Desprendimiento de PCB: Causas, Prevención y Soluciones

Introducción

La placa de circuito impreso (PCB) es el núcleo de cada dispositivo electrónico, alimentando silenciosamente nuestros teléfonos, vehículos, equipos médicos y satélites. A medida que los procesos, capacidades y tecnologías de producción y fabricación de placas de circuito impreso en China continúan mejorando. Sin embargo, incluso las placas de más alta calidad no son inmunes a uno de los fallos más persistentes y costosos en electrónica: el desprendimiento de PCB. Cuando las capas de la placa comienzan a separarse, generalmente siguen fallos eléctricos y retiros de productos.

Comprensión de la deslaminación en PCB y cómo prevenirla. Primero, es necesario entender que las causas de la deslaminación pueden dividirse aproximadamente en cuatro categorías: problemas de materiales, defectos en el proceso de fabricación, influencias ambientales externas y tratamientos químicos inadecuados, etc. Si analizamos desde una perspectiva detallada del proceso de fabricación, pero cómo la humedad, el procesamiento térmico, el ensamblaje y las condiciones de almacenamiento interactúan. Defectos como la deslaminación, el meascado y las microgrietas comprometen la capa superficial de un PCB y su estructura interna, afectando la fiabilidad e incluso, en ocasiones, la seguridad.

¿Qué es la deslaminación en PCB?

La deslaminación de PCB (placa de circuito impreso) se refiere al fenómeno de deslaminación o separación entre diferentes capas de la placa durante el proceso de producción. La deslaminación del PCB ocurre cuando las capas de la placa —combinaciones de cobre, resina y sustrato— comienzan a separarse debido a diversos factores mecánicos, térmicos o químicos. La deslaminación puede manifestarse como burbujas o grietas, decoloración y hinchazón, ampollas o incluso deformación de la capa superficial del PCB. Cuando ocurre la estratificación, si no se controla, la deslaminación puede provocar un aumento en la humedad dentro del PCB, acelerando daños adicionales, lo que conduce a la pérdida de funcionalidad del PCB.

A juzgar por algunos materiales comúnmente utilizados, se emplean materiales de placas como el FR-4 o el poliimida como materiales base para PCB. Estos laminados, adhesivos y láminas de cobre están altamente desarrollados, pero siguen siendo vulnerables. Cuando se exponen a una humedad excesiva o se someten a ciclos térmicos, incluso los laminados de alta calidad pueden separarse si no se fabrican y manipulan adecuadamente.

Por qué la deslaminación en PCB es un problema crítico

¿Por qué se presta tanta atención a la deslaminación en el mundo de los PCB? Simplemente porque: si ocurre deslaminación, todo el PCB podría fallar. El PCB sirve como componente fundamental para la transmisión de señales y circuitos en toda la placa de control.

Por qué la deslaminación es tan peligrosa:

• Fallos eléctricos: El más directo es la interrupción de las rutas conductoras; se pierde energía o datos, y resultan fallos aleatorios.
• Puntos calientes térmicos: Debido a que los espacios de aire causados por la deslaminación tienen baja transferencia de calor, se crean "puntos calientes" locales que finalmente aceleran aún más el fallo.
• Debilidad estructural: Desde una perspectiva estructural, cuando los materiales base del PCB se deslaminan, pierden resistencia mecánica y son propensos a grietas, especialmente durante el ensamblaje o la reparación.
• Daño a largo plazo: La humedad en el sustrato del PCB sigue atacando desde el interior, provocando corrosión, manchas blancas (measling) y más ampollas. Este es un factor provocado por el entorno externo.
• Riesgos ocultos: Aunque la deslaminación inicialmente no detenga un dispositivo, acorta la vida útil del PCB, haciendo que los productos fallen mucho antes de su vida útil prevista, y el PCB ha perdido su rendimiento más fundamental.

Causas de la deslaminación del PCB: Los factores principales

Si desea resolver el problema de la estratificación, debe comenzar por las causas.

Comprender las causas de la deslaminación del PCB y por qué ocurre es el primer paso para prevenirla.

