Descolamento de PCB: Causas, Prevenção e Soluções

Introdução

A placa de circuito impresso (PCI) está no centro de todos os dispositivos eletrônicos, alimentando silenciosamente nossos telefones, veículos, equipamentos médicos e satélites. À medida que os processos de produção e fabricação da China, suas capacidades e tecnologias para placas de circuito impresso continuam a melhorar. No entanto, mesmo as placas de mais alta qualidade não estão imunes a uma das falhas mais persistentes e onerosas na eletrônica: o descolamento da PCI. Quando as camadas da placa começam a se separar, falhas elétricas e recalls de produtos geralmente ocorrem logo em seguida.

Compreendendo a deslaminação de PCBs e como evitá-la. Primeiro, é necessário entender que as causas da deslaminação podem ser divididas aproximadamente em quatro categorias: problemas de material, problemas no processo de fabricação, influências ambientais externas e tratamentos químicos inadequados, etc. Se analisarmos sob uma perspectiva detalhada do processo de fabricação, mas como a umidade, o processamento térmico, a montagem e as condições de armazenamento interagem. Defeitos como deslaminação, manchas brancas (measling) e microfissuras comprometem a camada superficial de um PCB e a estrutura interna, prejudicando a confiabilidade e, às vezes, a segurança.

O que é Deslaminação de PCB?

A descamação de PCB (Placa de Circuito Impresso) refere-se ao fenômeno de descolamento ou separação entre diferentes camadas da placa durante o processo de produção. A descamação ocorre quando camadas da placa — combinações de cobre, resina e substrato — começam a se separar devido a diversos estímulos mecânicos, térmicos ou químicos. A descamação pode manifestar-se como bolhas ou fissuras, alteração de cor e formação de bolhas, blistering ou até empenamento da camada superficial do PCB. Quando ocorre a estratificação, se não for detectada, a descamação pode levar ao aumento da umidade no interior do PCB, acelerando danos adicionais, o que resulta na perda da funcionalidade do PCB.

A julgar por alguns materiais comumente utilizados, materiais em placa como o FR-4 ou poliimida são usados como materiais básicos para PCBs. Esses laminados, adesivos e folhas de cobre são altamente sofisticados, mas permanecem vulneráveis. Quando expostos à umidade excessiva ou submetidos a ciclos térmicos, mesmo os laminados de alta qualidade podem se separar se não forem adequadamente fabricados e manuseados.

Por que o descamamento em PCBs é um problema crítico

Por que o descamamento recebe tanta atenção no mundo dos PCBs? Simplesmente porque: se ocorrer descamamento, todo o PCB pode falhar. O PCB atua como componente fundamental para a transmissão de sinais e circuitos em toda a placa de controle.

Por que o descamamento é tão perigoso:

• Falhas elétricas: A mais direta é a interrupção dos caminhos condutores; perda de energia ou dados, resultando em falhas aleatórias.
• Pontos quentes térmicos: Como as lacunas de ar causadas pela deslaminação têm baixa transferência de calor, criam pontos quentes locais que acabam por acelerar ainda mais a falha.
• Fraqueza Estrutural: Do ponto de vista estrutural, quando os materiais da placa de circuito impresso (PCB) se deslamina, perdem resistência mecânica e são propensos a rachaduras, especialmente durante a montagem ou retrabalho.
• Danos de Longo Prazo: A umidade no substrato do PCB continua atacando por dentro, levando à corrosão, manchas brancas (measling) e novas bolhas. Este é um fator provocado pelo ambiente externo.
• Riscos Ocultos: Mesmo que a deslaminação possa não interromper inicialmente o funcionamento de um dispositivo, ela reduz a vida útil da placa de circuito impresso, fazendo com que os produtos falhem muito antes do seu tempo previsto de vida útil, e a placa já perdeu seu desempenho mais fundamental.

Causas da Deslaminação em PCBs: Os Principais Fatores

Se você deseja resolver o problema da estratificação, comece pelas causas.

