ポリウレタン樹脂の変形

現象が完全に把握できていない中での回答ですので、勘違いしているかもしれません。

樹脂の熱膨張は金属よりも大きいですから、局所的に熱がかかるとその部分では膨張します。基板から熱が来ていると理解しましたので、基板に接触している部分が一番大きく膨張しようとします。
その際に厚みが厚い部分（3～5mm）の部分では剛性が大きいので、変形しなくても厚みが1mmの部分では反り変形が起こると考えられます。
厚み1mmの部分で、基板からの剥離は起こっていないでしょうか？

　ポリウレタンの成型は殆ど行ったことがないのですが、樹脂の一般論としてお話をさせていただきます。成型した樹脂材料が熱によって変形する原因は多数あります。ざっと記述すると次のようなものがあります。説明すると長くなるので、詳細な説明は省かせていただきます。
①樹脂の熱劣化によるもの（酸化、熱分解等）
②熱により樹脂の剛性が低下し、外力によって変形するもの（劣化ではない）
③樹脂成型の際に発生した内部応力によるもの（主に熱可塑性樹脂）
④化学反応による架橋密度、体積収縮等の変化に伴う内部応力によるもの（熱硬化性樹脂）
⑤熱膨張によるもの
⑥異種材料との接合による熱応力によるもの
　①②③④によるものであれば、製品を室温まで冷却しても変形は維持されます。⑤⑥によるものであれば製品を冷却すれば変形は緩和されるはずです。
　気になるのは、電子基板をポリウレタン樹脂で包まれているとのことで、このように異なる材料を接合した場合、それぞれの材料の線膨張率は異なるので、温度上昇した時に熱膨張量の違いから熱応力が発生し、製品を変形させる場合があります。更にポリウレタン樹脂の肉厚の異なる部分に応力が集中し、変形しやすくなることも考えられます。
　以上より、次の点を確認されることをお薦め致します。
ａ.製品を室温まで冷却しても変形はそのまま維持されるか？　あるいは変形が緩和されるか？
ｂ.ポリウレタンの薄い部分だけではなく、基板全体の変形はないのか？（基板の反りはないか？）
　製品を室温まで冷却しても変形がそのまま維持されるのであれば、①～④の可能性があります。室温まで冷却して変形量が小さくなるようであれば、⑤、⑥の可能性が考えられます。ご質問者様のお話では「冷めても厚みが増している」とありますが、加熱状態に比べて厚増大が緩和されているかどうかを調べて下さい。
　尚、加熱した時に全体的な変形、特に基板が反っているようであれば、熱応力による変形が基板全体に起こっている可能性があります。
　以上、ご参考になれば幸いです。

タグチメソッドの立場から、回答させていただきます。
品質工学で技術課題を考えるときは、目的を重視します。つまり今回の質問は、熱による変形という現象を解明したいのか、変形という問題を解決したいのか、どちらが目的なのでしょうか。目的によって、検討方法がまったく異なります。

（1）現象解明が目的ならば、製品を断面観察するのは効率が悪すぎます。現象解明に必要なデータを効率よく収集するために、厚みを変えた実験用のサンプルを用意し、各温度での変形量を観察した方が手っ取り早いでしょう。現象解明には、製品の現物からいったん離れた方が良いでしょう。
（2）盛り上がり問題の早期解決が主目的ならば、逆に現象解明をしていては時間がかかりすぎますから、直接対策案を検討しましょう。成形製品の変形についてはいくつかありますが、この場合は、成形時に変形部分に少しへこみを付けておき、変形しても盛り上がりが問題とならないようにするのが早いと思います。そのようなアイデアを揃えて、実験で効果の高い案を絞り込みます。対策を実施してから、効果があったアイデアとなかったアイデアを眺めて、ゆっくりと現象解明するのです。

がんちさんの目的によって、以上のように回答の内容が変わります。参考にしてください。