Los estándares de planitud de las PCB son fundamentales para un buen rendimiento. La curvatura y la torsión son formas en que una placa de circuito impreso puede doblarse. La curvatura se produce cuando la placa se curva a lo largo de su longitud. La torsión se produce cuando las esquinas están a diferentes alturas. Estos problemas pueden dificultar el ensamblaje y afectar el funcionamiento de la PCB. Las normas IPC-6011 establecen que los circuitos deben estar equilibrados y construidos de la misma manera en ambos lados. Esto ayuda a prevenir la curvatura y la torsión. Cuando el peso del cobre es de 3 oz/ft² o más, se requieren normas más estrictas. El control de planitud mantiene la PCB estable y elimina la necesidad de piezas de soporte adicionales.
La curvatura y la torsión modifican qué tan plana es una PCB y deciden si la placa de circuito impreso pasará las estrictas normas de la industria.
Puntos Clave
La curvatura y la torsión hacen que las PCB se doblen, lo que puede afectar su funcionamiento. Es importante controlar la curvatura y la torsión. – El uso de las herramientas IPC-TM-650 permite verificar la planitud con antelación. Esto ayuda a detectar problemas rápidamente y garantiza que las placas cumplan con las normas. – Fabricar PCB con cobre uniforme y puntos de contacto inteligentes ayuda a evitar la curvatura y la torsión durante su fabricación. – La elección de buenos materiales y el grosor adecuado mantiene las PCB resistentes. Esto reduce la probabilidad de que se doblen por el calor o el agua. – Una buena comunicación entre fabricantes y clientes ayuda a solucionar problemas más rápidamente y mejora las PCB.
Estándares de planitud de PCB
Arco y giro
La planitud de la PCB se refiere a la suavidad y uniformidad de la placa. La curvatura y la torsión son las principales causas de pérdida de planitud en una placa. La curvatura se produce cuando las cuatro esquinas tocan la superficie, pero la parte central se eleva. La torsión se produce cuando tres esquinas tocan la superficie, pero una esquina está más alta o más baja. Estos problemas pueden aparecer durante la fabricación de la placa, especialmente después de los pasos de calentamiento. La curvatura puede alcanzar los 0.47 mm y varía según el material de la placa y la temperatura. La torsión se produce cuando la placa gira en diagonal, de modo que una esquina está hacia arriba o hacia abajo.
La curvatura y la torsión no siguen un patrón normal. Los diferentes materiales y el calor durante la soldadura provocan estos cambios. Se utilizan métodos especiales para comprobar la curvatura y la torsión: se examina la placa, se utilizan herramientas de planitud y, a veces, se escanea en 3D. Normas como la IPC-TM-650 2.4.22 explican cómo medir y aceptar placas para detectar curvatura y torsión.
La siguiente tabla muestra la máxima inclinación y torsión permitidas para cada tipo de tabla:
Tipo de tablero | Máxima inclinación y torsión (%) |
|---|---|
Con dispositivos de montaje en superficie | un 0.75% |
Sin SMD | un 1.5% |
Estos límites provienen de las normas IPC 2422-1 e IPC 2422-2. Garantizan el buen funcionamiento de las tablas, incluso si se doblan ligeramente.
Por qué es importante la planitud
La planitud es fundamental para el correcto funcionamiento de una placa de circuito impreso. Las curvaturas y torsiones pueden dificultar la colocación de las piezas en la placa. Si la placa no es plana, las piezas podrían no encajar correctamente y la soldadura podría no adherirse bien. Esto puede causar circuitos abiertos o puntos débiles.
Los estudios demuestran que las placas de circuito impreso planas duran más y funcionan mejor. Una curvatura o torsión excesiva ejerce presión sobre las uniones soldadas. La forma de fijar la placa, como la ubicación de los pernos, influye en su grado de flexión. Colocar los pernos lejos de las piezas importantes prolonga la vida útil de las uniones soldadas. Si se utilizan pernos para unir la placa a elementos que se expanden de forma diferente con el calor, las uniones soldadas pueden romperse hasta un 60 % antes. Las pruebas y los modelos informáticos demuestran que los planes de soporte modifican el origen de las grietas y la duración de las uniones soldadas.
Los investigadores descubrieron que las placas de circuito impreso (PCB) más planas ofrecen mejores resultados en la fabricación de placas. Las placas con menor coplanaridad presentan menos problemas de soldadura. Por ejemplo, con una coplanaridad de 0.177 mm, la probabilidad de una soldadura abierta es de aproximadamente el 1 %. Las placas que superan las pruebas suelen ser más planas que las que no. La ubicación de la placa en el panel y la forma en que se desprende también son importantes, pero el equilibrio y el material del cobre no influyen significativamente.