Compreender as causas da deslaminação em PCBs e por que ela ocorre é o primeiro passo para a prevenção.

1. Absorção de Umidade e Umidade

Os materiais de base para PCB são higroscópicos — o fenômeno da absorção de umidade está geralmente relacionado a fatores como a estrutura química e a porosidade dos materiais utilizados, bem como à umidade ambiental. Substratos comuns para PCB, como o FR-4 (material compósito de tecido de vidro com resina epóxi), possuem certos poros e podem absorver umidade do ar. Isso significa que absorvem umidade do ambiente, especialmente se a placa for deixada sem proteção em ambientes de alta umidade. A umidade excessiva na PCB pode ficar retida na base do circuito impresso e exposta à umidade durante a fabricação, armazenamento ou transporte. Posteriormente, a exposição a altas temperaturas durante ciclos de soldagem transforma essa umidade em vapor.

• Quando a umidade aprisionada na placa de circuito impresso (PCB) é aquecida acima do ponto de ebulição da água, cria uma pressão interna intensa. Se o laminado não puder liberar ou absorver essa pressão, as camadas começam a se separar, o que leva à diminuição do desempenho elétrico, expansão térmica irregular, redução da resistência mecânica e até problemas como curtos-circuitos elétricos, culminando, por fim, na delaminação.
• As condições de armazenamento dos materiais laminados são críticas. Quando a umidade no ar aumenta, também acelera a adsorção de umidade. Se a superfície do substrato absorver umidade, a taxa de absorção aumenta com a elevação da umidade. Assim, deixar de selar sob vácuo ou de pré-aquecer as placas PCB antes da montagem é uma das principais causas.
• A umidade no substrato da placa PCB também pode causar manchas brancas (veja abaixo).

2. Tensão Térmica e Processamento Térmico

Quando a PCB entra na etapa de montagem e processamento SMT, cada placa é submetida repetidamente a tensões térmicas durante a montagem. O processamento térmico (soldagem por refluxão, soldagem por onda, reparo) aquece a placa acima de 200°C. Após ser afetada por altas temperaturas, se o laminado estiver envelhecido, tiver tipo incorreto de resina ou não tiver sido pré-assado, pode ocorrer descamamento.

• Um perfil térmico inadequado ou exceder a Tg especificada da resina (Temperatura de Transição Vítrea, por exemplo, usar material FR-4 com tipo incorreto de Tg) são causas comuns. Portanto, ao selecionar materiais, também devem ser avaliadas as exigências da aplicação final do produto, escolhendo-se uma classe de Tg apropriada.
• Submetido a ciclos térmicos, a expansão e contração das camadas "afrouxa" as ligações, especialmente em placas HDI ou aquelas com condutores de cobre espessos.

3. Problemas de Fabricação e Material

• Processos de fabricação deficientes : Qualquer partícula, óleo ou laminação inadequada durante a prensagem da placa pode sempre causar deslaminação. Nos atuais ambientes de produção com linhas totalmente automatizadas, esse fator foi grandemente reduzido.
• Tipo incorreto de Tg : FR-4 ou poliimida devem corresponder ao processo térmico real da sua montagem.
• Materiais antigos, fora das especificações, ou resina vencida podem causar deslaminação . Recomenda-se o uso de materiais de marcas internacionais comumente utilizadas.
• Material com tipo incorreto de Tg : Se a soldagem por refluxo atingir temperaturas consistentemente superiores à suportada pelo seu substrato, a formação de bolhas por deslaminação é apenas uma questão de tempo. Como mencionado acima, escolher o substrato adequado em termos de Tg pode reduzir a probabilidade desse problema.

4. Gatilhos Mecânicos e Químicos

• Flexionar a placa, manuseio inadequado ou choques podem causar deslaminação, especialmente quando as ligações já foram enfraquecidas pela umidade ou calor.
• Agentes de limpeza, fluxos e resíduos de máscara de solda, se não forem corretamente removidos, podem degradar a interface entre a camada superficial e a base, favorecendo o descolamento.

