Las PCB deformadas pueden arruinar silenciosamente toda la línea de montaje. En un momento, todo parece estar bien. Al siguiente, estás buscando soldaduras abiertas, almohadillas levantadas y placas rechazadas.
La deformación de la PCB no es una curva inofensiva. Afecta el rendimiento, afecta la precisión y mina la fiabilidad a largo plazo.
Entonces, ¿qué hay detrás? A veces, el material. Otras veces, el proceso. Normalmente, ambos. Pero la verdadera cuestión no es detectar una tabla deformada, sino saber cómo medirla correctamente. Y mejor aún, cómo evitar que vuelva a ocurrir.
De eso trata este artículo. Desde la definición básica hasta la física detrás de la curvatura. Desde las causas fundamentales en el diseño y la fabricación hasta los impactos reales durante el reflujo. También aprenderá a detectarlo, medirlo con precisión y solucionar el problema antes de que arruine una producción.
Vamos a desglosarlo, sin rodeos.
¿Qué es la deformación de PCB?
La deformación de una PCB es la distorsión física de una placa de circuito. En lugar de quedar plana, la placa se dobla, tuerce o arquea. Esto puede ocurrir durante la fabricación, el almacenamiento o el reflujo. Y no requiere mucho esfuerzo: una pequeña deformación puede afectar negativamente todo el proceso de SMT.
Técnicamente, se trata de una desviación de la forma plana original de la placa. Las normas IPC definen los límites aceptables de deformación. Para montaje superficial, suele ser del 0.75 %. Para orificio pasante, del 1.5 %. Más allá de eso, los problemas se acumulan rápidamente. Sin embargo, los límites varían según el grosor y la aplicación. En resumen, una PCB doblada significa un proceso defectuoso.
Causas de la deformación de la PCB
No hay un solo factor que cause la deformación de una tabla. Suele ser una combinación de factores. Los materiales, el diseño y el manejo influyen.
Veamos los principales culpables:
1. Desequilibrio material
Una PCB está compuesta de capas: FR4, cobre, preimpregnado y máscara de soldadura. Si estas capas no se expanden y contraen uniformemente con el calor, se acumula tensión. Esta tensión dobla la placa. Las placas con apilamientos desequilibrados son más propensas a torcerse o curvarse.
2. Disposición desigual del cobre
El cobre se calienta de forma diferente a la fibra de vidrio. Si tiene una zona densa de cobre en un lado y casi nada en el otro, la placa se expande de forma desigual. Esto la deforma, especialmente durante la laminación o el reflujo.
3. Proceso de laminación deficiente
Durante la laminación, se aplican altas temperaturas y presión. Si la presión no es uniforme o la temperatura es baja, se acumula tensión interna. Es posible que la deformación no se note de inmediato. Pero una vez que la placa se somete al reflujo, se hace evidente.
4. Humedad en la PCB
El FR4 es higroscópico. Absorbe la humedad como una esponja. Si el tablero no se hornea o almacena correctamente, la humedad se expande rápidamente con el calor. Esta expansión repentina provoca delaminación interna o microfisuras que hacen que el tablero se curve o tuerza.
5. Componentes pesados en un lado
Las piezas grandes o densas colocadas de forma irregular en un lado de la placa pueden causar tensión durante la soldadura. El peso, combinado con el calor, dobla la placa. Esto es especialmente común en hornos de refusión con perfiles térmicos irregulares.
6. Mal almacenamiento o manipulación
¿Apilas las placas planas sin separadores? ¿O las almacenas verticalmente? ¿Y las expones al calor o la presión? Todo esto provoca que la PCB se doble. La manipulación también es importante. Dejar caer una placa, doblarla al levantarla o apoyar herramientas encima. Todo suma.
Efectos de la deformación de la PCB en el ensamblaje
Una PCB deformada no queda plana. Eso por sí solo ya es un problema. Pero empeora durante el ensamblaje.
1. Malas uniones de soldadura
El SMT requiere una alineación precisa. Las placas deformadas levantan las almohadillas de la pasta de soldadura. Esto crea uniones débiles o nulas.
Puentes, juntas abiertas y frías: todo se debe a un mal contacto durante el reflujo.
