Delaminación y ampollas en PCB: causas, prevención y checklist

El estrés térmico y la humedad son los enemigos silenciosos de la fiabilidad de las placas de circuito impreso. Cuando las capas se separan o se forman bolsas de gas debajo de la superficie, la placa sufre una falla catastrófica. Esta guía ofrece una visión completa de la delaminación y el ampollamiento de PCB: causas fundamentales y prevención, pasando de definiciones teóricas a puntos de control de fabricación accionables.

En APTPCB (Fábrica de PCB de APTPCB), consideramos estos defectos como problemas prevenibles en lugar de resultados inevitables. Al comprender la física de la adhesión y la expansión térmica, los ingenieros pueden diseñar placas robustas que sobrevivan a procesos de ensamblaje y entornos operativos exigentes.

Puntos Clave

La humedad es el catalizador principal: El vapor de agua atrapado se expande rápidamente durante el reflujo, creando presión que separa las capas.
La selección de materiales es crítica: Hacer coincidir la Temperatura de Transición Vítrea (Tg) y la Temperatura de Descomposición (Td) con el perfil de ensamblaje previene la degradación térmica.
El control del proceso previene defectos: El tratamiento adecuado del óxido y la presión de laminación son esenciales para la adhesión mecánica.
El horneado es obligatorio: El pre-horneado de las PCB antes del ensamblaje elimina la humedad absorbida, reduciendo significativamente los riesgos de "popcorning" (efecto palomitas de maíz).
La validación requiere destrucción: Las pruebas de choque térmico y la microsección son las únicas formas de probar definitivamente que una pila es resistente a la separación.
El diseño impacta la fabricabilidad: Las áreas de cobre pesado requieren diseños específicos de alivio térmico para prevenir disipadores de calor localizados que tensionan el laminado.

Qué significan realmente la delaminación y el ampollamiento de PCB: causas raíz y prevención (alcance y límites)

Basándose en las conclusiones clave, es vital definir exactamente qué constituyen estas fallas para abordarlas de manera efectiva. Aunque a menudo se usan indistintamente, la delaminación y el ampollamiento describen fenómenos físicos distintos, aunque comparten causas raíz similares.

La delaminación es la separación de las capas del laminado. Esto puede ocurrir entre la resina y los haces de fibra de vidrio, entre capas individuales de preimpregnado, o entre la lámina de cobre y la resina. Es una falla estructural de la interfaz de unión. Cuando ocurre la delaminación, el aislamiento eléctrico entre las capas se ve comprometido, lo que lleva a posibles cortocircuitos o circuitos abiertos si las vías se seccionan.

El ampollamiento se refiere a una hinchazón localizada o formación de burbujas en la superficie de la PCB o dentro del sustrato. Parece una ampolla en la piel. Esto es típicamente causado por la expansión de gases —generalmente vapor de agua o volátiles de la resina— atrapados dentro de la placa. Cuando la placa se calienta, este gas se expande, empujando las capas hacia afuera hasta que se deforman plásticamente.

Resumen de las causas raíz:

Atrapamiento de humedad: Los materiales higroscópicos absorben agua del aire. Durante la soldadura (240°C+), el agua se convierte en vapor y se expande 1000 veces en volumen.
Choque térmico: El calentamiento y enfriamiento rápidos hacen que los materiales se expandan y contraigan. Si el Coeficiente de Expansión Térmica (CTE) difiere significativamente entre materiales, la tensión de cizallamiento rompe la unión.
Contaminación: Aceites, polvo u oxidación en la superficie del cobre antes de la laminación impiden que la resina se una químicamente.
Degradación del material: Exceder la Temperatura de Descomposición (Td) hace que el sistema de resina se descomponga químicamente, liberando gases que causan la separación.

Si bien esta guía se centra en problemas de separación, vale la pena señalar fallas relacionadas como fallo CAF en PCB: causas y reglas de diseño. El crecimiento de CAF (Filamento Anódico Conductivo) también es impulsado por la humedad, pero resulta en migración electroquímica en lugar de separación física de capas. Ambos requieren un estricto control de la humedad.

Métricas importantes (cómo evaluar la calidad)

Comprender las definiciones físicas nos permite observar los puntos de datos específicos que predicen la resistencia de un material a la delaminación. No se puede gestionar lo que no se mide.