Gatilhos Mecânicos e Químicos são comumente observados nos estágios posteriores de reprocessamento e produção de montagem, causados por fatores externos.

Tabela Resumo: Causas de Descolamento em PCB

Manchas brancas e rachaduras na PCB: Formas relacionadas de deslaminação

Deslaminação, manchas brancas e rachaduras são frequentemente confundidas, mas representam defeitos distintos no mundo das placas de circuito impresso—cada um com seu próprio conjunto de riscos e causas. Esses diversos problemas de qualidade não afetam apenas a aparência da PCB, mas também podem impactar seriamente seu desempenho elétrico e confiabilidade.

Manchas brancas e defeitos em PCBs

Manchas brancas referem-se à formação de pequenas manchas brancas deslaminateadas, geralmente nas interseções das fibras de vidro no material base da PCB. Elas aparecem como pequenos pontos brancos sob a máscara de solda ou o laminado e às vezes são confundidas com estágios iniciais de deslaminação. Manchas brancas e deslaminação em PCBs estão relacionadas, pois ambas resultam de falhas nos materiais laminados, muitas vezes provocadas por umidade excessiva na PCB ou processos de fabricação inadequados.

• As manchas são geralmente causadas por oxidação ou corrosão da camada metálica na superfície do PCB (como a camada de cobre), ou por umidade, ou podem ser devidas a uma aplicação inadequada de revestimento ou tratamento superficial, especialmente quando as placas são expostas a mudanças térmicas rápidas ou submetidas a choques térmicos durante a soldagem.
• Quando a umidade fica aprisionada nos materiais da base do PCB ou quando os materiais sofrem cura inadequada, surgem pequenas manchas brancas. Com o tempo, essas manchas podem aumentar, levando a uma delaminação mais grave se não forem tratadas.

Crazing

A fissuração é caracterizada por um padrão semelhante a uma teia de microfissuras que se espalham pelo laminado base do PCB, sendo comumente causada por fadiga do material, controle inadequado de textos e gráficos durante o processo de soldagem, e operações mecânicas incorretas, como perfuração e corte deficientes. Diferentemente da mancha branca (measling), que é localizada, a fissuração geralmente cobre áreas mais amplas, criando uma aparência em forma de rede sob a máscara de solda. Embora a fissuração nem sempre cause deslaminação, ela é um indicador visível de tensão e pode enfraquecer a integridade estrutural da placa.

Quando Formas Relacionadas de Deslaminação São uma Preocupação

• Manchas brancas (measling) e fissuração podem levar à deslaminação se a placa for submetida a estresse adicional por ciclos térmicos ou mecânicos, ou se a umidade aprisionada se expandir durante a montagem ou o uso do produto.
• Placas que apresentem formação de pequenas manchas brancas deslaminate devem ser colocadas em quarentena para inspeção e testes adicionais. Realize regularmente verificações de problemas nos materiais ou testes básicos antes do uso.
• Ao adotar processos científicos de design, fabricação e testes, a taxa de ocorrência desses problemas pode ser significativamente reduzida, e a confiabilidade e estabilidade de longo prazo das PCBs podem ser aprimoradas.

Tabela de Comparação Rápida: Measling vs. Crazing vs. Delaminação

Efeitos e Consequências da Delaminação em PCBs

PCB, como material eletrônico de alta precisão. Se as consequências da delaminação e suas formas relacionadas em PCBs são amplas, afetando os aspectos elétricos, térmicos e mecânicos de um dispositivo. A consequência mais direta é a diminuição das propriedades mecânicas e elétricas da placa, e até mesmo falha funcional.

Problemas de Desempenho Elétrico

Curto-circuitos e circuitos abertos são os mais comuns e também as manifestações diagnósticas rotineiras que melhor refletem o fenômeno de delaminação.