1. Absorción de Humedad y Humedad Ambiental

Los materiales base para PCB son higroscópicos: el fenómeno de absorción de humedad generalmente está estrechamente relacionado con factores como la estructura química y la porosidad de los materiales utilizados, así como con la humedad ambiental. Los sustratos comunes para PCB, como el FR-4 (material compuesto de tela de vidrio con resina epoxi), tienen ciertos poros y pueden absorber humedad del aire. Esto significa que absorben humedad del entorno, especialmente si la placa se deja sin protección en ambientes de alta humedad. La humedad excesiva en el PCB puede quedar atrapada en la base del mismo y estar expuesta a humedad durante la fabricación, almacenamiento o transporte. Posteriormente, la exposición a altas temperaturas durante los ciclos de soldadura convierte esa humedad en vapor.

• Cuando la humedad atrapada en el PCB se calienta por encima del punto de ebullición del agua, crea una presión interna considerable. Si el material laminado no puede liberar o absorber esta presión, las capas comienzan a separarse, lo que provoca una disminución del rendimiento eléctrico, una expansión térmica irregular, una reducción de la resistencia mecánica e incluso problemas como cortocircuitos eléctricos, y finalmente ocurre la deslaminación.
• Las condiciones de almacenamiento de los materiales laminados son críticas. Cuando aumenta la humedad en el aire, también se acelera la adsorción de humedad. Si la superficie del sustrato absorbe humedad, la tasa de absorción aumenta con el incremento de la humedad. Por lo tanto, no sellar al vacío ni hornear las PCB antes del ensamblaje es una causa principal.
• La humedad en el sustrato del PCB también puede provocar manchas blancas (ver más abajo).

2. Esfuerzo Térmico y Procesamiento Térmico

Cuando el PCB entra en la etapa de ensamblaje y procesamiento SMT, cada placa sufre repetidos esfuerzos térmicos durante el montaje. El procesamiento térmico (soldadura por reflujo, soldadura por ola, reparación) calienta la placa por encima de 200°C. Después de verse afectada por altas temperaturas, si el laminado es viejo, tiene un tipo de resina incorrecto o no ha sido horneado, puede producirse deslaminación.

• Un perfil térmico inadecuado o superar la Tg especificada de la resina (Temperatura de Transición vítrea, por ejemplo, usar material FR-4 con un tipo de Tg incorrecto) son causas comunes. Por lo tanto, al seleccionar los materiales, también se deben evaluar los requisitos de aplicación final del producto y elegir una clase de Tg adecuada.
• Sometido a ciclos térmicos, la expansión y contracción de las capas afloja las uniones, especialmente en placas HDI o en aquellas con conductores de cobre grueso.

3. Problemas de fabricación y materiales

• Procesos de fabricación deficientes : Cualquier partícula, aceite o laminación inadecuada durante la prensado de la placa puede siempre causar deslaminación. En los talleres modernos con líneas de producción completamente automatizadas, este factor se ha reducido considerablemente.
• Tipo incorrecto de Tg : FR-4 o poliimida deben coincidir con el proceso térmico real de su ensamblaje.
• Materiales antiguos, fuera de especificación o resina caducada pueden provocar deslaminación . Se recomienda utilizar materiales de marcas internacionales comúnmente utilizadas.
• Material con tipo incorrecto de Tg : Si la soldadura por reflujo alcanza temperaturas constantemente superiores a la clasificación de su sustrato, la formación de ampollas por deslaminación es solo cuestión de tiempo. Como se mencionó anteriormente, elegir el sustrato adecuado según el Tg puede reducir la probabilidad de este problema.

4. Factores mecánicos y químicos desencadenantes

• Doblar la placa, manipulación inadecuada o impactos provocarán deslaminación, especialmente cuando los enlaces ya están debilitados por humedad o calor.
• Los residuos de agentes de limpieza, flux y máscara de soldadura, si no se limpian correctamente, pueden degradar la interfaz entre la capa superficial y la base, favoreciendo el desprendimiento.