2. Tombstoning y componentes desalineados
Las piezas pequeñas, como resistencias y condensadores, son más sensibles. Si una almohadilla se levanta durante el reflujo, la pieza se levanta (se forman lápidas). Esto ocurre con frecuencia cuando las placas están deformadas en el centro.
3. Errores de colocación de la máquina
Las máquinas de selección y colocación esperan un objetivo plano. La deformación interfiere con el sistema de visión. Los componentes se colocan descentrados o desalineados. ¿Demasiada deformación? La máquina se detiene. Se pierde tiempo y dinero.
4. Estrés en la Asamblea
Cuando se fuerza una tabla deformada dentro de una carcasa rígida, algo...g tiene que ceder. Generalmente, son las uniones soldadas o las propias capas de la PCB. A menudo, se producen grietas, delaminación o fallos prematuros.
5. AOI y problemas de pruebas
Los sistemas AOI se basan en una geometría de placa consistente. La deformación distorsiona las lecturas de altura y crea señales falsas. Se termina buscando defectos falsos. O peor aún, pasando por alto los verdaderos.
Cómo comprobar la deformación de la PCB
¿Alguna vez has tenido una placa que pasó la inspección visual, pero falló después del reflujo? La deformación es el culpable invisible. Aquí te explicamos cómo detectarla a tiempo.
1. Comprobación de superficie plana
Coloque la placa de circuito impreso sobre una superficie plana verificada. Un bloque de granito funciona bien. Ilumine la parte posterior. Si ve huecos, está deformada. Simple, pero eficaz para comprobaciones rápidas.
2. Indicador de cuadrante
Esta herramienta mide pequeñas diferencias de altura. Muévala sobre la superficie de la placa de circuito impreso para seguir la curva. Es más precisa que las comprobaciones visuales. Obtendrá un número preciso, no solo una estimación.
3. Calibrador de espesores
Deslice una galga de espesores entre la placa de circuito impreso y la superficie plana. Pruebe con diferentes hojas para encontrar la separación exacta. Es una técnica sencilla, pero sorprendentemente fiable, especialmente para comprobaciones rápidas en el taller.
4. Accesorios de deformación
Unas plantillas especiales sujetan la placa en su lugar y ayudan a medir la distorsión fuera del plano. Se utilizan frecuentemente en el control de calidad de producción. Ideales para comprobaciones consistentes y repetibles.
5. Escáneres 3D
Los sistemas avanzados utilizan láseres o luz estructurada para capturar el perfil completo de la superficie. Son muy precisos, pero costosos. Se suelen utilizar en entornos de producción de alto volumen.
Medición de deformación de PCB
Comprobar la deformación no se trata de adivinar. Se trata de números. Los estándares importan.
Hablemos de números. La norma IPC-TM-650 2.4.22 describe cómo medir la deformación de las PCB.
El método es sencillo:
1. Coloque la PCB sobre una superficie plana.
2. Utilice un medidor de altura o un indicador de cuadrante para medir la desviación más alta de la superficie.
3. Divide esa desviación por la longitud diagonal del tablero.
¿Ese resultado? Es tu porcentaje de deformación.
Fórmula de cálculo de deformación (IPC-TM-650):
Deformación (%) = (Desviación máxima de planitud / Longitud diagonal) × 100
Por ejemplo, una curva de 0.5 mm en una tabla de 200 mm equivale a un 0.25 %. Esto está dentro de los límites.
Pero si supera el 0.75 % para placas SMT (o el 1.5 % para placas con orificio pasante), se encuentra en territorio riesgoso.
¿Por qué diagonal? Porque la deformación no siempre es recta. Puede torcerse, doblarse, arquearse. La diagonal captura el peor escenario posible.
¿Necesita más precisión? Utilice una máquina de medición por coordenadas (MMC) o un escáner 3D. Estas herramientas ofrecen una topografía completa de la superficie del tablero. Verá la curva, no solo un número.
Algunos fabricantes de alta gama incluso utilizan imágenes térmicas. ¿Por qué? Para ver cómo se comporta la placa al calentarse. La deformación durante el reflujo puede ser peor que la que se mide a temperatura ambiente.
Cómo prevenir la deformación de la PCB
Reparar tablas deformadas es difícil. Es mejor prevenir. Entonces, ¿cómo detener la deformación antes de que comience?
Veamos métodos probados.
