Os padrões de planicidade de PCB são muito importantes para um bom desempenho. Curvatura e torção são as formas pelas quais uma placa de circuito impresso pode se curvar. Curvatura ocorre quando a placa se curva ao longo de seu comprimento. Torção ocorre quando os cantos estão em alturas diferentes. Esses problemas podem dificultar a montagem e prejudicar o funcionamento da PCB. As normas IPC-6011 determinam que os circuitos devem ser balanceados e construídos da mesma forma em ambos os lados. Isso ajuda a evitar curvaturas e torções. Quando os pesos de cobre são de 3 oz/ft² ou mais, regras mais rígidas são necessárias. O controle de planicidade mantém a PCB estável e elimina a necessidade de peças de suporte extras.
A curvatura e a torção alteram o quão plana uma placa de circuito impresso é e decidem se ela passará por regras rigorosas da indústria.
Principais lições
Curvatura e torção fazem com que as placas de circuito impresso (PCBs) se dobrem, o que pode prejudicar seu funcionamento. É importante controlar a curvatura e a torção. – O uso de ferramentas IPC-TM-650 verifica a planicidade antecipadamente. Isso ajuda a encontrar problemas rapidamente e garante que as placas sigam as regras. – A fabricação de PCBs com cobre uniforme e pontos de peças inteligentes ajuda a evitar curvaturas e torções durante sua fabricação. – Escolher bons materiais e a espessura correta mantém as PCBs resistentes. Isso as torna menos propensas a se dobrarem devido ao calor ou à água. – Uma boa comunicação entre fabricantes e clientes ajuda a corrigir problemas mais rapidamente e a melhorar as PCBs.
Padrões de Planicidade de PCB
Arco e Torção
A planicidade da placa de circuito impresso (PCB) indica o quão lisa e uniforme a placa é. Curvatura e torção são as principais causas de perda de planicidade em uma placa. A curvatura ocorre quando os quatro cantos tocam a mesa, mas o centro sobe. Torção ocorre quando três cantos se tocam, mas um deles fica mais alto ou mais baixo. Esses problemas podem surgir durante a fabricação da placa, especialmente após as etapas de aquecimento. A curvatura pode chegar a 0.47 mm e varia com o material da placa e o calor. Torção ocorre quando a placa gira na diagonal, de modo que um canto fica para cima ou para baixo.
A curvatura e a torção não seguem um padrão normal. Diferentes materiais e o calor durante a soldagem causam essas alterações. As pessoas usam métodos especiais para verificar a curvatura e a torção. Elas observam a placa, usam ferramentas de planicidade e, às vezes, escaneamento 3D. Normas como a IPC-TM-650 2.4.22 explicam como medir e aceitar placas para curvatura e torção.
A tabela abaixo mostra a maior curvatura e torção permitidas para cada tipo de prancha:
Tipo de placa | Arco e torção máximos (%) |
|---|---|
Com dispositivos de montagem em superfície | 0.75% |
Sem SMD | 1.5% |
Esses limites são baseados nas normas IPC 2422-1 e IPC 2422-2. Eles garantem que as placas funcionem bem, mesmo que entortem um pouco.
Por que a planura é importante
A planura é muito importante para o bom funcionamento de uma PCB. Curvaturas e torções podem dificultar a colocação das peças na placa. Se a placa não for plana, as peças podem não se encaixar corretamente e a solda pode não aderir bem. Isso pode causar circuitos abertos ou pontos fracos.
Estudos mostram que PCBs planos duram mais e funcionam melhor. Muita curvatura ou torção exerce pressão sobre as juntas de solda. A forma como você fixa a placa, como onde você coloca os parafusos, altera o quanto ela se curva. Parafusos distantes de peças importantes ajudam as juntas de solda a durarem mais. Se parafusos unirem a PCB a objetos que se expandem de forma diferente com o calor, as juntas de solda podem quebrar até 60% mais rápido. Testes e modelos computacionais mostram que os planos de suporte alteram o início das rachaduras e a duração das juntas de solda.
Pesquisadores descobriram que PCBs mais planos proporcionam melhores resultados na fabricação de placas. Placas com menor coplanaridade apresentam menos problemas de solda. Por exemplo, com coplanaridade de 0.177 mm, a chance de uma solda rompida é de cerca de 1%. Placas que passam nos testes geralmente são mais planas do que aquelas que não passam. A posição da placa no painel e como ela se rompe também importam, mas o equilíbrio e o material do cobre não alteram muito as coisas.