Disparadores mecánicos y químicos que comúnmente se observan durante los procesos posteriores de reprocesamiento y producción de ensamblaje, causados por factores externos.

Tabla resumen: Causas del desprendimiento en PCB

Manchas blancas y agrietamiento del PCB: Formas relacionadas de deslaminación

La deslaminación, las manchas blancas (measling) y el agrietamiento a menudo se confunden, pero representan defectos distintos en el mundo de los circuitos impresos; cada uno con sus propios riesgos y causas. Estos diversos problemas de calidad no solo afectan la apariencia del PCB, sino que también pueden impactar gravemente su rendimiento eléctrico y fiabilidad.

Manchas blancas y defectos en el PCB

Las manchas blancas (measling) son la formación de pequeñísimas manchas blancas deslaminadas, típicamente en las intersecciones de las fibras de vidrio en el material base del PCB. Estas aparecen como puntos blancos finos bajo la máscara de soldadura o el laminado y a veces se confunden con una deslaminación en etapa inicial. Las manchas blancas y la deslaminación del PCB están relacionadas, ya que ambas resultan de fallas en los materiales laminados, a menudo provocadas por exceso de humedad en el PCB o procesos de fabricación deficientes.

• Las manchas blanquecinas suelen ser causadas por la oxidación o corrosión de la capa metálica en la superficie del PCB (como la capa de cobre), o por humedad, o también pueden deberse a un recubrimiento o tratamiento superficial inadecuado, especialmente cuando las placas están expuestas a cambios térmicos rápidos o a choques térmicos durante la soldadura.
• Cuando la humedad queda atrapada en los materiales base del PCB o cuando los materiales sufren un curado inadecuado, aparecen pequeñas manchas blancas. Con el tiempo, estas manchas pueden aumentar de tamaño, provocando una deslaminación más grave si no se corrigen.

Crazing

La fisuración en malla se caracteriza por un patrón de microgrietas similares a una red que atraviesa el laminado base del PCB; comúnmente es causada por fatiga del material, control inadecuado de las texturas y gráficos durante el proceso de soldadura, y operaciones mecánicas incorrectas, como perforado o corte deficiente. A diferencia del moteado, que es localizado, la fisuración en malla suele cubrir áreas más amplias, creando una apariencia de red o malla debajo de la máscara de soldadura. Aunque la fisuración en malla no siempre provoca deslaminación, es un indicador visible de estrés y puede debilitar la integridad estructural del tablero.

Cuando son motivo de preocupación las formas relacionadas de deslaminación

• El moteado y la fisuración en malla pueden provocar deslaminación si el tablero sufre tensiones adicionales debido a ciclos térmicos o mecánicos, o si la humedad atrapada se expande durante el ensamblaje o el uso del producto.
• Los tableros que presenten formación de pequeñas manchas blancas deslaminadas deben ser puestos en cuarentena para inspección y pruebas adicionales. Realice regularmente verificaciones de problemas en los materiales o pruebas básicas antes de su uso.
• Al adoptar procesos científicos de diseño, fabricación y pruebas, se puede reducir significativamente la tasa de aparición de estos problemas, y se puede mejorar la fiabilidad y la estabilidad a largo plazo de los PCB.

Tabla comparativa rápida: Measling vs. Crazing vs. Deslaminación

Efectos y consecuencias de la deslaminación en PCB

La PCB, como material electrónico de alta precisión. Si ocurre deslaminación, sus consecuencias y formas relacionadas en las PCB son de gran alcance, afectando los aspectos eléctricos, térmicos y mecánicos de un dispositivo. La consecuencia más directa es la disminución de las propiedades mecánicas y eléctricas de la lámina, e incluso puede provocar fallos funcionales.

Problemas de rendimiento eléctrico

Los cortocircuitos y circuitos abiertos son los más comunes y también las manifestaciones diagnósticas habituales que mejor reflejan el fenómeno de deslaminación.

• Interrupción del conductor: Donde los conductores o pistas se separan del material base , los circuitos se abren, lo que provoca un mal funcionamiento del dispositivo o fallos intermitentes.
• Cortocircuitos y CAF: La deslaminación puede generar nuevas vías para la filamentosidad anódica conductiva (CAF), creando puentes entre orificios de soldadura o pistas de cobre.