Métrica	Por qué es importante	Rango / Factores típicos	Cómo medir
Tg (Temperatura de Transición Vítrea)	Determina cuándo la resina pasa de dura a blanda. La resina blanda se expande más rápido (mayor CTE), aumentando la tensión en las uniones.	Estándar: 130-140°C Alta Tg: >170°C	DSC (Calorimetría Diferencial de Barrido) o TMA.
Td (Temperatura de Descomposición)	La temperatura a la que la resina pierde el 5% de su masa. Si el reflujo excede Td, la resina se gasifica, causando ampollas.	Estándar: 310°C Alta Fiabilidad: >340°C	TGA (Análisis Termogravimétrico).
CTE-Z (Expansión en el Eje Z)	Mide cuánto se engrosa la placa al calentarse. Una alta expansión separa las capas y agrieta las vías.	< 3.0% (50°C a 260°C) es preferible para alta fiabilidad.	TMA (Análisis Termomecánico).
T260 / T288	Tiempo hasta la delaminación a una temperatura específica (260°C o 288°C). Indica cuánto tiempo la placa soporta las temperaturas de reflujo.	T260 > 60 min T288 > 15 min	TMA (Mantenimiento isotérmico).
Absorción de Humedad	El porcentaje de peso de agua que absorbe el material. Mayor absorción equivale a mayor riesgo de "efecto palomitas de maíz".	< 0.20% es bueno. Algunas poliimidas absorben > 1.0%.	Inmersión durante 24 horas seguida de pesaje.
Resistencia al Pelado	La fuerza requerida para despegar la lámina de cobre del laminado. Medida directa de la adhesión.	> 1.05 N/mm (Estándar) Disminuye después del estrés térmico.	Máquina de ensayo de tracción tirando a 90° o 180°.

Guía de selección por escenario (compromisos)

Con las métricas definidas, ahora podemos aplicarlas a escenarios de fabricación del mundo real. No todas las placas necesitan el material más caro, pero cada placa necesita el material correcto para prevenir la delaminación y el ampollamiento del PCB: causas raíz y prevención.

Escenario 1: Electrónica de Consumo Estándar (Bajo Conteo de Capas)

Contexto: Juguetes, controladores básicos, uso en interiores.
Recomendación: FR4 estándar (Tg 135-140°C).
Compensación: Bajo costo, pero baja resistencia térmica. No apto para múltiples ciclos de reflujo o soldadura sin plomo a altas temperaturas.
Riesgo: Si el proceso de ensamblaje implica soldadura por ola y reflujo, el FR4 estándar puede ampollarse.

Escenario 2: Automotriz e Industrial (Alto Estrés Térmico)

Contexto: Electrónica bajo el capó, sensores exteriores.
Recomendación: Materiales PCB de alta Tg (Tg > 170°C) con agentes de curado fenólicos.
Compensación: Mayor costo del material y más difícil de perforar (frágil).
Beneficio: La expansión en el eje Z está controlada, reduciendo el estrés en las uniones de las capas durante los cambios extremos de temperatura.

Escenario 3: Ensamblaje sin Plomo (Altas Temperaturas de Reflujo)

Contexto: Productos compatibles con RoHS que requieren perfiles de reflujo de 260°C.
Recomendación: Materiales con alta Td (> 340°C) y T288 > 10 minutos.
Compensación: Esencial para la fiabilidad. El FR4 estándar a menudo se descompone ligeramente a temperaturas sin plomo, lo que lleva a micro-delaminación.
Riesgo: El uso de material con bajo Td aquí garantiza la desgasificación y la formación de ampollas.

Escenario 4: Construcciones Rígido-Flexibles

Contexto: Dispositivos vestibles, dispositivos plegables.
Recomendación: Preimpregnados sin flujo y adhesivos de poliimida de alto rendimiento.
Compensación: Los adhesivos acrílicos tienen un CTE alto y absorben humedad. Los adhesivos epoxi se adhieren mejor pero son menos flexibles.
Riesgo: La interfaz entre el FR4 rígido y la poliimida flexible es el punto #1 de delaminación. APTPCB recomienda la limpieza con plasma de esta interfaz antes de la laminación.

