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Em placas de dimensões mais reduzidas, a torção e o empenamento são menos comuns e muitas vezes imperceptíveis. Isso ocorre mais comumente em placas de dimensões maiores.
Ao colocar uma placa sobre uma superfície plana e notar-se que apenas três dos cantos da placa tocam essa superfície, teremos evidenciado um caso de torção.
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Já quando os quatro cantos da placa tocam a superfície e observa-se uma curvatura na parte central da placa, trata-se de um caso de arqueamento ou empenamento.
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Estas situações podem ser bastante prejudiciais ao processo de montagem da placa, no processo de soldagem, testes elétricos automatizados e problemas mecânicos durante a montagem do produto acabado.
A diretriz do IPC (IPC-A-600) estabeleceu limites de aceitabilidade para essas irregularidades, uma vez que diversos fatores impedem que se chegue a uma planicidade perfeita. Medições físicas e cálculos de porcentagens são necessários para garantir que a torção ou empenamento não estejam acima desses limites (IPC-TM-650).
As demais diretrizes do IPC sobre o tema indicam parâmetros específicos para cada variante ou situação específica:
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- IPC-A-600: Aceitabilidade de placas impressas
- IPC-A-610: Aceitabilidade de conjuntos eletrônicos
- IPC-2221: Padrão genérico para design de placas impressas
- IPC-2222: Padrão de projeto seccional para rígidos placas impressas orgânicas
- IPC-2223: Padrão de design seccional para placas impressas flexíveis/rígidas-flexíveis
- IPC-4101: Especificação de materiais base para placas impressas rígidas e multicamadas
- IPC-TM-650: Métodos de teste
- IPC-6012: Qualificação e especificação de desempenho para placas impressas rígidas
As especificações de definição e aceitação desta norma avaliam duas características do produto, tratadas na diretriz como arco e torção.
O arco é caracterizado por uma curvatura esférica da placa, enquanto seus quatro cantos estão no mesmo plano.
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Já a torção é a deformação da placa paralela à sua diagonal, de modo que um canto não fique no mesmo plano dos outros três.
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Existem vários métodos disponíveis para medir e avaliar o empenamento e torção em placas de circuito impresso. Alguns dos métodos mais comuns incluem o uso de equipamentos de medição a laser que podem detectar até mesmo pequenas variações na superfície da placa. Além disso, a inspeção visual também é uma forma simples, mas eficaz, de identificar defeitos de empenamento e torção. Outros métodos, como a medição de tensão interna da placa e a avaliação por meio de interferometria, também são utilizados para garantir a precisão da medição e avaliação desses problemas.
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Os motivos que fazem com que essas irregularidades aconteçam são os mais diversos e desde o layout da placa já se pode tomar medidas que ajudem a minimizar este problema. Situações de distribuição desigual de cobre pela placa é um desses motivos muito comuns, mas pouco conhecido por muitos projetistas.
Distribuir o traçado da placa de forma mais uniforme possível deve ser uma prática constante, pois uma distribuição irregular gera o que é conhecido como roubo de cobre. Isto ocorre porque, durante o processo eletrolítico, a região com mais traçados acaba recebendo menor camada de cobre enquanto a região com menos traços acaba ficando com maior camada. Caso a distribuição equilibrada do traçado não seja possível, é recomendada a criação de áreas de cobre em forma de grade, pastilhas, hachuras ou até mesmo cobre total.
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Sempre que necessários planos de terra, estes devem ser compensados na camada oposta de forma simétrica formando um contrapeso dentro do empilhamento das camadas. Este problema torna-se muito mais comum nas placas de multicamadas, pois o empilhamento assimétrico das camadas e diferentes configurações entre elas podem gerar diferentes tensões ou alívio de tensões internas.
Diferentes coeficientes de expansão térmica (CTE) dos materiais também acabam por gerar tensões internas com a variação de temperatura. Vias cegas e enterradas assimétricas preenchidas com cobre durante o processo de galvanização têm efeito pouco significativo. Porém, vias enterradas assimétricas em várias camadas podem levar a um processo de laminação assimétrico, provocando arco e/ou torção.
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A espessura da placa e as características do laminado utilizado são outros fatores que influenciam diretamente neste problema. Até mesmo o armazenamento pode influenciar, sendo recomendado que as placas sejam armazenadas sempre na horizontal.
Painéis vincados que contém multiplicidade de placas a serem separadas após a montagem também devem ser avaliadas em forma de painel, já que eventuais problemas influenciarão significativamente no processo de montagem.
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Além de todos os cuidados antes e durante a fabricação das placas, que incluem excelente controle de temperatura e umidade de cada processo, existe uma opção interessante de pós-processamento para minimizar os problemas. Ela consiste em submeter as placas a um aquecimento/resfriamento controlado antes da montagem, o que muitas vezes pode melhorar e reduzir significativamente as torções e empenamentos das placas.
O importante é notar que uma placa de circuito impresso 100% plana não pode ser garantida nem pelo fabricante de placa nua, tampouco pelo montador da placa. No entanto, como afirmamos, ações de prevenção devem ser tomadas desde o layout da placa, de forma a ajudar para que os limites de aceitabilidade não sejam ultrapassados.