El control de la curvatura y la torsión no se trata solo de seguir reglas. Ayuda a que cada placa de circuito impreso funcione bien y dure más en la práctica.
Metodos de medicion
IPC-TM-650
Los ingenieros utilizan diferentes métodos para comprobar la planitud de una placa de circuito impreso. La norma IPC-TM-650 explica cómo comprobar la curvatura y la torsión. Para ello, se coloca la placa sobre una superficie plana. A continuación, se miden los puntos más altos y más bajos. Para ello, se utilizan herramientas o cámaras especiales. Algunas herramientas comunes son el muaré de sombras, la proyección de franjas y la medición confocal. Estas herramientas pueden detectar cambios de altura muy pequeños, a veces de tan solo 5 micrómetros. Algunos diseñadores prefieren comprobaciones aún más precisas, como de 1 o 3 micrómetros.
Para medir la planitud debes seguir algunos pasos:
Primero hornee la tabla para eliminar el agua.
Pinta el tablero de blanco para que las cámaras puedan ver mejor.
Corta la tabla de manera que encaje en el horno.
Coloque los termopares cerca, pero no dentro, del área de prueba.
Utilice calor que suba lentamente, entre 0.5 °C y 1.0 °C cada segundo.
La norma IPC-TM-650 también recomienda revisar los paneles grandes antes de cortarlos en tableros más pequeños. Esto garantiza que todos los tableros estén en buen estado antes de ensamblarlos.
Límites aceptables
Existen reglas claras sobre la planitud de una tabla. Los valores correctos dependen del tipo de tabla y de su uso. La siguiente tabla muestra los límites principales:
Tipo de tablero | Límite de curvatura y torsión (%) |
|---|---|
Placas de circuito impreso de montaje superficial | 0.75 |
Otros tipos de tableros | 1.5 |
Las tablas también deben tener el grosor adecuado y bordes lisos. Si una tabla tiene un grosor superior a 31 milésimas de pulgada, debe tener una diferencia de ±10 % con respecto al grosor correcto. Las tablas más delgadas solo pueden tener una diferencia de ±3 milésimas de pulgada. Si una tabla se dobla más del 0.75 %, no es adecuada para la mayoría de los trabajos. Estas reglas ayudan a garantizar el buen funcionamiento de las tablas durante su fabricación y uso.
Siguiendo estas pruebas de arco y torsión, las empresas pueden fabricar tablas que cumplan las reglas y no fallen tanto.
Factores que influyen en la planitud de la PCB
Diseño y maquetación
La forma de diseñar y distribuir una PCB influye en su planitud. Los ingenieros intentan mantener el cobre uniforme en ambos lados. Si un lado tiene más cobre, la placa puede doblarse. Esto ocurre cuando se enfría. Un apilamiento equilibrado ayuda a evitar este problema. Se colocan pistas y planos para distribuir la tensión. Los recortes o ranuras grandes pueden generar puntos débiles. Estos puntos débiles aumentan la probabilidad de curvatura o torsión durante la laminación. La ubicación de las piezas y los orificios también es importante. Unas buenas decisiones de diseño ayudan a evitar que la PCB se doble. Esto mejora el rendimiento y prolonga la vida útil de la PCB.
Consejo: Mantener el cobre uniforme y colocar las piezas en lugares adecuados ayuda a evitar que se doblen y se tuerzan. haciendo una placa de circuito.
Materiales y espesores
Los materiales y el grosor que elija determinarán la planitud de la PCB. Cada material reacciona de forma distinta al calor y al agua. El FR4, el teflón y los sustratos flexibles tienen características específicas. El FR4 tiene un CTE medio, pero el del teflón es mucho más alto. Los sustratos flexibles requieren un cuidado especial para mantenerse planos. Cuando estos materiales se calientan durante la laminación, se expanden y contraen a distintas velocidades. Esto puede provocar que la placa se doble o se tuerza.
