Estratégias Comprovadas para Eliminar Empenamento de PCB e Garantir Desempenho Confiável

Atualmente, produtos eletrônicos exigem miniaturização e alta precisão, tornando a miniaturização de componentes uma tendência essencial. Quando componentes miniaturizados são montados em PCBs de grande área, requisitos muito mais rigorosos são impostos à planicidade da placa. Naturalmente, tornou-se tema essencial para fabricantes considerar como reduzir o empenamento das PCBs.

Segundo regulamentos de fabricação da IPC-600, o empenamento de PCBs prontos para montagem SMT deve ser de no máximo 0,75%. No entanto, para montagem de componentes pequenos em placas de grande área, essa regra não se aplica. Geralmente, para atender às demandas de montagem de componentes miniaturizados em PCBs de grande área, o empenamento deve ser reduzido a 0,5% ou menos.

Análise do Empenamento

O problema de empenamento será analisado com uma PCB de 8 camadas de tamanho 248 mm ± 0,25 x 162,2 mm ± 0,20. O empenamento requerido é de 0,5%, mas o empenamento prático após o primeiro lote de produção ficou entre 2,5% e 3,2%.

A estrutura de camadas da PCB de 8 camadas é demonstrada abaixo.

A taxa de resíduo de cobre para cada camada é mostrada na figura a seguir.

Com base na análise, a característica proeminente desta placa é a distribuição desigual de cobre em cada camada, além de o cobre ser relativamente espesso, o que causa o empenamento.

Soluções para Combater o Empenamento de PCB

Esquema #1

O método principal para equilibrar o resíduo de cobre entre as camadas é adicionar preenchimento de cobre (copper pouring) nas áreas vazias.

Para reduzir a tensão de deformação da placa, é uma boa ideia reduzir o tamanho do painel com um método de painelização rotacionada. Para esta PCB, o tamanho do painel deve ser alterado de 610 mm x 520 mm para 610 mm x 356 mm. A array do painel anterior era 3x2, enquanto a do posterior é 2x2.

Devido às medidas acima, a taxa de resíduo de cobre é demonstrada na Figura 3 abaixo. Após as modificações, o empenamento ficou entre 2,0% e 2,9%, uma melhoria óbvia, mas ainda longe do requisito de 0,5%.

Esquema #2

Baseado no Esquema #1, a rigidez da placa foi aumentada. Após essa modificação, a estrutura de camadas pode ser indicada pela figura a seguir.

A implementação deste esquema manteve o empenamento entre 2,0% e 2,9%. Evidentemente, este esquema não resolve o problema, indicando pouca correlação entre empenamento e rigidez da placa. Precisamos continuar otimizando o Esquema #1, buscando mais formas de equilibrar o resíduo de cobre.

Esquema #3

Baseado no Esquema #1, a Camada 2 e a Camada 6 devem ser trocadas. A taxa de resíduo de cobre para cada camada após o Esquema #3 é mostrada na Figura 5 abaixo.

Conforme o Esquema #3, o empenamento permanece dentro de 0,5% e se mantém em 0,5% mesmo após duas soldagens de refluxo, atendendo à demanda. Além disso, uma produção de teste de 300 peças verificou a confiabilidade. Como resultado, o Esquema #3 teve o melhor desempenho.

Segundo os experimentos, como a distribuição entre todas as camadas dielétricas é uniforme, é a distribuição desigual de cobre que causa o empenamento. Através do equilíbrio do resíduo de cobre em cada camada, o empenamento reduziu de 2,5–3,2% para dentro de 0,5%, indicando que a solução central está no equilíbrio entre camadas dielétricas e de cobre. Quanto ao empenamento durante a montagem, a equalização deve ser alcançada pelo layout de componentes, distribuição térmica e de montagem, para reduzir o empenamento e garantir a qualidade.

Recursos Úteis

• Fatores que Determinam o Número de Camadas e Distribuição em PCBs
• Fabricação de PCB Multicamada
• As Principais Regras de Projeto de PCB que Você Precisa Conhecer
• Elementos de Projeto de PCB que Influenciam a Fabricação SMT