Estrategias probadas para eliminar la deformación (warpage) de PCB y garantizar un rendimiento fiable

Hoy en día, los productos electrónicos exigen miniaturización y alta precisión, por lo que la miniaturización de componentes se ha convertido en una tendencia de desarrollo esencial. Cuando los componentes miniaturizados están listos para ensamblarse en PCBs de gran área, se debe imponer un requisito mucho mayor a la planicidad de la placa. Naturalmente, se ha convertido en un tema esencial para los fabricantes de PCB considerar cómo reducir el grado de deformación de las PCBs.

Según las regulaciones de fabricación confirmadas por IPC-600, la deformación de las PCBs que están listas para pasar por ensamblaje SMT debe ser del 0.75% como máximo. Sin embargo, cuando se trata de ensamblaje de componentes pequeños en placas de circuito con grandes áreas, esa regulación no funciona. En general, para satisfacer las demandas de ensamblaje de componentes miniaturizados en placas de PCB con grandes áreas, la deformación de la PCB debe reducirse al 0.5% o menos.

Análisis de la deformación (Warpage)

El problema de la deformación se analizará primero en esta parte del artículo con una muestra de PCB de 8 capas cuyo tamaño es 248mm±0.25x162.2±0.20. La deformación de esta placa debe ser del 0.5%, pero su deformación práctica después del primer lote de producción cae en el rango de 2.5% a 3.2%.

La estructura de capas de un PCB de 8 capas se demuestra a continuación.

La proporción de residuo de cobre para cada capa se demuestra en la siguiente figura.

Basado en el análisis anterior, la característica sobresaliente de esta placa de muestra es la distribución desigual de cobre de cada capa. Además, el cobre es relativamente grueso. Como resultado, se produce la deformación de la placa.

Soluciones para vencer la deformación de PCB

• Esquema #1

El método principal para equilibrar el residuo de cobre entre capas de la placa radica en agregar vertido de cobre en áreas en blanco.

Para reducir el estrés de deformación de la placa, es una idea aceptable reducir el tamaño del panel con un método de panelización por rotación. Cuando se trata de esta PCB de muestra, el tamaño del panel debe modificarse de 610mmx520mm a 610mmx356mm. El array del panel del anterior es 3x2 mientras que el del posterior es 2x2.

Debido a las medidas de mejora anteriores, la proporción de residuo de cobre se demuestra en la Figura 3 a continuación. Después de tales modificaciones, la deformación se modificó para estar en el rango de 2.0% a 2.9%, que recibe una mejora obvia pero aún un poco lejos del requisito de 0.5%.

• Esquema #2

Basado en el Esquema #1, se agrega rigidez a la placa. Después de tal modificación, la estructura de capas de la placa de PCB puede indicarse en la siguiente figura.

La implementación de este esquema hace que la deformación del PCB esté en el rango de 2.0% a 2.9%. Evidentemente, este esquema no funciona en la resolución del problema de deformación, indicando que hay poca correlación entre la deformación y la rigidez de la placa. Necesitamos seguir optimizando el Esquema #1, es decir, buscando más formas de equilibrio de residuo de cobre.

• Esquema #3

Basado en el Esquema #1, la Capa 2 y la Capa 6 deben intercambiarse entre sí. La proporción de residuo de cobre para cada capa de PCB después de la aplicación del Esquema #3 se muestra como la Figura 5 a continuación.

De acuerdo con el Esquema #3, la deformación del PCB permanece dentro del 0.5% y aún permanece en el 0.5% incluso después de dos soldaduras por reflujo, lo cual es compatible con la demanda. Además, una producción de prueba de 300 piezas verifica la fiabilidad de este esquema. Como resultado, el Esquema #3 funciona mejor entre todos los esquemas.

Según los experimentos anteriores, dado que la distribución entre todas las capas dieléctricas es uniforme, es la distribución desigual de cobre la que conduce a la deformación del PCB. A través del equilibrio del residuo de cobre en cada capa de la placa de PCB, la deformación de la placa se reduce del rango de 2.5% a 3.2% al rango dentro del 0.5%, indicando que la solución central para el problema de deformación de PCB radica en el equilibrio del residuo de cobre entre capas dieléctricas y capas de cobre. Por lo tanto, en lo que respecta a la deformación durante el proceso de ensamblaje, la igualación debe lograrse mediante el layout de componentes, distribución térmica y distribución de ensamblaje para que la deformación de la placa pueda disminuirse con la calidad del producto garantizada.

Recursos útiles
• Factores que determinan el número de capas y distribución de capas en PCBs
• Fabricación de PCB Multicapa
• Las Reglas Clave de Diseño de PCB que Debe Conocer
• Elementos de Diseño de PCB que Influyen en la Fabricación SMT