas acima for eficaz, considere substituir o material. Escolher materiais com coeficientes de expansão térmica mais baixos ou implementar tecnologia de colagem de superfície pode ajudar a minimizar o empenamento da solda da placa de circuito.

FAQ

P: Qual é o empenamento máximo permitido de acordo com os padrões IPC?

Para placas SMT é 0,75%; para placas não SMT é 1,5%. A JLCPCB pode alcançar tolerâncias mais rigorosas (até 0,5%) mediante solicitação especial.

P: Usar uma PCB mais espessa ajuda a reduzir o empenamento?

Sim. A espessura padrão de 1,6 mm oferece a melhor rigidez; placas mais espessas (até 3,2 mm) são significativamente menos propensas a dobrar sob estresse térmico.

P: Como a panelização com Corte em V afeta o empenamento?

Os Cortes em V enfraquecem a estrutura do painel. Siga as diretrizes da JLCPCB: tamanho mínimo do painel 70×70 mm e mantenha 1,0 mm de folga de componentes e cobre.

P: O que devo fazer se minha PCB montada ainda empenar?

Verifique novamente o balanceamento de cobre e o stackup simétrico no design. Durante o refluxo, use fixadores de placa ou otimize o perfil de temperatura para aquecimento uniforme.