Você pode consertar uma PCB empenada?

Antes de nos aprofundarmos neste artigo, vou dar-lhe a resposta simples. Provavelmente, você não conseguirá corrigir a deformação na sua PCB depois que ela já foi fabricada. Você pode prevenir que uma placa não deformada se torne deformada durante a montagem, mas apenas se os materiais forem selecionados adequadamente e a placa for colocada corretamente no reflow.

Vamos revisar alguns desses pontos neste artigo, e eu examinarei alguns pontos que podem ajudá-lo a recuperar uma placa deformada. Note que corrigir a deformação em uma placa de circuito não montada é uma tarefa avançada, e requer aquecimento e prensagem da placa acima da sua temperatura de transição vítrea. Se você é um designer individual e recebeu um lote de placas de circuito nuas ou montadas de um fabricante, não há como consertá-las. É melhor descartá-las. Eu explicarei o motivo mais tarde neste artigo.

Como Prevenir a Deformação em uma PCB

Antes de olharmos para a prevenção de deformação em uma PCB, vamos olhar para algumas das causas da deformação:

• Orientação mista em um painel: É tentador orientar as placas de modo que a orientação em um painel seja mista para que o número de placas por painel seja maximizado.
• Incompatibilidade de CTE e Tg entre camadas: Quando esses valores não são compatíveis, haverá acúmulo de tensão em certas camadas, causando sua deformação e criando empenamento.
• Empilhamento assimétrico: Se houver uma grande assimetria na pilha de camadas além das incompatibilidades de CTE/Tg, a assimetria colocará tensão planar em algumas camadas, levando ao empenamento.
• Refluxo/onda: Ciclos repetidos com excesso de refluxo, onda e retrabalho podem causar o acúmulo de empenamento. Além disso, prender as placas pode causar empenamento durante a soldagem.

Estas são algumas das principais causas de empenamento em uma placa que precisam ser abordadas pelo designer e pelo fabricante.

Design Para o Tamanho do Painel

Às vezes, você não tem sempre o luxo de fazer isso, mas é importante considerar isso para fins de produtividade e rendimento. Se você puder projetar suas placas de modo que elas não exijam orientação mista, então você não se colocará em risco de empenamento. Uma orientação mista das placas em um painel fará com que algumas das placas não estejam orientadas ao longo do eixo longo da fibra de vidro e da borda longa do painel.

Na maioria das vezes, isso não é um problema. No entanto, se uma das diretrizes abaixo não for seguida, a orientação mista pode fazer com que algumas das placas se tornem mais suscetíveis à deformação. O resultado é que algumas das placas podem acabar deformadas, enquanto outras placas no mesmo painel não sofrerão esse problema. Se você precisar projetar uma placa ignorando algumas das diretrizes abaixo, você deve tentar orientar aquelas placas suscetíveis à deformação de modo que todas possam ficar na mesma orientação no painel, se possível, ou seja, com a borda longa da placa alinhada à borda longa do painel.

Combine Materiais no Empilhamento

É aqui que o designer terá que trabalhar com o fabricante para garantir que a placa possa ser fabricada conforme as especificações e para assegurar que a placa não se deforme durante a produção. Se você está projetando seu próprio empilhamento de PCB e está misturando diferentes materiais, certifique-se de que os valores de Tg e os valores de CTE sejam compatíveis entre si. Em outras palavras, os valores de Tg e os valores de CTE quando a temperatura excede o Tg devem ser todos semelhantes.

O motivo disso é prevenir uma incompatibilidade geral nos valores de CTE para todos os materiais no empilhamento da PCB. Em geral, incompatibilidades de CTE levam a uma expansão desigual por todo o empilhamento, o que já é conhecido por criar problemas de confiabilidade durante a operação, particularmente fraturas em vias de alta relação de aspecto. Os mesmos tipos de incompatibilidades de CTE devem ser evitados no design do empilhamento também.

Use o Derramamento de Cobre de Forma Simétrica

Esta é uma daquelas instâncias onde eu vi designers mais experientes tentarem contradizer os fabricantes com quem trabalho. O derramamento de cobre é frequentemente citado como a única maneira de garantir que a placa será fabricada sem nenhuma deformação. Embora nunca se possa chegar a zero deformação, é possível reduzi-la o suficiente para que a deformação da placa não crie defeitos de montagem. O derramamento de cobre é uma das ferramentas que um designer pode usar para equilibrar o cobre em camadas opostas.

A realidade é que o derramamento de cobre pode ser necessário apenas em camadas opostas no empilhamento. Apenas como um exemplo, considere um empilhamento de 6 camadas. A imagem abaixo mostra um simples arranjo SIG+PWR/GND/SIG/SIG/GND/SIG+PWR.