• Interrupção do Condutor: Onde condutores ou trilhas se separam do material base , os circuitos tornam-se abertos, levando a mau funcionamento do dispositivo ou falhas intermitentes.
• Curto-circuitos e CAF: A deslaminação pode criar novos caminhos para a formação de filamentos anódicos condutivos (CAF), conectando pontos de soldadura ou trilhas de cobre.

Implicações Térmicas e Estruturais

Muitas vezes, durante o processo de soldagem, a deslaminação intensifica-se quando exposta ao calor. Ou então, rachaduras e deformações são causadas por forças externas.

• Isolamento Térmico: Bolhas e lacunas reduzem a transferência de calor, provocando superaquecimento e degradação localizada acelerada de componentes próximos às zonas deslaminateadas.
• Fraqueza Mecânica: A placa perde a capacidade de flexionar ou suportar cargas de choque, levando a rachaduras e deslaminação em larga escala.

Umidade e Corrosão

A influência de substratos como FR-4 e CM-1 absorvendo umidade do ar em ambientes de alta umidade.

• A umidade aprisionada na PCB não só causa expansão quando aquecida, mas também pode acelerar a corrosão, especialmente em furos vias de cobre expostos ou trilhas na região delaminada.
• A exposição repetida à alta umidade e às más condições de armazenamento dos materiais laminados permite a degradação contínua, levando assim a.

Impacto na Vida Útil e Confiabilidade do Produto

Para um fabricante de grande escala de PCBs, embora a otimização do ambiente externo e a gestão das normas operacionais tenham evitado o problema da delaminação, caso ela ocorra, terá um grande impacto na vida útil da própria PCB e na confiabilidade dos produtos finais.

• A delaminação e suas variantes (measling, crazing) reduzem a vida útil efetiva da PCB e fazem com que dispositivos que passaram nos testes funcionais iniciais possam começar a falhar meses ou anos depois, encurtando significativamente a vida útil do produto.
• Essas falhas ocultas podem causar recalls custosos e danos à reputação da marca, quando os dispositivos falham inesperadamente no campo.

Como Saber se um PCB Está Danificado (Sintomas e Tipos de Delaminação)

A melhor maneira de resolver problemas é evitá-los. Conhecer os sintomas de delaminação em PCBs é crucial para detecção precoce e mitigação; podemos identificar o problema por meio das seguintes pistas.

Indícios Visuais

• Áreas descoloridas sob a máscara de solda muitas vezes indicam acúmulo de umidade ou início de delaminação.
• Bolhas ou bolhas ao longo da camada superficial ou em pontos internos de empilhamento são indicadores diretos.
• Bolha por delaminação: Uma região inchada ou esponjosa que aparece elevada em relação à superfície do PCB.
• Pequenas manchas brancas delaminadas: Indicativas de trincas brancas, especialmente após ciclos térmicos.

Pistas Elétricas e Funcionais

• Falhas súbitas ou intermitentes, especialmente após a placa ser submetida a ciclos de alta temperatura.
• Circuitos falham após a soldagem por refluxão ou onda, quando pontos inesperados são ponteirados.
• Leituras estranhas de resistência ou perda de continuidade ao longo das trilhas de cobre.

Indicadores Mecânicos

• As placas apresentam empenamento estranho, flexão ou sensação de "esponjosidade" ao serem manipuladas próximas a regiões descoladas.

Por que e Como o Descolamento Ocorre Durante a Soldagem e o Processamento Térmico

Cada PCB precisa passar por um processo de montagem de alta temperatura, mas o descolamento é particularmente provável durante etapas de montagem com alta temperatura, e várias causas de delaminação conectam os pontos entre projeto, material e processo. Portanto, pode-se resumir quais etapas na fabricação e no projeto deste PCB precisam ser otimizadas.