Escenario 5: Aplicaciones de Alta Frecuencia / RF

Contexto: Radar, 5G, comunicaciones.
Recomendación: Laminados a base de PTFE (Teflón).
Compensación: El PTFE es naturalmente "antiadherente". Conseguir que el cobre se adhiera a él es difícil.
Riesgo: Requiere activación superficial especial (grabado con sodio o plasma). Si se omite, el cobre se despegará durante el ensamblaje.

Escenario 6: Entornos de Alta Humedad

Contexto: Electrónica marina, climas tropicales.
Recomendación: Materiales con baja absorción de humedad (< 0.15%) y alta resistencia a CAF.
Compensación: Opciones de materiales limitadas.
Validación: Debe pasar la prueba de calor húmedo y humedad para PCB (85c/85rh) sin formación de ampollas.

Del diseño a la fabricación (puntos de control de implementación)

Seleccionar el material adecuado es solo la mitad de la batalla; el proceso de fabricación debe preservar la integridad de la unión. Aquí hay una lista de verificación para asegurar la prevención de la delaminación y el ampollamiento desde el diseño hasta el producto final.

Puntos de Control de la Fase de Diseño:

Equilibrio del Cobre: Asegure que la distribución del cobre sea relativamente uniforme en todas las capas. Grandes desequilibrios causan deformaciones durante la laminación, creando tensión de cizallamiento que lleva a la separación.
Alivios Térmicos: Utilice radios térmicos para las almohadillas conectadas a grandes planos de cobre. Esto evita que la almohadilla se sobrecaliente y se delamine durante las reparaciones de soldadura.
Simetría del Apilamiento: Un apilamiento simétrico de PCB multicapa reduce las tensiones internas. Las construcciones asimétricas se deforman, separando las capas.

Puntos de Control de la Fase de Fabricación: 4. Óxido de Capa Interna: El cobre en las capas internas debe ser tratado químicamente (óxido marrón o negro) para crear una superficie rugosa. Este "diente" permite que la resina pre-preg se adhiera al cobre mecánicamente. 5. Control de Humedad (Pre-preg): El pre-preg debe almacenarse en ambientes con temperatura y humedad controladas. Si absorbe humedad antes de la laminación, esa humedad queda atrapada dentro de la placa para siempre. 6. Ciclo de Laminación: El ciclo de prensado (rampa de calor y presión) debe ajustarse a la curva de viscosidad de la resina. Si la presión se aplica demasiado tarde, se forman vacíos. Si se aplica demasiado pronto, la resina fluye demasiado (inanición), lo que lleva a uniones débiles. 7. Horneado posterior a la perforación: La perforación genera calor y estrés. El horneado de los paneles elimina la humedad absorbida durante procesos húmedos como el desmanchado y el chapado.

Puntos de control de la fase de ensamblaje: 8. Pre-horneado: Este es el método de prevención más eficaz. Hornee las placas desnudas a 100-120°C durante 2-4 horas antes del ensamblaje para eliminar la humedad. 9. Perfil de reflujo: La tasa de aumento de temperatura no debe exceder los 2-3°C por segundo. Un aumento repentino de la temperatura actúa como un golpe de martillo para las uniones de las capas. 10. Temperatura máxima: Minimice el tiempo que se pasa por encima de la temperatura de liquidus (TAL). La exposición prolongada degrada el sistema de resina (acercándose a Td). 11. Enfriamiento: El enfriamiento controlado es tan importante como el calentamiento. El enfriamiento rápido "congela" el estrés en la estructura del laminado.

Puntos de control de calidad: 12. Microseccionamiento: Cortar físicamente un cupón de muestra para inspeccionar las líneas de unión bajo un microscopio. 13. Prueba de flotación: Flotar una muestra en soldadura fundida (288°C) durante 10 segundos para ver si se ampolla (simulando un choque térmico extremo).

Errores comunes (y el enfoque correcto)

Incluso con buenas intenciones, los fabricantes y diseñadores a menudo caen en trampas específicas que comprometen la integridad de la placa. Reconocer estos errores es clave para dominar delaminación y ampollas en PCB: causas raíz y prevención.