Implicaciones Térmicas y Estructurales

A menudo durante el proceso de soldadura, la deslaminación se intensifica cuando se expone al calor. O bien, las grietas y deformaciones son causadas por fuerzas externas.

• Aislamiento Térmico: Las ampollas y huecos reducen el flujo de calor, provocando sobrecalentamiento y degradación localizada rápida de componentes cercanos a zonas deslaminadas.
• Debilidad Mecánica: El circuito pierde su capacidad de flexionarse o soportar cargas de impacto, lo que conduce a grietas y una mayor deslaminación a gran escala.

Humedad y Corrosión

La influencia de sustratos como FR-4 y CM-1 al absorber humedad del aire en un entorno de alta humedad.

• La humedad atrapada en el PCB no solo provoca expansión cuando se calienta, sino que también puede acelerar la corrosión, especialmente en orificios pasantes de cobre expuestos o pistas en la zona deslaminada.
• La exposición repetida a la alta humedad y las condiciones deficientes de almacenamiento de los materiales laminados permiten una degradación continua, lo que conduce así a.

Impacto en la vida útil y la fiabilidad del producto

Para un fabricante de PCB a gran escala, aunque la optimización del entorno externo y la gestión de las normas operativas han evitado el problema de la deslaminación, si esta ocurre, tendrá un impacto enorme en la vida útil del propio PCB y en la fiabilidad de los productos finales.

• La deslaminación y sus variantes (measling, craqueo) reducen la vida útil efectiva del PCB y hacen que incluso dispositivos que superan las pruebas funcionales iniciales puedan comenzar a fallar meses o años después; esto acorta significativamente la vida útil del producto.
• Estas fallas ocultas pueden provocar costosas retiradas del mercado y daños a la reputación de la marca, ya que los dispositivos fallan inesperadamente en el campo.

Cómo saber si un PCB está dañado (síntomas y tipos de deslaminación)

La mejor manera de resolver problemas es prevenirlos. Conocer los síntomas de la deslaminación del PCB es crucial para la detección temprana y la mitigación; podemos identificar el problema mediante las siguientes pistas.

Indicadores visuales

• Un área descolorida bajo la máscara de soldadura suele indicar acumulación de humedad o deslaminación incipiente.
• Ampollas o burbujas a lo largo de la capa superficial o en puntos internos de apilamiento son indicadores directos.
• Ampolla por deslaminación: Una región hinchada o esponjosa que aparece elevada respecto a la superficie del PCB.
• Pequeñas manchas blancas deslaminadas: Indicativas de aparición de manchas blanquecinas, especialmente después de ciclos térmicos.

Pistas eléctricas y funcionales

• Fallos repentinos o intermitentes, especialmente después de que la placa soporta ciclos de alta temperatura.
• Los circuitos fallan después de la soldadura por reflujo o por ola cuando los orificios se puentean inesperadamente.
• Lecturas de resistencia extrañas o pérdida de continuidad a través de las pistas de cobre.

Indicadores Mecánicos

• Las placas presentan deformaciones extrañas, flexión o una sensación de “esponjosidad” al manipularlas cerca de zonas deslaminadas.

Por qué y cómo ocurre la deslaminación durante la soldadura y el procesamiento térmico

Cada PCB debe pasar por un proceso de ensamblaje de alta temperatura, pero la deslaminación es particularmente probable durante los pasos de ensamblaje a alta temperatura, y varias causas de deslaminación de PCB conectan aspectos de diseño, materiales y proceso. Por lo tanto, se puede resumir qué eslabones en la fabricación y el diseño de este PCB necesitan ser optimizados.