O controle de curvatura e torção não se resume apenas a seguir regras. Ele ajuda todas as placas de circuito impresso a funcionarem bem e a durarem mais na vida real.
Métodos de Medição
IPC-TM-650
Engenheiros usam diferentes maneiras de verificar a planura de uma placa de circuito impresso. A norma IPC-TM-650 explica como testar a curvatura e a torção. Para isso, coloque a placa sobre uma superfície plana. Em seguida, meça os pontos mais altos e mais baixos. Para isso, são utilizadas ferramentas ou câmeras especiais. Algumas ferramentas comuns são o moiré de sombra, a projeção de franjas e a medição confocal. Essas ferramentas conseguem detectar variações de altura muito pequenas, às vezes de apenas 5 micrômetros. Alguns projetistas desejam verificações ainda mais precisas, como 1 ou 3 micrômetros.
Para medir a planura, você deve seguir alguns passos:
Asse a tábua primeiro para remover a água.
Pinte o quadro de branco para que as câmeras possam ver melhor.
Corte a tábua para que ela caiba no forno.
Coloque os termopares perto, mas não dentro, da área de teste.
Utilize calor que aumente lentamente, entre 0.5°C e 1.0°C por segundo.
A norma IPC-TM-650 também recomenda a verificação de painéis grandes antes de cortá-los em placas menores. Isso garante que todas as placas estejam em boas condições antes de montá-las.
Limites aceitáveis
Existem regras claras sobre a planura que uma prancha deve ter. Os números corretos dependem do tipo de prancha e de como será usada. A tabela abaixo mostra os principais limites:
Tipo de placa | Limite de arco e torção (%) |
|---|---|
Placas de circuito impresso para montagem em superfície | 0.75 |
Outros tipos de placas | 1.5 |
As placas também precisam ter a espessura correta e bordas lisas. Se uma placa tiver mais de 31 milésimos de polegada (aproximadamente 10 mm), ela deve estar dentro de ±3% da espessura correta. Placas mais finas podem apresentar uma diferença de apenas ±0.75 milésimos de polegada (aproximadamente XNUMX mm). Se uma placa dobrar mais de XNUMX%, ela não é adequada para a maioria dos trabalhos. Essas regras ajudam a garantir que as placas funcionem bem durante sua fabricação e uso.
Ao seguir esses testes de curvatura e torção, as empresas podem fabricar pranchas que atendem às regras e não falham tanto.
Fatores que influenciam a planura do PCB
Design e Layout
A forma como você projeta e dispõe uma placa de circuito impresso (PCB) altera o quão plana ela se mantém. Engenheiros tentam manter o cobre uniforme em ambos os lados. Se um lado tiver mais cobre, a placa pode entortar. Isso acontece quando a placa esfria. Um empilhamento equilibrado ajuda a evitar esse problema. Trilhas e planos são colocados para distribuir a tensão. Grandes recortes ou ranhuras podem criar pontos fracos. Esses pontos fracos aumentam a probabilidade de encurvamento ou torção durante a laminação. O local onde você coloca as peças e os furos também importa. Boas escolhas de design ajudam a evitar entortamentos. Isso faz com que a placa de circuito impresso funcione melhor e dure mais.
Dica: Manter o cobre uniforme e colocar as peças em locais inteligentes ajuda a evitar arqueamento e torção quando fazendo uma placa de circuito.
Materiais e Espessura
Os materiais e a espessura escolhidos determinam o quão plana a placa de circuito impresso será. Materiais diferentes reagem de forma diferente ao calor e à água. FR4, Teflon e substratos flexíveis possuem características especiais. O FR4 tem um CTE médio, mas o CTE do Teflon é muito maior. Substratos flexíveis precisam de cuidados extras para se manterem planos. Quando esses materiais esquentam durante a laminação, eles crescem e contraem em velocidades diferentes. Isso pode fazer com que a placa entorte ou torça.