1. Diseño de apilamiento equilibrado
Diseñe siempre teniendo en cuenta la simetría. Mantenga una distribución uniforme del cobre. Use el mismo número de capas por encima y por debajo del centro. Iguale los espesores dieléctricos. Las capas desequilibradas pueden provocar tensiones desequilibradas y, en última instancia, deformación.
Usa herramientas de simulación para verificar el saldo con anticipación. Te ahorras muchos disgustos más adelante.
2. Distribución uniforme del cobre
Evite grandes vertidos de cobre en un lado y no en el otro. Así es exactamente como las placas empiezan a curvarse, incluso antes del reflujo. Use rellenos de cobre ficticios donde sea necesario. Mantenga la masa térmica constante. Algunas herramientas EDA pueden autoequilibrar el cobre. Úselas.
3. Elija mejores materiales
El FR4 económico se dobla rápidamente, especialmente bajo ciclos de calor. Utilice materiales con alta Tg o bajo CTE si su aplicación requiere resistencia térmica. Las placas de poliimida son más estables bajo tensión térmica.
Pregúntele al fabricante qué materiales recomienda para placas de alta confiabilidad.
4. Controlar perfiles de reflujo
El calentamiento repentino causa estrés, al igual que el calentamiento desigual. Establezca un perfil de reflujo adecuado. Utilice etapas graduales de aceleración y enfriamiento. Asegúrese de que las zonas superior e inferior estén equilibradas.
¿Conjuntos de doble cara? Prehornee la placa. O prerrefunda un lado con pasta de soldadura de baja temperatura.
5. Almacenamiento y manipulación adecuados
Guarde las tablas en posición horizontal, sin humedad y a temperatura controlada. Si es posible, utilice envases sellados al vacío. Añada paquetes desecantes. Hornee siempre las tablas antes de ensamblarlas si han estado expuestas a la humedad.
Además, no apile las tablas sin separadores. El peso de la parte superior deforma la parte inferior.
6. Utilice accesorios de soporte
Si la placa es delgada, grande o tiene muchos componentes, utilice fijaciones. Las fijaciones de reflujo mantienen la placa plana durante la soldadura. Reducen la tensión mecánica y la caída de tensión térmica.
Es un costo extra. Pero es más barato que desechar 500 tablas.
7. Evite el sobrediseño
A veces, los diseñadores añaden demasiadas capas o aplican tolerancias estrictas solo para incluir características. Pregúntese: ¿merece la pena? Más capas aumentan la complejidad del diseño. Si no se equilibran adecuadamente, esto provoca mayor tensión interna y deformación.
Si el diseño lo permite, reduce el número de capas. Usa tableros más pequeños. Opta por módulos si es posible.
Problema de deformación de PCB: impacto en el mundo real
Pongamos esto en contexto. Construyes una placa de 12 capas para un dispositivo médico. Las pruebas van bien. Pero después del reflujo final, algunas unidades fallan. Las almohadillas flotan. La radiografía muestra soldaduras defectuosas.
¿El problema? Una ligera deformación, de tan solo el 0.9 %. Pero suficiente para levantar las esquinas del QFN y crear circuitos abiertos.
Tu rendimiento cae un 15 %. Control de calidad culpa al ensamblaje. El ensamblaje culpa al diseño. Ahora estás retrabajando las placas. Los retrasos se acumulan. La confianza del cliente se desploma. Todo por un 0.9 %.
Esto también ocurre en la industria aeroespacial. O en los vehículos eléctricos. En cualquier lugar, la fiabilidad importa.
Conclusión
La deformación de las placas de circuito impreso no siempre es visible. Pero sus efectos son notorios: soldaduras fallidas, errores de máquina y fallos de campo. ¿Qué es lo que da miedo? A menudo pasa desapercibido hasta que es demasiado tarde.
Así que no espere a que el problema aparezca en la planta de producción. Empiece por el diseño. Piense en los materiales. Vigile el equilibrio del cobre. Hornee las placas. Trátelas correctamente. Y mida todo.
Porque una vez que la placa se dobla, es difícil desenrollarla. Con los procesos adecuados, se pueden evitar la mayoría de los problemas de deformación. No es suerte. Es control. Así que la próxima vez que tu PCB parezca plana, pregúntate: ¿realmente lo es?