Error 1: Ignorar la "vida útil en el piso" de las PCB

El error: Abrir los paquetes de PCB sellados al vacío y dejarlos expuestos al aire húmedo de la fábrica durante días antes del ensamblaje.
La Consecuencia: Las placas actúan como esponjas, absorbiendo humedad. Cuando entran al horno de reflujo, se ampollan.
Enfoque Correcto: Vuelva a sellar las placas no utilizadas inmediatamente o guárdelas en gabinetes secos (< 10% HR). Si se exponen > 24 horas, hornéelas.

Error 2: Desajuste entre Pre-preg y Núcleo

El Error: Usar un núcleo de alta Tg con un pre-preg de Tg estándar para ahorrar dinero.
La Consecuencia: Los materiales se expanden a diferentes velocidades y curan de manera diferente. La interfaz entre los dos sistemas de resina diferentes se convierte en un punto débil propenso a la fractura.
Enfoque Correcto: Utilice siempre un sistema de material homogéneo donde los núcleos y los pre-pregs sean químicamente compatibles.

Error 3: Retrabajo Agresivo

El Error: Usar un soldador manual ajustado a 400°C para quitar un componente, manteniéndolo en la almohadilla por mucho tiempo.
La Consecuencia: El enlace adhesivo entre el cobre y el laminado se destruye (levantamiento de la almohadilla/delaminación).
Enfoque Correcto: Use precalentadores para la placa y ajuste los soldadores a la temperatura efectiva más baja.

Error 4: Reemplazo Inadecuado de Óxido

El Error: Confiar en la limpieza estándar en lugar de un óxido adecuado (oscurecimiento/ennegrecimiento) en las capas internas.
La Consecuencia: La resina no tiene textura superficial a la que adherirse. Las capas pueden pegarse inicialmente pero se separarán bajo vibración o ciclos térmicos.
Enfoque Correcto: Asegúrese de que la casa de fabricación utilice un proceso de óxido alternativo verificado para una máxima resistencia al pelado. Error 5: Ignorar la desgasificación en las vías
El Error: No curar completamente la máscara de soldadura o la tinta de taponamiento en las vías.
La Consecuencia: Los volátiles quedan atrapados en el barril de la vía. Durante el reflujo, se expanden y agrietan la pared de la vía o ampollan la máscara.
Enfoque Correcto: Adherirse a estrictos programas de curado de calidad de PCB para todas las tintas poliméricas.

Preguntas Frecuentes

P: ¿Se puede reparar una PCB delaminada? R: Generalmente, no. La delaminación es una falla estructural del material base. Aunque a veces se puede sortear una pista rota con un cable puente, la integridad del aislamiento de la placa está comprometida y es probable que la delaminación se extienda. Para aplicaciones de alta fiabilidad, la placa debe desecharse.

P: ¿Cómo puedo diferenciar entre "sarampión" y delaminación? R: El "sarampión" son pequeñas manchas blancas discretas donde las fibras de vidrio se han separado de la resina en la intersección del tejido, generalmente debido a estrés mecánico. A menudo son cosméticas y aceptables según la Clase 2 de IPC. La delaminación es una separación más grande y continua entre capas que afecta el rendimiento eléctrico y es un defecto rechazable.

P: ¿Es siempre necesario hornear las PCB? R: Si las placas están recién salidas del paquete al vacío y la tarjeta indicadora de humedad (HIC) está azul (seca), es posible que no sea necesario hornearlas. Sin embargo, para placas con un alto número de capas, placas flexibles-rígidas o existencias antiguas, el horneado es una póliza de seguro económica contra el ampollamiento.

P: ¿Qué es el "Efecto Palomitas de Maíz"? A: Este es un término coloquial para la delaminación inducida por la humedad. Cuando la humedad atrapada se vaporiza instantáneamente durante el reflujo, la presión hace que el encapsulado o la PCB se abulten y agrieten con un "pop" audible, similar al estallido de las palomitas de maíz.

P: ¿Afecta el acabado superficial a la delaminación? A: Indirectamente. Los acabados que requieren excursiones térmicas más altas o múltiples ciclos de reflujo (como HASL o múltiples pasos de inmersión) ejercen más estrés térmico sobre el laminado. Sin embargo, el acabado superficial en sí se asienta sobre el cobre; la delaminación suele ocurrir debajo del cobre o entre las capas dieléctricas.