La soldadura y el reflujo como desencadenantes

• El procesamiento térmico, como la soldadura por reflujo y soldadura por ola, expone las placas a temperaturas superiores al punto de ebullición del agua (100°C) y en ocasiones por encima de 250°C. Esta temperatura representa un valor mínimo exigente para la resistencia al calor del PCB.
• La humedad atrapada en la base del PCB se vaporiza, creando presión interna; esta situación ocurre cuando hay humedad residual en la capa interior del PCB.
• Si la presión supera la capacidad de adherencia del material, se producirá deslaminación, especialmente en las áreas más débiles, como las entradas de los vías o los bordes de las pistas de cobre.

Causas comunes de deslaminación durante el ensamblaje:

• Tg inadecuado o incorrecto en los materiales laminados (por ejemplo, usar material FR-4 con un tipo de Tg no adecuado para soldadura sin plomo). En los requisitos del proceso de fabricación de PCB, es particularmente importante seleccionar la especificación y el modelo apropiados del material base.
• Placas no presecadas ni selladas al vacío, expuestas a la humedad antes del soldado. En los procesos de fabricación actuales, este factor apenas constituye un incentivo. Sin embargo, para los materiales de empaque abiertos, deben consumirse lo antes posible para evitar pérdidas de material.
• Materiales básicos de PCB de baja calidad que han absorbido humedad o se han degradado.

Por qué puede producirse una deslaminación a gran escala

• Si la deslaminación comienza en un punto de soldadura, puede propagarse hacia afuera, provocando una deslaminación a gran escala que afecta a múltiples capas del material base.

Tipos de pruebas para medir la deslaminación de PCB

En la industria de PCB se utilizan tipos rigurosos de pruebas para medir la deslaminación, lo que permite la detección proactiva y la garantía de calidad.

Métodos clave de prueba

Métodos para Prevenir la Deslaminación y Soluciones

La protección contra la deslaminación es multifacética, depende del diseño, almacenamiento, procesamiento y hasta de las relaciones con proveedores.

Diseño y elección de materiales

• Después de comprender el rendimiento final y la aplicación del material, seleccione el material FR-4 o materiales alternativos para PCB con Tg y resistencia adecuada a la humedad.
• Si el producto se utiliza en entornos de alta humedad, durante el ensamblaje de PCBA use resinas mejoradas o aplique recubrimientos conformales protectores.

Controles de fabricación y procesamiento

• Mantenga un estricto control de humedad en las áreas de almacenamiento y fabricación, y controle estrictamente las normas y reglamentos operativos.
• Hornee todas las placas para eliminar la humedad antes del soldado, especialmente antes de ensamblajes de alta temperatura o múltiples pasadas.
• Audite a los proveedores para garantizar la trazabilidad de las materias primas y exija materiales con el tipo correcto de Tg.

Mejores prácticas de ensamblaje

• Utilice perfiles correctos para que la capa superficial de una PCB y el cobre nunca excedan las especificaciones del fabricante.
• Permita el enfriamiento entre ciclos térmicos para minimizar la fatiga por expansión/contracción.

Manejo Seguro

• Capacite al personal sobre el manejo delicado; use guantes para evitar microgrietas.
• Inspeccione regularmente la aparición de manchas, ampollas y pequeñas áreas deslaminadas; una vez detectados materiales anormales, deben clasificarse inmediatamente en el área de materiales no utilizables y almacenarse según lo indicado.

Control del medio ambiente

• Utilice almacenes con control climático para las condiciones de almacenamiento de los materiales laminados.
• Monitoree con sensores de humedad y temperatura para evitar la absorción de humedad.

Pasos para la reparación de deslaminación en PCB

Si ha ocurrido deslaminación, la función de algunos materiales aún puede restaurarse mediante una reparación profesional:

• Diagnostique mediante inspección visual o SAM.
• Detenga cualquier manipulación adicional (para evitar la propagación de burbujas o espacios).
• Limpie cuidadosamente el área; evite agentes de limpieza agresivos que disuelvan adhesivos.
• Perfore un pequeño orificio de ventilación si es necesario para inyectar epoxi en la zona deslaminada.
• Inyectar epoxi de alta especificación y aplicar presión compresiva.
• Curar a temperatura controlada para restaurar la adhesión.
• Volver a probar mediante pruebas de continuidad eléctrica y pruebas de estrés.