A espessura da placa também importa muito. Placas finas dobram ou torcem com mais facilidade. Placas grossas não dobram tanto, mas podem ser muito rígidas. A tabela abaixo mostra como o material e a espessura alteram a planura e a tolerância:
Parâmetro | Descrição | Impacto na planura e tolerâncias do PCB |
|---|---|---|
tipo de material | FR4, Teflon, Substratos Flexíveis | Diferentes CTEs fazem com que as placas entortem ou encolham; o Teflon é mais difícil de manter plano, substratos flexíveis precisam de cuidados especiais |
Faixa de espessura (mm) | 0.2-0.4 | Tolerância de ±0.1 mm; placas grossas perdem flexibilidade, as finas são fracas |
Faixa de espessura (mm) | 0.5-1.0 | Tolerância de ±0.2 mm; placas grossas retardam sinais de alta velocidade, as finas não são estáveis |
Faixa de espessura (mm) | 1.0-1.5 | Tolerância de ±0.3 mm; placas grossas são difíceis de montar, as finas podem quebrar |
Efeitos de expansão térmica | FR4 (14-16 ppm/°C), Teflon (30-40 ppm/°C), Poliimida (10-20 ppm/°C) | CTE mais alto significa mais deformação, o que prejudica a planura |
Fatores Ambientais | Temperatura, Umidade | Calor e água fazem as placas crescerem, encolherem ou deformarem |
Processos de fabricação | Estresse térmico de soldagem por refluxo | O resfriamento irregular entorta as placas e move as peças |
Os engenheiros escolhem os materiais e a espessura com base nas necessidades da placa de circuito impresso. Eles também consideram como essas escolhas alteram a curvatura e a torção durante a fabricação e o uso da placa.
Contagem de Camadas
O número de camadas em uma placa de circuito impresso (PCB) altera o quanto ela se curva. Mais camadas significam mais etapas de laminação. Cada etapa utiliza calor e pressão. Essas etapas podem fazer a placa dobrar ou torcer se não forem balanceadas. Mais camadas podem significar mais estresse. Se as camadas não tiverem a mesma espessura ou tipo, a placa pode dobrar após a laminação.
Os designers usam empilhamentos uniformes para ajudar nisso. Eles combinam camadas acima e abaixo do meio. Isso mantém a placa plana durante a produção. Se o empilhamento não for uniforme, a placa pode entortar durante a laminação. Planejar o número de camadas e o empilhamento ajuda a evitar curvaturas e torções.
Processo de Fabricação
A forma como a placa de circuito impresso é feita altera o quão plana ela fica no final. Cada etapa, como a laminação e a soldagem, pode causar problemas. A laminação usa calor e pressão para unir as camadas. Se o calor ou a pressão não forem uniformes, a placa pode entortar. O resfriamento desigual após a laminação também causa entortamento. Durante a soldagem por refluxo, a placa esquenta novamente. Esse calor pode fazer com que a placa entorte, especialmente se os materiais crescerem em taxas diferentes.
Os fabricantes adotam medidas cuidadosas para evitar esses problemas. Eles monitoram o calor e a pressão durante a laminação. Assam as placas antes da soldagem para secá-las. Essas medidas ajudam a evitar arqueamentos e torções. As equipes verificam a planicidade diversas vezes durante a fabricação. As verificações antecipadas identificam problemas antes da próxima etapa. Um bom controle do processo mantém a placa de circuito impresso plana e reduz a chance de problemas.
Observação: manter o processo estável durante a fabricação e a laminação é muito importante para evitar arqueamentos e torções em cada PCB.
Garantindo a conformidade do PCB
Melhores Práticas
Os fabricantes usam diferentes maneiras de manter a planura do PCB. Eles escolhem acabamentos de superfície como ENIG ou ENEPIG. Esses acabamentos ajudam as almofadas a permanecerem uniformes e resistentes. Máscaras de solda de filme seco podem deixar as placas muito planas, com espessuras de até 5 a 7 micrômetros. Engenheiros projetam empilhamentos iguais em ambos os lados. Eles equilibram o cobre para evitar arqueamento e torção. Pontos vazios de cobre são preenchidos para manter a galvanoplastia uniforme. Durante a laminação, eles monitoram o calor e a pressão para evitar deformações. A tabela abaixo lista alguns números importantes:
Aspecto | Detalhes / Benchmarks Numéricos |
|---|---|
Limites de distorção do IPC | 0.1% para placas de Classe 3; 0.05% para Classe 4; 0.2% para Classe 1 |
Espessura do núcleo | 1.6 mm ajuda os painéis grandes a permanecerem rígidos, mesmo com mais de 400 mm |
Distribuição de cobre | O cobre balanceado reduz o risco de deformação em 15-20% |
Seleção do material | FR-4 de alta Tg (>170°C) ou poliimida (até 260°C) reduz a expansão em cerca de 20% |
Dica: Trabalhar com os fabricantes desde o início e fazer testes rápidos de placas pode encontrar até 80% dos problemas de planicidade antes de fazer muitas placas.
