Causas de Deformação de Componentes em uma PCB

Um membro da equipe de um fabricante de PCBs uma vez me explicou que achavam que estávamos tendo um problema com a deformação de um pacote. Antes disso, eu tinha assumido que isso era altamente improvável em pacotes de componentes padrão usados em uma PCBA. Infelizmente, a deformação de componentes pode ocorrer tanto em um PCB quanto nos componentes. O manuseio mecânico inadequado levando à flexão é um motivo óbvio, mas existem potencialmente outros problemas que poderiam causar a deformação de componentes sem que um impacto mecânico esteja envolvido.

Neste artigo, daremos uma visão geral sobre a deformação em um PCB, especificamente na placa de circuito e nos componentes. A possibilidade de deformação na placa de circuito deve ser óbvia, dado que os materiais laminados de PCB são ligeiramente flexíveis, mas o potencial para deformação em componentes não é tão óbvio.

Onde Ocorre a Deformação de Componentes de PCB

A deformação de componentes pode ocorrer durante a montagem do PCB, ou seus componentes podem ter sido deformados antes de chegarem à instalação de montagem. Ocasionalmente, você receberá componentes com embalagens deformadas, seja dobradas ou de outra forma não perfeitamente planas, que ocorreram durante a fabricação ou o envio. Na maioria das vezes, a deformação é muito leve na maioria dos componentes e montagens, e a presença de tal deformação não causará problemas na funcionalidade ou confiabilidade da montagem.

Quando a deformação é mais severa, pode ser difícil encontrar algo errado antes de começar a testar os componentes ou usar o dispositivo. Infelizmente, uma vez que os componentes chegam a uma instalação de montagem, provavelmente você não está em posição de começar a testá-los em um dispositivo de fixação ou inspecioná-los quanto à planicidade. A menos que estejam muito obviamente deformados, eles serão colocados na máquina de pick-and-place imediatamente. Depois de incorporar esses componentes à sua placa, será difícil provar se a deformação ocorreu antes ou depois do seu processamento e manuseio.

Para resumir brevemente, a deformação pode surgir nas seguintes situações:

• Durante a produção de componentes, onde os componentes não foram adequadamente selecionados durante a produção ou embalagem
• Durante a montagem de PCB, onde o processo de soldagem cria um defeito no componente
• Quando a PCB se deforma, o que pode então forçar a deformação a ocorrer em alguns componentes
• Durante o transporte, onde algum impacto mecânico ou choque danifica a placa e/ou componentes

Defeitos de Montagem Que Causam Deformação de Componentes

O impacto da deformação dos componentes pode ser pequeno o suficiente para que você nunca perceba, ou pode causar problemas elétricos latentes. Provavelmente, o pior caso é quando o ciclo repetido e a deformação enfraquecem uma junta de solda o suficiente para causar uma falha prematura ou intermitente. Os fatores que podem levar à deformação dos componentes durante a montagem incluem:

• Ciclagem térmica
• Incompatibilidade de CTE (Coeficiente de Expansão Térmica)
• Desgaseificação

O caso mais simples onde a ciclagem repetida causa deformação dos componentes é devido à ciclagem repetida. Uma área onde esses problemas elétricos aparecerão é em grandes processadores com pacotes de array de esferas, onde os componentes têm uma grande área superficial a ser afetada pela deformação. Pacotes em um substrato orgânico também podem ser afetados pela ciclagem térmica e experimentar deformação, pois podem ter uma incompatibilidade de CTE comparada com os laminados circundantes.

Quando a incompatibilidade entre um pacote de componente e a placa é grande, ocorre uma deformação que aumenta a distância entre a PCB e a caixa, e há alguns resultados possíveis. Em alguns casos, se uma esfera de solda "cair" e permanecer próxima à PCB em vez de se conectar ao componente, um circuito aberto pode resultar ou a solda pode fluir e pontear outras conexões. Caso contrário, a esfera de solda se esticará para fazer a conexão na temperatura apropriada. Você vê um circuito, mas a solda na junção é afinada e, às vezes, estranhamente moldada, fazendo com que a junção se torne menos confiável ao longo do tempo. Os impactos são muito piores à medida que a distância entre os pads BGA diminui.

Se a superfície se deformar para baixo, geralmente com cantos e bordas afundando durante o reflow, então você de repente terá excesso de solda sob seu componente. Muitas vezes, ela se espalhará para fora do pad, ponteando para outros pads de solda e curto-circuitando-os, como você vê na imagem abaixo.

É possível, embora raro, ter um resultado de fabricação ruim que resulte em desgaseificação. Isso pode criar uma bolha dentro da embalagem ou forçar um invólucro a ficar torto. No entanto, a causa mais comum são problemas térmicos. Retrabalho pode causar deformação nos seus componentes durante o processamento de refusão, ou um descompasso térmico entre a embalagem e a solda pode causar deformação quando os materiais experimentam expansão térmica em taxas diferentes.

Para saber mais sobre a deformação de placas de circuito e algumas estratégias para prevenir a deformação de PCBs, confira este artigo.

Algumas Práticas Simples Para Prevenir a Deformação

Felizmente, existem algumas opções que podem ajudar a prevenir ou reduzir a deformação. Primeiro, use pastilhas definidas por máscara de solda porque pastilhas não definidas por máscara de solda terão altura de solda fundida muito menor. Isso ocorre porque a solda fundida não tem tanta área de mecha para se espalhar. Você também pode ajustar os materiais do processo e as temperaturas, muitas vezes reduzindo as temperaturas, ou reduzindo o descompasso térmico entre uma solda sem chumbo e componentes pode melhorar dramaticamente seus resultados. Se você tem cantos afundando durante a refusão, você pode usar espaçadores para apoiá-los até que tenham esfriado.

Finalmente, limite o número de ciclos de solda/retrabalho e não fixe a PCB durante os ciclos de soldagem. O estresse térmico induzido na PCB pode levar à deformação nos componentes, na própria PCB ou em ambos. Primordialmente, isso é um desafio para a PCB, mas ciclos térmicos repetidos em regiões da placa com alta incompatibilidade podem levar à deformação dos componentes, particularmente em pacotes com um substrato orgânico e em BGAs. Entender os componentes da sua placa pode ajudá-lo a identificar quais partes terão menores chances de defeitos de montagem durante a produção ou retrabalho.

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