El grosor de la tabla también es muy importante. Las tablas delgadas se doblan o tuercen con mayor facilidad. Las tablas gruesas no se doblan tanto, pero pueden ser demasiado rígidas. La siguiente tabla muestra cómo el material y el grosor modifican la planitud y la tolerancia:
Parámetro | Descripción | Impacto en la planitud y las tolerancias de la PCB |
|---|---|---|
Tipo De Material | FR4, teflón, sustratos flexibles | Los diferentes CTE hacen que los tableros se deformen o encojan; el teflón es más difícil de mantener plano, los sustratos flexibles necesitan un cuidado especial. |
Rango de espesor (mm) | 0.2-0.4 | Tolerancia de ±0.1 mm; los tableros gruesos pierden flexibilidad, los delgados son débiles |
Rango de espesor (mm) | 0.5-1.0 | Tolerancia de ±0.2 mm; las placas gruesas ralentizan las señales de alta velocidad y las delgadas no son estables. |
Rango de espesor (mm) | 1.0-1.5 | Tolerancia de ±0.3 mm; las tablas gruesas son difíciles de montar y las delgadas pueden romperse. |
Efectos de la expansión térmica | FR4 (14-16 ppm/°C), teflón (30-40 ppm/°C), poliimida (10-20 ppm/°C) | Un CTE más alto significa más deformación, lo que perjudica la planitud. |
Factores ambientales | Temperatura, humedad | El calor y el agua hacen que las tablas crezcan, se encojan o se deformen. |
Procesos de manufactura | Estrés térmico en la soldadura por reflujo | El enfriamiento desigual dobla las tablas y mueve las piezas |
Los ingenieros seleccionan los materiales y el grosor según las necesidades de la placa de circuito impreso (PCB). También consideran cómo estas decisiones modifican la curvatura y la torsión durante la fabricación y el uso de la placa.
Recuento de capas
El número de capas en una PCB influye en su grado de flexión. Más capas implican más pasos de laminación. Cada paso utiliza calor y presión. Estos pasos pueden hacer que la placa se doble o tuerza si no está equilibrada. Más capas pueden implicar mayor tensión. Si las capas no tienen el mismo grosor o tipo, la placa puede doblarse después de la laminación.
Los diseñadores utilizan apilamientos uniformes para facilitar este proceso. Emparejan las capas por encima y por debajo del centro. Esto mantiene el tablero plano durante la fabricación. Si el apilado no es uniforme, el tablero puede doblarse durante la laminación. Planificar el número de capas y el apilado ayuda a evitar que se doblen o se tuerzan.
Proceso de manufactura
La fabricación de la PCB modifica su planitud final. Cada paso, como la laminación y la soldadura, puede causar problemas. La laminación utiliza calor y presión para unir las capas. Si el calor o la presión no son uniformes, la placa puede doblarse. Un enfriamiento desigual después de la laminación también provoca la deformación. Durante la soldadura por reflujo, la placa se calienta de nuevo. Este calor puede hacer que la placa se doble, especialmente si los materiales crecen a diferentes velocidades.
Los fabricantes emplean medidas rigurosas para evitar estos problemas. Controlan el calor y la presión durante la laminación. Hornean las placas antes de soldarlas para secarlas. Estos pasos ayudan a evitar la curvatura y la torsión. Los equipos verifican la planitud repetidamente durante la fabricación. Las comprobaciones tempranas detectan problemas antes del siguiente paso. Un buen control del proceso mantiene la placa de circuito impreso plana y reduce la probabilidad de problemas.
Nota: Mantener el proceso estable durante la fabricación y la laminación es muy importante para evitar que cada PCB se doble o se tuerza.
Garantizar el cumplimiento de las normas de PCB
BUENAS PRÁCTICAS
Los fabricantes utilizan diferentes métodos para mantener la planitud de la placa de circuito impreso. Eligen... acabados superficiales como ENIG o ENEPIG. Estos acabados ayudan a que las almohadillas se mantengan uniformes y resistentes. Las máscaras de soldadura de película seca pueden lograr placas muy planas, con espesores de hasta 5-7 micrómetros. Los ingenieros diseñan apilamientos iguales en ambos lados. Equilibran el cobre para evitar curvaturas y torsiones. Los espacios vacíos de cobre se rellenan para mantener el enchapado uniforme. Durante la laminación, controlan el calor y la presión para evitar deformaciones. La siguiente tabla muestra algunos valores importantes:
Aspecto | Detalles / Puntos de referencia numéricos |
|---|---|
Límites de deformación del IPC | 0.1% para tableros de clase 3; 0.05% para clase 4; 0.2% para clase 1 |
Espesor del núcleo | 1.6 mm ayuda a que los paneles grandes se mantengan rígidos si superan los 400 mm |
Distribución de cobre | El cobre equilibrado reduce el riesgo de deformación entre un 15 y un 20 % |
Selección de Materiales | El FR-4 de alta Tg (>170 °C) o la poliimida (hasta 260 °C) reducen la expansión en aproximadamente un 20 % |
Consejo: Trabajar con los fabricantes desde el principio y realizar pruebas rápidas de tableros puede detectar hasta un 80 % de problemas de planitud antes de fabricar muchos tableros.
