Directrices prácticas para mejorar la fiabilidad de las placas de circuito impreso

El alto rendimiento de las placas de circuito impreso (PCB) no solo se determina mediante pruebas posteriores a la producción.

Según nuestra experiencia, la fiabilidad a largo plazo está fuertemente influenciada por la selección de materiales, el diseño de la estructura, la complejidad de la fabricación y la estabilidad del proceso.

Basándonos en más de 25 años de experiencia en la fabricación de PCB, recomendamos las siguientes consideraciones:

PCB de alta fiabilidad

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1. Seleccione el material de PCB adecuado: MTG suele ser el mejor equilibrio.

Para aplicaciones de alta fiabilidad, la selección del material es uno de los factores más importantes.

Los materiales Tg estándar son rentables, pero para lograr un menor coste, algunos materiales pueden contener un mayor porcentaje de rellenos inorgánicos.

Un contenido excesivo de relleno puede:

• Aumenta la fragilidad de los PCB
• Reduzca el flujo de resina durante la laminación.
• Afectan al relleno de resina entre las fibras de vidrio.
• Aumenta el riesgo de defectos de interconexión (DIC).

Los materiales con alta Tg ofrecen un excelente rendimiento térmico, pero suelen tener un coste más elevado.

En muchas aplicaciones de PCB para la industria automotriz, los materiales de temperatura de transición vítrea media (MTG) son ampliamente elegidos porque proporcionan un buen equilibrio entre fiabilidad y relación coste-rendimiento.

La mejor elección de material depende de:

• Temperatura de funcionamiento
• Requisitos de ciclo térmico
• Vida útil del producto
• Objetivo de costo

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2. Evite un grosor excesivo de las tablas siempre que sea posible.

Una placa de circuito impreso más gruesa no siempre es más fiable.

Cuando los requisitos de impedancia y los requisitos mecánicos lo permiten, a menudo se prefieren las placas más delgadas.

Para muchas aplicaciones:

Un grosor de 1.6 mm o inferior es una opción práctica y estable.

Un grosor excesivo puede aumentar:

• Estrés termal
• Dificultad de laminación
• Complejidad de fabricación

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3. Mantén el número de capas lo más simple posible.

Más capas no siempre significan mayor fiabilidad.

Cuando el diseño lo permite:

• PCB de una cara
• PCB de doble cara
• PCB de 4 capas

Suelen ser más fáciles de fabricar y controlar.

A medida que aumenta el número de capas:

• Se requieren más ciclos de laminación
• Las variables de fabricación aumentan
• El control de procesos se vuelve más complejo.

En la producción a gran escala, incluso una pequeña variación en el proceso puede generar riesgos de fiabilidad.

Una estructura de PCB más sencilla suele ser una estructura de PCB más estable.

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4. Elija el acabado de la superficie según los requisitos de la aplicación.

La selección del acabado superficial debe coincidir con los requisitos del componente.

HASL

Recomendado cuando:

• Sin componentes de paso fino
• No hay almohadillas pequeñas
• Requisitos SMT estándar

HASL es un acabado superficial maduro y estable.

ENIG

Recomendado cuando:

• Se utilizan componentes de paso fino
• Se requieren encapsulados BGA/QFN.
• Existen requisitos de superficie plana

Para aplicaciones ENIG, recomendamos especificar:

Espesor mínimo de oro de 2 µ"

Tanto HASL como ENIG son acabados superficiales ampliamente probados y fiables cuando se controlan adecuadamente.

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5. Mantenga suficiente espacio entre las almohadillas para reducir el riesgo de daño por DAI.

El diseño de la placa de circuito impreso (PCB) afecta directamente a la fiabilidad de la fabricación.

Cuando sea posible:

Mantenga la distancia entre almohadillas por encima de 0.4 mm.

Un espaciado insuficiente puede aumentar:

• Riesgo de deficiencia de resina
• Desafíos de la laminación
• Posibilidad de defecto de interconexión (ICD)

Una buena fiabilidad de la placa de circuito impreso (PCB) comienza con un buen diseño de la misma.

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6. Evite el IDH a menos que sea realmente necesario.

La tecnología HDI proporciona una excelente capacidad de enrutamiento.

Sin embargo, las microvías láser presentan desafíos de fabricación adicionales en comparación con los orificios pasantes tradicionales.

Cuando una estructura convencional de orificio pasante puede cumplir con los requisitos eléctricos:

Para una mayor fiabilidad a largo plazo, a menudo se prefiere un diseño más sencillo con orificios pasantes.

HDI deberá seleccionarse cuando lo requiera:

• Densidad de componentes
• Miniaturización
• Requisitos de integridad de la señal

No simplemente porque sea una tecnología más avanzada.

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7. Asegúrese de que el espesor del cobre en el orificio pasante chapado sea suficiente.

La fiabilidad de la vía depende en gran medida del grosor del cobre en el interior de la pared del orificio.

Si bien los requisitos de la clase 2 de la IPC definen los criterios mínimos de aceptación, aumentar el grosor del cobre de los orificios puede mejorar significativamente el margen de fiabilidad.

Para aplicaciones de alta fiabilidad, recomendamos:

Espesor del cobre del orificio ≥25µm

Un recubrimiento de cobre más grueso reduce el riesgo de:

• Grietas por ciclos térmicos
• Grietas en el cañón
• Por fallas de fatiga

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Conclusión

La fabricación de placas de circuito impreso de alta fiabilidad no se logra mediante un único proceso.

Proviene de la combinación de:

• Selección de material adecuada
• Diseño de apilamiento fiable
• Procesos de fabricación controlados
• Acabado superficial apropiado
• Complejidad razonable

En muchos casos, una estructura de PCB más sencilla y bien controlada puede proporcionar una mayor fiabilidad a largo plazo que un diseño innecesariamente complejo.