Preguntas Frecuentes

P: ¿Cuál es la causa principal de la deslaminación en placas PCB modernas de múltiples capas?

R: Los principales factores que pueden provocar deslaminación actualmente son la humedad no controlada en el sustrato de la placa PCB y en el almacenamiento, el uso de materiales laminados con una Tg incorrecta o insuficiente para el proceso de ensamblaje, y prácticas deficientes de fabricación o laminado.

P: ¿Cómo puedo prevenir la deslaminación si las placas PCB deben someterse a múltiples ciclos de soldadura o reprocesos?

R: Utilice un material de placa con alta Tg, controle minuciosamente la humedad, selle al vacío entre procesos y hornee las placas antes de exponerlas nuevamente a altas temperaturas.

P: ¿Indica toda área decolorada o burbuja una deslaminación crítica?

A: No todos los defectos visuales requieren descarte. Pequeñas manchas blancas deslaminadas (puntillismo) no siempre pueden causar deslaminación, pero monitoree siempre si se extienden. La decoloración suele indicar humedad atrapada; aborde las causas raíz antes de continuar con el ensamblaje.

P: ¿Cuál es la diferencia entre puntillismo, craquelado y deslaminación?

R: El puntillismo es la formación de pequeñas manchas blancas, el craquelado presenta una red de grietas finas, y la deslaminación ocurre cuando hay separación física real o ampollas en el laminado del PCB o entre el cobre y el sustrato.

P: ¿Pueden los agentes de limpieza inadecuados causar deslaminación?

R: Sí, especialmente solventes agresivos que pueden degradar la adhesión en la capa superficial del PCB o entre capas, provocando eventualmente deslaminación.

P: ¿Por qué ciertas áreas de la placa se deslaminan más que otras?

A: La deslaminación suele comenzar en puntos de estrés térmico o mecánico—bordes, agrupaciones de vías o alrededor de ojos de soldadura—especialmente donde la densidad de conductores es alta o donde las capas tienen menor resistencia adhesiva.

P: ¿Qué tipos de pruebas deberían formar parte de nuestro control de calidad entrante y saliente para PCBs?

A: Utilice análisis por microsección, TMA, IST, SAM y pruebas de flotación en estaño para medir tanto la deslaminación potencial como la existente en todos los lotes críticos. Siempre documente y registre tendencias de los tipos de falla.

Conclusión y repaso de mejores prácticas

El PCB es un material electrónico procesado con alta precisión. Tiene requisitos y estándares muy elevados en cuanto a selección y almacenamiento de materiales, control de procesos, y empaquetado al vacío y almacenamiento de productos terminados. La deslaminación es un mecanismo complejo de falla que resulta de la humedad, la selección inadecuada de materiales, procesos de fabricación deficientes y un procesamiento térmico inapropiado. Tragedias como deslaminaciones masivas, fallos repentinos en campo y eventos de retiro del mercado tienen su origen en estas causas principales de deslaminación del PCB; tras identificar el problema, se debe elegir una solución adecuada y minimizar las pérdidas en la mayor medida posible.

Su lista de verificación para la prevención de deslaminación:

• Utilice siempre los materiales de tablero correctos que tengan la clasificación Tg certificada adecuada para sus temperaturas específicas de proceso.

• Mantenga un estricto control sobre cómo y dónde almacena los materiales laminados, y asegúrese de que todos los PCB —entrantes o salientes— sean manipulados siguiendo reglas climáticas estrictas.

• Configure el monitoreo de humedad y no se salte el paso de prehorneado, especialmente para placas que podrían haber absorbido humedad.

• Elija proveedores que cuenten con certificaciones sólidas para sus procesos y materiales, y realice verificaciones periódicas.

• Capacite a todas las personas que manipulan o ensamblan placas sobre qué es la deslaminación y cómo evitarla —es decir, enséñeles a identificar y reportar cualquier cosa que parezca o actúe de forma inusual.

• Realice pruebas sólidas y confiables para verificar la deslaminación como parte de sus controles normales de proceso y control final de calidad.