Defeitos Comuns na Montagem de PCBs que Você Deve Conhecer

Os projetistas de PCB são os arquitetos por trás da tecnologia que alimenta nossos eletrônicos modernos, equilibrando uma série de requisitos, navegando por um layout complexo que é tanto arte quanto ciência.  No entanto, mesmo os circuitos impressos mais cuidadosamente projetados podem enfrentar defeitos durante a fabricação e montagem do PCB.  Neste blog, vamos olhar uma visão geral dos defeitos de montagem mais comuns, alguns que o projeto de PCB pode influenciar e alguns que estão relacionados especificamente ao processo de montagem em si.  Em seguida, vamos detalhar um defeito específico, a deformação do PCB e dos componentes, e olhar como o projeto de PCB pode influenciar esse defeito. Aguardando os próximos blogs, examinaremos esses defeitos sob uma perspectiva de fabricabilidade para ajudar a fechar a lacuna entre o projeto de PCB e a montagem.

Defeitos Comuns de Montagem de PCB

Curtos-Circuitos/Ponte de Solda: Este defeito ocorre quando a solda conecta duas ou mais características condutivas, causando conexões elétricas não intencionais. Isso pode ser entre pinos adjacentes, almofadas ou trilhas de circuito.

Solda Insuficiente: Solda inadequada pode levar a juntas de solda incompletas ou fracas, o que por sua vez leva a uma conexão elétrica ruim. Isso pode se apresentar como uma conexão intermitente ou aberta.

Formação de Esferas de Solda: Esferas de solda são pequenos depósitos de solda não intencionais que podem ocorrer durante a soldagem por refusão, resultantes da fusão e fluxo incompletos da pasta de solda. Estes podem levar a curtos-circuitos se estiverem em áreas sensíveis da PCB.

As esferas de solda aparecem quando a pasta de solda não é misturada adequadamente ou é armazenada incorretamente. [Fonte da Imagem: Usuário John U, stackexchange.com]

Tombstoning: Isso ocorre quando um componente de montagem superficial fica em pé em uma extremidade devido ao reflow de solda desequilibrado, resultando em conexão elétrica deficiente. Esse defeito é frequentemente causado por diferenças de temperatura durante o reflow.

Almofadas Levantadas ou Ausentes: As almofadas podem se desprender durante a montagem, resultando em componentes não funcionais.

Desalinhamento de Componentes: Componentes de montagem superficial podem ser desalinhados ou inclinados durante a colocação, levando a defeitos nas juntas de solda ou conexões abertas.

Junções de Solda Frias: Junções de solda frias são conexões fracas e frágeis que ocorrem quando a solda não flui adequadamente durante o reflow, muitas vezes devido a calor insuficiente ou ativação inadequada do fluxo.

Problemas de Soldagem BGA: Componentes de matriz de grade de esferas (BGA) podem sofrer de defeitos de esferas de solda, conexões abertas ou vazios de solda sob um componente, o que pode levar a problemas de conectividade e confiabilidade.

Inversão de Polaridade dos Componentes: Erros na colocação ou orientação dos componentes podem resultar em polaridade incorreta, resultando em conexão de tensão reversa e dano potencial.

Excesso de Pasta de Solda: Aplicar pasta de solda em excesso durante a impressão com estêncil pode causar curtos-circuitos de solda e outros defeitos relacionados à solda.

Pasta de Solda Insuficiente: Pasta de solda insuficiente pode levar a conexões de solda incompletas ou fracas, especialmente para componentes de passo fino.

Filés de Solda Insuficientes: Filés de solda que não se formam adequadamente ao redor dos terminais ou pads dos componentes resultando em conexões fracas.

Resíduos de Esferas de Solda: Esferas de solda deixadas na superfície da PCB após o refusão podem causar curtos-circuitos e outros problemas.

Componentes Faltantes: Componentes perdidos durante a colocação devido a erros de equipamento ou operador.

Componentes Empenados ou Dobrados: Componentes SMT podem se tornar empenados ou dobrados durante o refusão, afetando sua colocação e qualidade da junta de solda.

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Alta empenação na PCB pode resultar em empenação do pacote SMT. [Fonte da Imagem]

Empenação, Mitigue o Risco

Os projetistas de PCB podem tomar várias medidas para minimizar a deformação dos componentes e do PCB, o que pode contribuir para defeitos como a formação de esferas de solda durante a montagem do PCB.  Aqui estão algumas maneiras de como o design da placa de circuito impresso pode impactar e potencialmente prevenir a deformação:

Posicionamento e Pegada dos Componentes

• Selecione cuidadosamente os locais e orientações dos componentes para minimizar o estresse.  
• Evite colocar componentes pesados em áreas sensíveis.
• Use componentes com terminais planos ou coplanares, que tendem a exercer menos estresse sobre a placa.
• Desenhe pegadas de componentes apropriadas que acomodem a expansão e contração térmica durante a soldagem.
• Garanta que as almofadas dos componentes sejam grandes o suficiente para fornecer estabilidade mecânica e força da junta de solda.
• Para componentes pesados ou altos, considere métodos adicionais de fixação mecânica, como parafusos ou espaçadores, para fornecer estabilidade e prevenir a deformação.
• Busque um layout de placa simétrico, distribuindo componentes e recursos uniformemente para evitar estresse em locais específicos.
• Se usar planos de cobre, adicione conexões de alívio térmico para componentes com grandes conexões de terra ou energia para evitar que a placa se deforme durante a soldagem por refusão.

Empilhamento da Placa

• O empilhamento do PCB deve equilibrar a distribuição de cobre em ambos os lados da placa para minimizar a deformação.
• Opte por empilhamentos balanceados com pesos de cobre simétricos e espessuras dielétricas em todo o empilhamento.
• Selecione materiais para placas de circuito impresso que tenham boa estabilidade dimensional e baixo coeficiente de expansão térmica (CTE).
• Considere usar materiais projetados para aplicações de alta temperatura se o seu projeto exigir.

Considerações Térmicas

• Certifique-se de que os componentes que geram calor significativo tenham soluções adequadas de gerenciamento térmico.  Dissipadores de calor, vias ou planos de cobre dedicados podem ajudar nisso.
• Distribua os componentes geradores de calor uniformemente pela placa para evitar aquecimento localizado e empenamento.
• Evite colocar dissipadores de calor ou conectores densamente povoados perto do centro da PCB.  Estes podem exercer forças desiguais e contribuir para o empenamento.

Concluirei este blog com um conselho.  É importante envolver tanto a fabricação quanto a montagem durante o processo de design. Há tantos exemplos de itens tão simples quanto a cor da máscara de solda que impactam os rendimentos, o que afeta os preços e o prazo de entrega.  Reunir design, fabricação e montagem para colaborar e comunicar-se ao longo do processo de fabricação configurará um design para a melhor chance de sucesso na primeira tentativa.

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