Causas de deformación de componentes en una PCB

Un empleado de un fabricante de PCB me explicó una vez que pensaban que teníamos un problema con la deformación de un encapsulado. Antes de esto, suponía que esto era muy poco probable en los encapsulados de componentes estándar utilizados en una PCBA. Desafortunadamente, la deformación de componentes puede ocurrir tanto en una PCB como en los componentes. La mala manipulación mecánica que lleva a la flexión es obvia, pero hay otros problemas potenciales que podrían causar la deformación de los componentes sin que haya un impacto mecánico involucrado.

En este artículo, daremos una descripción general de la deformación en una PCB, específicamente en la placa de circuito y en los componentes. La posibilidad de deformación en la placa de circuito debería ser obvia, dado que los materiales laminados de PCB son ligeramente flexibles, pero la posibilidad de deformación en los componentes no es tan obvia.

Dónde ocurre la deformación de los componentes de una PCB

La deformación de los componentes puede producirse durante el montaje de la PCB o incluso antes  de llegar a la instalación de montaje. Ocasionalmente, recibirás componentes con el embalaje deformado, ya sea doblado o no perfectamente plano, algo que se ha producido durante la fabricación o el envío. La mayoría de las veces, la deformación de los componentes y montajes es muy leve, y la presencia de tal deformación no causará problemas en la funcionalidad o confiabilidad del montaje.

Cuando la deformación es más grave, puede ser difícil encontrar el fallo antes de empezar a probar los componentes o usar el dispositivo. Desafortunadamente, una vez que los componentes llegan a la instalación de montaje, probablemente no estés en condiciones de empezar a probarlos en un dispositivo para verificar que estén planos. A menos que estén deformados de forma muy evidente, se colocarán en el sistema de selección y colocación de inmediato. Una vez que estos componentes se hayan incorporado a la placa, será difícil demostrar si la deformación se produjo antes o después de tu procesamiento y manipulación.

Para resumir brevemente, la deformación de componentes puede surgir en las siguientes situaciones:

• Durante la producción de componentes, cuando los componentes no se han examinado correctamente durante la producción o el embalaje.
• Durante el montaje de la PCB, cuando el proceso de soldadura crea un defecto en el componente.
• Cuando la PCB se deforma, lo que puede generar una deformación en algunos componentes.
• Durante el transporte, cuando un impacto mecánico o choque daña la placa y/o los componentes.

Defectos de montaje que causan la deformación de componentes

El impacto de la deformación de los componentes puede ser lo suficientemente pequeño como para no notarlo o puede causar problemas eléctricos latentes. Podría decirse que el peor de los casos es cuando el ciclo repetido y la deformación debilitan una junta de soldadura lo suficiente como para causar una avería prematura o intermitente. Los factores que pueden llevar a la deformación de los componentes durante el montaje incluyen:

• Ciclos térmicos
• Desajuste de CTE
• Desgasificación

El caso más sencillo en el que los ciclos repetidos provocan la deformación de los componentes se debe a los ciclos repetidos. Uno de los lugares donde aparecen estos problemas eléctricos es en los procesadores grandes con encapsulados de matriz de rejilla de bolas, donde los componentes tienen una gran área superficial que se ve afectada por la deformación. Los encapsulados en un sustrato orgánico también pueden verse afectados por los ciclos térmicos y experimentar deformación, ya que pueden tener un desajuste de CTE en comparación con los laminados circundantes.

Cuando el desajuste entre un encapsulado de componentes y la placa es grande, se produce una deformación que aumenta la distancia entre la PCB y la carcasa, con varias consecuencias posibles. En algunos casos, si una bola de soldadura "cae" y se queda baja en la PCB en lugar de conectarse al componente, podría producirse un circuito abierto o la soldadura podría fluir y puentear otras conexiones. En otros casos, la bola de soldadura se estirará para realizar la conexión a la temperatura adecuada. Se ve un circuito, pero la soldadura en la unión se vuelve más estrecha y, a veces, tiene una forma extraña, lo que hace que la junta sea menos fiable con el tiempo. Los impactos de estas soldaduras realizadas incorrectamente son mucho peores a medida que disminuye la distancia entre las almohadillas de la BGA.

Si la superficie se deforma, por lo general cuando las esquinas y los bordes se curvan durante el reflujo, entonces de repente tendrás demasiada soldadura debajo de tu componente. A menudo se desprende de la almohadilla, haciendo un puente con otras almohadillas de soldadura y cortocircuitándolas, tal y como se ve en la siguiente imagen.

Incluso es posible, aunque poco habitual, que una fabricación deficiente pueda provocar la desgasificación. Esto puede crear una burbuja dentro del embalaje o crear una distorsión en la carcasa. Sin embargo, la causa más común de la deformación son los problemas térmicos. El reprocesamiento puede ocasionar deformaciones en los componentes durante el procesamiento por reflujo, o un desajuste térmico entre el embalaje y la soldadura puede provocar deformaciones cuando los materiales experimentan una expansión térmica a diferentes velocidades.

Para obtener más información sobre la deformación en placas de circuito y algunas estrategias para evitar la deformación de la PCB, consulta este artículo.

Algunas prácticas sencillas para evitar la deformación de la PCB

Afortunadamente, hay algunas opciones que pueden ayudar a evitar o reducir la deformación de los componentes de la PCB. En primer lugar, utiliza almohadillas definidas por la máscara de soldadura. Las almohadillas no definidas por la máscara de soldadura tendrán una altura de soldadura fundida mucho menor. Esto se debe a que la soldadura fundida no tiene tanta área absorbente para expandirse. También se pueden ajustar los materiales y las temperaturas del proceso, a menudo bajando las temperaturas, o reducir el desajuste térmico entre una soldadura sin plomo y los componentes, lo que puede mejorar drásticamente los resultados. Si tienes esquinas que se curvan durante el reflujo, puedes usar espaciadores para sostenerlas hasta que se hayan enfriado.

Por último, limita el número de ciclos de soldadura o reelaboración, y no fijes la PCB durante los ciclos de soldadura. El estrés térmico inducido en la PCB puede llevar a la deformación de los componentes, en la PCB o en ambos. Principalmente, este es un desafío de la PCB, pero el ciclo térmico repetido en las regiones de la placa con alta discrepancia puede conducir a la deformación de componentes, particularmente en encapsulados con un sustrato orgánico y en BGA. Conocer los componentes de la placa puede ayudarte a identificar qué piezas tendrán menos cambios o defectos de montaje durante la producción o el reprocesamiento.

Cuando necesites especificar tus requisitos de diseño y producción y preparar tu placa para la fabricación, utiliza el conjunto de herramientas de diseño de PCB en Altium Designer^®. Cuando hayas terminado el diseño y desees enviar los archivos al fabricante, la plataforma Altium 365^™ te facilitará la colaboración y el uso compartido de los proyectos.

Esto es solo una muestra de todo lo que es posible con Altium Designer en Altium 365. Empieza hoy mismo tu prueba gratuita de Altium Designer + Altium 365.

Echa un vistazo a Altium en acción...

Poderoso diseño para PCB