Se o preenchimento de cobre for usado na Camada 6, por exemplo, então você também deve usá-lo na Camada 1. Se o preenchimento de cobre não estiver presente na Camada 3, então ele também não deve ser usado na Camada 4. Isso torna o empilhamento simétrico em termos de materiais de camada e em termos de distribuição de cobre. O ponto importante aqui é que o preenchimento de cobre não é necessário para garantir um aquecimento uniforme em todo o empilhamento ou para prevenir a deformação, mas se você usar o preenchimento de cobre, então você deve tentar torná-lo simétrico.

Este empilhamento é uma extensão de um empilhamento alternativo de 4 camadas mas com duas camadas de sinal adicionais. As mesmas regras de design da versão de 4 camadas também se aplicam a esta versão de 6 camadas. Uma boa estratégia aqui é apenas usar o preenchimento de cobre nas camadas superior/inferior como energia e/ou terra conforme necessário.

Limite o Número de Ciclos de Onda/Refluxo

Idealmente, a placa deve passar apenas por dois ciclos de refusão (assumindo uma placa de dois lados) e, possivelmente, um ciclo de onda. Algumas indústrias especificarão um limite para o número de ciclos de refusão, onda e retrabalho permitidos para uma PCB, a fim de garantir a máxima confiabilidade da máscara de solda e prevenir o acúmulo excessivo de tensão entre as camadas que pode levar à deformação. Os montadores já têm procedimentos que usam para limitar o ciclo de refusão, então, contanto que a placa seja construída e montada corretamente, isso pode ser um não problema.

Não Conserte a Placa Durante a Soldagem

Quando uma placa está sendo montada, os componentes são primeiramente colocados e então a placa é enviada para um forno de refusão (para SMT). À medida que a placa entra no forno, ela aquece até uma temperatura geralmente acima do valor de Tg para a maioria dos materiais (particularmente FR4). Isso faz com que os materiais na pilha da PCB comecem a expandir, e eles começam a se estressar mutuamente. A placa expandirá em taxas diferentes no plano XY e ao longo do eixo z.

O problema pode vir da expansão no plano XY da placa. Se a placa for fixada em um dispositivo durante a soldagem e for impedida de expandir, esse estresse é transmitido ao longo da direção do eixo z devido à deformação. Isso criará mais estresse na direção do eixo z que pode deformar permanentemente o PCB. A deformação será pior quando houver maior desajuste de Tg e CTE entre os materiais do empilhamento. Portanto, não fixe a placa para tentar restringir a expansão, apenas permita que a placa se expanda e contraia naturalmente durante a soldagem.

Uma Placa Deformada Pode Ser Prensada Novamente?

Se você é um designer individual, provavelmente não tem acesso a uma prensa para consertar uma placa deformada. As casas de fabricação são outro assunto, e elas poderiam concebivelmente desempenar uma PCB deformada aquecendo e prensando a placa acabada.

Aqui, a suposta solução é aquecer a placa acima do valor de Tg para que a resina nos materiais do empilhamento do PCB possa fluir. Uma vez que esta temperatura é alcançada e a placa é mantida sob pressão por um período de tempo. Isso requer uma prensa metálica grande e plana que possa fornecer aquecimento uniforme para toda a PCB. Após manter sob pressão, o dispositivo e a placa devem ser deixados para esfriar naturalmente.

O problema com isso é que, essencialmente, envelhece a máscara de solda da mesma forma que o refusão da placa. A máscara de solda é um polímero e pode envelhecer como qualquer outro polímero, eventualmente se tornando endurecido e frágil. Se essa solução for implementada, provavelmente é melhor fazer isso antes de aplicar a máscara de solda, ou a temperatura e o tempo de espera devem ser limitados.

Se Você Não Tem o Equipamento, Não Tente Consertar

Embora eu tenha delineado algumas maneiras de prevenir e possivelmente consertar a deformação, você não deve tentar consertar a deformação se não tiver o equipamento necessário. Esse é um bom mantra para o designer individual que está à mercê de seu fabricante.

Se você receber um lote de placas de circuito impresso nuas de um fabricante, e todas as placas estiverem deformadas, você deve ligar para o fabricante e exigir um reembolso em vez de tentar consertar a deformação por conta própria. Como mencionei acima, consertar uma PCB deformada requer uma prensa com aquecimento uniforme, recriando essencialmente o processo de laminação usado para construir o empilhamento.

Se você recebeu uma placa montada e o empenamento é severo, então você deve descartar a montagem. É lamentável, mas provavelmente não haverá como salvar essas placas pressionando, fixando ou dobrando. Se tentar fixar ou dobrar as placas montadas até que fiquem planas, você colocará muito estresse nas juntas de solda na montagem. Isso pode causar a fratura das juntas de solda, e a placa agora terá várias conexões abertas que impedem o funcionamento adequado.

Se você quer garantir que seu fornecedor de fabricação ou montagem faça o trabalho corretamente, certifique-se de fornecer critérios de qualificação. Isso pode ser feito em suas notas de fabricação. Dê uma olhada neste artigo para orientação. Você também pode baixar minhas notas de fabricação de exemplo deste link.

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