P: ¿Cómo ayuda la "prueba de calor húmedo y humedad para PCB (85c/85rh)"? A: Esta prueba somete la placa a 85°C y 85% de humedad relativa durante períodos prolongados (por ejemplo, 1000 horas). Fuerza la entrada de humedad en la placa. Si la placa sobrevive a esto sin delaminarse o desarrollar fallas CAF, se considera robusta para entornos hostiles.

P: ¿Por qué el cobre pesado aumenta el riesgo de delaminación? A: El cobre pesado (por ejemplo, 3oz+) retiene el calor más tiempo que el laminado circundante. Durante el enfriamiento, el cobre se contrae a una velocidad diferente a la de la resina. Si la unión de la resina no es lo suficientemente fuerte, la fuerza de cizallamiento del cobre que se enfría romperá la interfaz.

P: ¿Qué estándares IPC cubren estos defectos? A: IPC-A-600 (Aceptabilidad de Placas Impresas) define los criterios visuales para el ampollamiento y la delaminación. IPC-TM-650 describe los métodos de prueba (como 2.4.24.1 para el Tiempo hasta la Delaminación).

Glosario (términos clave)

Término	Definición
Adhesión	La fuerza molecular de atracción entre diferentes sustancias (por ejemplo, cobre y epoxi).
Ampollamiento	Hinchazón localizada y separación entre cualquiera de las capas de un material base laminado, o entre el material base y la lámina conductora.
CTE (Coeficiente de Expansión Térmica)	Una medida de cuánto se expande un material cuando se calienta. Las discrepancias en el CTE son una causa principal de la delaminación.
Delaminación	Una separación entre capas dentro de un material base, entre un material base y una lámina conductora, o cualquier otra separación planar.
Desmanchado	Un proceso químico para eliminar la mancha de resina de las capas internas de cobre de un orificio perforado para asegurar una buena conexión eléctrica.
Higroscópico	La propiedad de un material de absorber humedad del aire. El FR4 es naturalmente higroscópico.
Laminación	El proceso de unir capas de preimpregnado y material de núcleo utilizando calor y presión.
Microsección	Una prueba destructiva donde una PCB se corta, se pule y se observa bajo un microscopio para inspeccionar las estructuras internas.
Desgasificación	La liberación de gas atrapado en un material sólido. En las PCB, esto suele ser vapor de agua o solventes liberados durante la soldadura.
Preimpregnado	Tela de fibra de vidrio impregnada con resina semicurada (etapa B). Actúa como pegamento y aislante entre capas.
Td (Temperatura de Descomposición)	La temperatura a la que un material pierde el 5% de su peso debido a la descomposición química.
Tg (Temperatura de Transición Vítrea)	El rango de temperatura en el que un polímero cambia de un estado duro y vítreo a un estado blando y gomoso.
Choque Térmico	El estrés producido por cambios rápidos de temperatura, que a menudo conduce a la falla del material.
Vacío	Un espacio vacío o bolsa de aire dentro del laminado o la unión de soldadura. Los vacíos pueden ser precursores del ampollamiento.

Conclusión (próximos pasos)

Prevenir la delaminación y el ampollamiento de PCB: causas raíz y prevención no se trata de una solución única; es un enfoque holístico que involucra la ciencia de los materiales, un control de fabricación preciso y un manejo disciplinado. Desde la selección de materiales con alta Td para aplicaciones sin plomo hasta la aplicación de estrictos protocolos de horneado en el taller, cada paso es importante.

En APTPCB, integramos estas estrategias de prevención en nuestros procedimientos operativos estándar. Nos aseguramos de que sus datos sean revisados para detectar posibles riesgos térmicos antes de que comience la producción.

¿Listo para fabricar PCBs confiables? Al enviar su diseño para una revisión DFM o una cotización, proporcione lo siguiente para ayudarnos a evaluar los riesgos de delaminación:

Archivos Gerber: Incluyendo todas las capas de cobre y archivos de perforación.
Requisitos de Apilamiento: Especifique el espesor total y los materiales dieléctricos preferidos.
Entorno Operativo: ¿Se enfrentará la placa a alta humedad o temperaturas extremas?
Perfil de Ensamblaje: Información sobre sus temperaturas de reflujo (especialmente si es sin plomo).
Requisitos Especiales: Cualquier necesidad específica de Tg o Td basada en su aplicación.

Al asociarse con un fabricante que comprende la física de las fallas, usted asegura que sus productos funcionen impecablemente en el campo.