Comunicación entre el fabricante y el cliente
Una buena comunicación entre fabricantes y clientes ayuda cumplimiento de PCBAmbas partes deben acordar las reglas de planitud antes de fabricar las placas. Compartir los planos de apilado, la selección de materiales y los pasos de laminación evita sorpresas. Los fabricantes pueden mostrar pruebas computarizadas para explicar cómo se comportará la PCB durante el ensamblaje. Los clientes deben informar a los fabricantes sobre cualquier problema detectado durante las pruebas. Este trabajo en equipo ayuda a mejorar tanto el diseño como los pasos de fabricación.
Las reuniones periódicas mantienen a todos informados.
Compartir resultados de pruebas y muestras ayuda a solucionar los problemas rápidamente.
Hablar sobre los problemas a la hora de tomar decisiones conduce a soluciones más rápidas.
Abordar los problemas
Cuando surgen problemas de planitud, los equipos siguen los pasos para solucionarlos. Primero, verifican si el cobre está equilibrado y el apilado es uniforme. A continuación, verifican si se utilizaron los materiales y el grosor adecuados. Si la laminación o la soldadura causaron el problema, modifican la configuración del proceso. En ocasiones, utilizan soportes especiales durante el ensamblaje para evitar que las placas se doblen. Estudios de caso demuestran que probar nuevos diseños o cambiar la forma de conectar las piezas puede solucionar problemas complejos. Por ejemplo, un proyecto europeo de sensores logró una mejor planitud probando tres nuevos diseños. Esto les ayudó a fabricar más placas. En dispositivos médicos, la fabricación de numerosas placas de prueba y la obtención de ayuda para el diseño permitieron obtener mejores resultados y placas más resistentes.
Los equipos que detectan problemas de manera temprana y mejoran su proceso tienen menos problemas de planitud y un mejor rendimiento de la PCB.
Conocer los estándares de PCB y los factores que afectan la calidad ayuda a los ingenieros a crear buenos productos. Un buen diseño, la selección de los materiales adecuados y la precisión en los pasos evitan que las placas se doblen. Esto también facilita la colocación de las piezas en la placa. La siguiente tabla muestra dos maneras de cortar placas. Indica cómo cada método modifica el borde y la tensión:
Aspecto | Despanelado del agujero del sello | Despanelado de puntuación V |
|---|---|---|
Costo de procesamiento | Barato y fácil de hacer. | Caro y necesita más trabajo. |
Calidad del despanelado | Los bordes son ásperos y necesitan ser recortados. | Los bordes son suaves y lucen bonitos. |
Estrés por despanelización | No produce mucho estrés, es bueno para piezas frágiles. | Mucho estrés, por lo que las piezas necesitan protección. |
Flexibilidad de diseño | Funciona para muchas formas y diseños. | Sólo funciona para formas simples y regulares. |
Escenarios adecuados | Bueno para trabajos pequeños y placas de prueba. | Ideal para hacer muchas tablas que deben ser planas. |
Para obtener más ayuda, consulte las reglas IPC-6012 e IPC-2221. Revisar los tableros con frecuencia y colaborar ayuda a todos a obtener mejores resultados.
Preguntas Frecuentes
¿Qué causa que una PCB pierda su planitud?
Muchos factores pueden hacer que una PCB no sea plana. Si el cobre no se distribuye uniformemente, la placa puede doblarse. Elegir materiales inadecuados también causa problemas. El calor durante la fabricación de la placa puede causar curvaturas o torsiones. Los diseñadores y fabricantes deben prestar atención a estos factores para mantener la placa plana.
¿Cómo miden los ingenieros la planitud de la PCB?
Los ingenieros utilizan herramientas especiales para comprobar la planitud. Algunas herramientas son el muaré de sombras, la proyección de franjas y la medición confocal. Siguen las normas del IPC-TM-650. La placa se coloca sobre una mesa plana. Luego, se comprueban los puntos más altos y más bajos. Esto ayuda a garantizar que la placa esté en condiciones adecuadas para su uso.
¿Qué sucede si una PCB no cumple con los estándares de planitud?
Si una placa de circuito impreso (PCB) no es lo suficientemente plana, puede causar problemas. Es posible que las piezas no encajen correctamente en la placa. Las soldaduras pueden debilitarse y romperse. Esto podría provocar que la placa deje de funcionar o que dure menos. Los fabricantes deben solucionar el problema antes de usar la placa.
¿Pueden los cambios de diseño mejorar la planitud de la PCB?
Sí, los cambios de diseño pueden ayudar a mantener las placas planas. Los ingenieros equilibran las capas de cobre y seleccionan buenos materiales. Planifican el apilado para que sea uniforme. Evitan cortes grandes y colocan las piezas en lugares estratégicos. Estos pasos ayudan a evitar la curvatura y la torsión al fabricar la placa.