Soldagem e Refluxão como Gatilhos

• O processamento térmico, como soldagem por refluxão e soldagem por onda, expõe as placas a temperaturas acima do ponto de ebulição da água (100°C) e, às vezes, superiores a 250°C. Essa temperatura representa um valor mínimo desafiador para a resistência ao calor do circuito impresso.
• A umidade aprisionada na base do circuito impresso vaporiza-se, criando pressão interna; essa situação ocorre quando há umidade residual na camada interna do PCB.
• Se a pressão exceder a capacidade adesiva do material, ocorrerá descamação—especialmente nas áreas mais fracas, como entradas de furos passantes ou bordas dos pads de cobre.

Causas comuns de descamação durante a montagem:

• Tg inadequado ou incorreto nos materiais laminados (por exemplo, uso de material FR-4 com tipo incorreto de Tg para soldagem livre de chumbo). Nos requisitos de fabricação de processos de PCB, é particularmente importante selecionar a especificação e o modelo apropriados do material base.
• Placas não pré-assadas ou seladas a vácuo, expostas à umidade antes da soldagem. Nos processos de fabricação atuais, esse fator dificilmente constitui uma indução. No entanto, para materiais com embalagem aberta, eles devem ser consumidos o mais rapidamente possível para evitar perda de material.
• Materiais de base de PCB de baixa qualidade que absorveram umidade ou se degradaram.

Por Que Pode Ocorrer Descamação em Grande Escala

• Se a descamação começar em um ponto de soldagem, ela pode se propagar para fora, levando a uma descamação em grande escala que afeta múltiplas camadas do material de base.

Tipos de Testes para Medir a Descamação em PCB

Tipos rigorosos de testes para medir a descamação são utilizados em toda a indústria de PCB, permitindo detecção proativa e garantia de qualidade.

Principais Métodos de Teste

Métodos para Prevenir Descolamento e Soluções

A proteção contra descolamento é multifacetada, baseando-se em projeto, armazenamento, processamento e até nas relações com fornecedores.

Escolha de Design e Material

• Após compreender o desempenho final e a aplicação do material, selecione o material FR-4 ou materiais alternativos para PCB com Tg e resistência à umidade apropriados.
• Se o produto for usado em ambientes de alta umidade, na montagem de PCBA em andamento, utilize resinas reforçadas ou aplique revestimentos conformais protetores.

Controles de Fabricação e Processamento

• Mantenha controle rigoroso da umidade nas áreas de armazenamento e fabricação, controlando estritamente as regras e regulamentos operacionais.
• Forne todos os circuitos para remover umidade antes da soldagem, especialmente antes de montagens com altas temperaturas ou múltiplas passagens.
• Audite fornecedores quanto à rastreabilidade dos materiais brutos e exija materiais com o tipo correto de Tg.

Práticas Recomendadas para Montagem

• Utilize perfis corretos para que a camada superficial de uma PCB e o cobre nunca excedam as especificações do fabricante.
• Permita o resfriamento entre ciclos térmicos para minimizar a fadiga por expansão/contração.

Manuseio Seguro

• Educar a equipe sobre o manuseio delicado, usando luvas para evitar microfissuras.
• Inspeccionar regularmente quanto a manchas, bolhas e pequenas áreas descoladas; assim que quaisquer materiais anormais forem detectados, devem ser imediatamente classificados na área de materiais inutilizáveis e armazenados conforme instruído.

Controle ambiental

• Utilizar armazéns com controle climático para as condições de armazenamento de materiais laminados.
• Monitorar com sensores de umidade e temperatura para evitar absorção de umidade.

Passos para Reparo de Deslaminação de PCB

Se ocorrer deslaminação, a função de alguns materiais ainda pode ser restaurada por meio de reparo profissional:

• Diagnosticar por inspeção visual ou SAM.
• Interromper qualquer manuseio adicional (para evitar a propagação de bolhas ou lacunas).
• Limpar a área cuidadosamente — evitar agentes de limpeza agressivos que dissolvam adesivos.
• Fazer um pequeno furo de alívio, se necessário, para injetar epóxi na região deslaminda.
• Injetar epóxi de alta especificação e aplicar pressão compressiva.
• Cura em temperatura controlada para restaurar a adesão.
• Realizar novos testes utilizando testes de continuidade elétrica e de estresse.