Comunicação Fabricante-Cliente
Uma boa comunicação entre fabricantes e clientes ajuda conformidade com PCBAmbas as partes devem concordar com as regras de planicidade antes de fabricar as placas. Compartilhar planos de empilhamento, seleção de materiais e etapas de laminação evita surpresas. Os fabricantes podem mostrar testes em computador para explicar como a placa de circuito impresso se comportará durante a montagem. Os clientes devem informar os fabricantes sobre quaisquer problemas encontrados nos testes. Esse trabalho em equipe ajuda a aprimorar as etapas de projeto e fabricação.
Reuniões regulares mantêm todos atualizados.
Compartilhar resultados de testes e amostras ajuda a resolver problemas rapidamente.
Falar sobre problemas na criação de soluções leva a soluções mais rápidas.
Resolvendo Problemas
Quando surgem problemas de planicidade, as equipes seguem etapas para corrigi-los. Primeiro, verificam se o cobre está balanceado e se o empilhamento está uniforme. Em seguida, verificam se os materiais e a espessura corretos foram usados. Se a laminação ou a soldagem causaram o problema, alteram as configurações do processo. Às vezes, utilizam suportes especiais durante a montagem para evitar que as placas dobrem. Estudos de caso mostram que testar novos designs ou alterar a forma como as peças se conectam pode resolver problemas complexos. Por exemplo, um projeto de sensor europeu obteve melhor planicidade ao testar três novos designs. Isso os ajudou a fabricar mais placas. Em dispositivos médicos, fabricar muitas placas de teste e obter ajuda com o design levou a melhores resultados e placas mais resistentes.
As equipes que descobrem problemas cedo e melhoram seus processos têm menos problemas de planura e melhor desempenho de PCB.
Conhecer os padrões de PCB e o que afeta a qualidade ajuda os engenheiros a criar bons produtos. Um bom design, a escolha dos materiais certos e medidas cuidadosas evitam que as placas dobrem. Isso também ajuda a encaixar melhor as peças na placa. A tabela abaixo mostra duas maneiras de cortar placas. Ela mostra como cada maneira altera a borda e a tensão:
Aspecto | Despainelamento de furos de carimbo | Depaneling com pontuação V |
|---|---|---|
Custo de processamento | Barato e fácil de fazer | Caro e precisa de mais trabalho |
Qualidade de despainelização | As bordas são ásperas e precisam ser aparadas | As bordas são lisas e têm uma aparência agradável |
Estresse de Despainelização | Não causa muito estresse, é bom para partes frágeis | Muito estresse, então as peças precisam de proteção |
Flexibilidade de design | Funciona para muitos formatos e designs | Funciona apenas para formas simples e regulares |
Cenários adequados | Bom para pequenos trabalhos e placas de teste | Melhor para fazer muitas placas que devem ser planas |
Para mais ajuda, consulte as regras IPC-6012 e IPC-2221. Consultar os painéis com frequência e trabalhar em conjunto ajuda todos a obter melhores resultados.
Perguntas frequentes
O que faz com que uma PCB perca a planura?
Muitos fatores podem fazer com que uma placa de circuito impresso não seja plana. Se o cobre não for distribuído uniformemente, a placa pode entortar. Escolher os materiais errados também causa problemas. O calor durante a fabricação da placa pode causar curvatura ou torção. Designers e fabricantes devem ficar atentos a esses fatores para manter a placa plana.
Como os engenheiros medem a planura do PCB?
Engenheiros utilizam ferramentas especiais para verificar a planicidade. Algumas ferramentas incluem moiré de sombra, projeção de franjas e medição confocal. Elas seguem as regras do IPC-TM-650. A placa é colocada sobre uma mesa plana. Em seguida, eles verificam os pontos mais altos e mais baixos. Isso ajuda a garantir que a placa esteja em boas condições para uso.
O que acontece se um PCB não atender aos padrões de planicidade?
Se uma PCB não for plana o suficiente, pode causar problemas. As peças podem não se encaixar corretamente na placa. As juntas de solda podem enfraquecer e quebrar. Isso pode fazer com que a placa pare de funcionar ou dure pouco. Os fabricantes devem corrigir o problema antes de usar a placa.
Mudanças no design podem melhorar a planura do PCB?
Sim, mudanças no design podem ajudar a manter as placas planas. Engenheiros equilibram camadas de cobre e escolhem bons materiais. Eles planejam a montagem para que seja uniforme. Eles não usam grandes recortes e posicionam as peças em locais inteligentes. Essas etapas ajudam a evitar arqueamentos e torções durante a fabricação da placa.