Perguntas Frequentes

P: Qual é a principal causa de descamamento em PCBs modernos multicamada?

R: Os principais fatores que podem levar ao descamamento atualmente são umidade não controlada no substrato do PCB e no armazenamento, uso de materiais laminados com Tg incorreto ou insuficiente para o processo de montagem, e práticas de fabricação ou laminação inadequadas.

P: Como posso prevenir o descamamento se os PCBs precisarem passar por múltiplos ciclos de soldagem ou retrabalho?

R: Utilize um material de placa com alto Tg, monitore atentamente a umidade, empacote sob vácuo entre os processos e faça o pré-aquecimento das placas antes de expô-las novamente a altas temperaturas.

P: Toda área descolorida ou bolha indica descamamento crítico?

A: Nem toda anomalia visual exige descarte. Pequenas manchas brancas deslaminateadas (manchas) nem sempre podem causar deslaminação, mas monitore sempre a propagação. A descoloração geralmente indica umidade retida — trate as causas raiz antes de continuar a montagem.

P: Qual é a diferença entre manchas, trincas e deslaminação?

R: Manchas são a formação de pequenas manchas brancas, trincas apresentam-se como uma rede de rachaduras finas, e deslaminação ocorre quando há separação física real ou bolhas no laminado do PCB ou entre o cobre e o substrato.

P: Agentes de limpeza inadequados podem causar deslaminação?

R: Sim — especialmente solventes agressivos podem degradar a adesão na camada superficial do PCB ou entre camadas, eventualmente causando deslaminação.

P: Por que certas áreas da placa deslaminam mais do que outras?

A: A desintegração frequentemente começa em pontos de tensão térmica ou mecânica—bordas, agrupamentos de vias ou ao redor de olhais de solda—especialmente onde a densidade de condutores é alta ou onde as camadas têm menor resistência adesiva.

Q: Que tipos de testes devem fazer parte do nosso controle de qualidade de entrada e saída para PCBs?

A: Utilize análise por microseção, TMA, IST, SAM e teste de flutuação em solda para medir tanto a desintegração potencial quanto a existente em todos os lotes críticos. Sempre documente e acompanhe os tipos de falha.

Conclusão e Revisão das Melhores Práticas

A PCB é um material eletrônico processado com alta precisão. Possui requisitos e padrões muito elevados em relação à seleção e armazenamento de materiais, controle de processo e embalagem a vácuo e armazenamento de produtos acabados. A delaminação é um mecanismo complexo de falha resultante da umidade, seleção inadequada de materiais, processos de fabricação deficientes e tratamento térmico incorreto. Tragédias como delaminação em larga escala, falhas repentinas no campo e eventos de recall decorrem todas dessas principais causas de delaminação em PCBs; após identificar o problema, escolha uma solução apropriada e minimize ao máximo as perdas.

Seu Checklist de Prevenção contra Delaminação:

• Utilize sempre os materiais adequados para a placa que possuam a classificação Tg certificada correta para suas temperaturas específicas de processo.

• Mantenha um rigoroso controle sobre como e onde você armazena os materiais laminados, e certifique-se de que todas as PCBs —sejam de entrada ou saída—sejam manipuladas seguindo regras climáticas estritas.

• Configure o monitoramento de umidade e não pule a etapa de pré-assamento, especialmente para placas que possam ter absorvido umidade.

• Escolha fornecedores que tenham certificações sólidas para seus processos e materiais, e faça verificações regulares com eles.

• Capacite todas as pessoas que manuseiam ou montam placas sobre o que é descamamento e como evitá-lo —ou seja, ensine-as a identificar e relatar qualquer coisa que pareça ou se comporte de forma anormal.

• Realize testes robustos e confiáveis para verificar o descamamento como parte dos seus controles normais de processo e controle de qualidade final.