Kas sukelia PCB deformaciją ir kaip jos išvengti

Įvadas

PCB iškraipymas yra dažna problema, galinti paveikti tiek plokštės našumą, tiek patikimumą. Šiame tinklaraštyje aptarsime, kas tai yra, kodėl tai vyksta ir kaip galite to išvengti. Nesvarbu, ar projektuojate, ar surenkate, iškraipymo supratimas yra raktas į geresnius PCB rezultatus.

Kas yra PCB Warpage?

PCB iškrypimas reiškia spausdintinės plokštės išlinkimą. Tai galite pastebėti, kai plokštė nėra horizontaliai. Kraštai arba centras gali šiek tiek pakilti. Šis išlinkimas yra įprastas daugumai plokščių. Tačiau per didelis iškrypimas gali sukelti rimtų problemų. Tai paveikia komponentų padėtį plokštėje. Litavimo jungtys gali susilpnėti arba sugesti. Gali sumažėti signalo kokybė. Net ir maži iškrypimai gali sukelti problemų dėl išdėstymo surinkimo metu.

Iškrypimas paprastai matuojamas pagal jo pakitimą nuo plokščio paviršiaus. IPC nustato standartines ribas. Plokštėms su paviršinio montavimo komponentais riba yra 0.75 %. Kitoms – 1.5 %. Šie griežtesni standartai padeda patenkinti didelio greičio ir didelio tikslumo reikalavimus. Netikslus išdėstymas arba blogos litavimo jungtys gali sukelti gedimus. Štai kodėl prieš gamybą svarbu patikrinti iškrypimą.

Plokščia lenta užtikrina geresnį našumą ir lengvesnį darbą surinkimasAnkstyvaus proceso metu kontroliuodami iškraipymus, vėliau išvengsite vėlavimų. Sutaupote laiko ir sumažinate klaidų skaičių. Tai mažas žingsnis, kuris daro didelį skirtumą.

PCB deformacijos apibūdinimas

1 klasei aukštas iškraipymo lygis yra priimtinas. Tačiau didelio patikimumo arba itin svarbioms programoms 3 ir 4 klasėms reikalingas griežtesnis valdymas – paprastai mažesnis nei 0.1 %. Šie standartai yra kokybės etalonas ir padeda užtikrinti, kad galutinis produktas veiktų taip, kaip tikėtasi, jo aplinkoje.

Kaip patikrinti PCB deformaciją

PCB deformacijos priežastys

Netinkamos medžiagos ir nelygūs sluoksniai

Viena iš dažniausių spausdintinės plokštės deformacijos priežasčių yra medžiagų, turinčių nevienodas šilumines savybes, naudojimas. Kai sluoksniai turi skirtingas stiklėjimo temperatūros (Tg) Arba dėl šiluminio plėtimosi koeficientų (CTE), laminavimo ar perlydymo metu jie į šilumą reaguoja netolygiai. Šis skirtumas sukuria vidinį įtempį, kuris gali deformuoti plokštę. Asimetriškas sluoksnių išdėstymas taip pat prisideda prie šios problemos. Norėdami sumažinti riziką, įsitikinkite, kad jūsų pasirinktos medžiagos yra termiškai suderinamos, ir išlaikykite subalansuotą sluoksnių išdėstymą visoje plokštėje.

Tvirtinimas litavimo metu

Tvirtinant lentą bangos metu arba pakartotinis litavimas Nors tai gali atrodyti naudinga, dažnai tai padaro daugiau žalos nei naudos. Spausdintos plokštės plečiasi, kai yra veikiamos aukštos temperatūros. Prispaudimas riboja natūralų judėjimą ir gali deformuoti plokštę, kai ji atvės. Ši problema labiau tikėtina, kai plokštėje yra didelių ar sunkių komponentų. Geriausia leisti plokštei laisvai plėstis ir trauktis proceso metu.

Varis nėra tolygiai paskirstytas

Netolygus vario pasiskirstymas tarp sluoksnių gamybos metu gali sukelti terminį disbalansą. Kai viename sluoksnyje yra žymiai daugiau vario nei kitame, jis skirtingai sugeria ir išlaiko šilumą. Tai gali sukelti lokalų plokštės išsiplėtimą ir deformaciją. daugiasluoksnės PCB, siekite simetriško vario pasiskirstymo. Suderinti vario užpylimo plotai poriniuose sluoksniuose padeda užtikrinti nuoseklų šiluminį elgesį.

Plokštė per sunki perlydymo metu

Perlydymo metu spausdintinė plokštė (PCB) dėl didelės kaitros suminkštėja. Jei plokštė didelė arba joje yra sunkūs komponentai, dėl savo svorio ji gali įlinkti viduryje. Kraštai veikia kaip atramos taškai, o centras nusmunka dėl apkrovos. Ši deformacija gali tapti nuolatine, kai plokštė atvės. Tinkamas konstrukcijos atramos ir išdėstymo balansas padeda sumažinti šią riziką.

V formos išpjova silpnina plokštę

V formos arba v taškais yra patogūs atskirti lentas nuo skydo, tačiau jie turi trūkumą: jie gali sumažinti konstrukcijos stiprumą. Šie grioveliai sukuria silpnas vietas, kur lenta yra labiau linkusi sulinkti arba susisukti veikiant slėgiui. Jei plokštė pradeda deformuotis, tai dažnai prasideda tiesiai ties V formos įpjova. Todėl svarbu atidžiai apgalvoti, kur ir kiek V formos įpjovų darote, kad išlaikytumėte bendrą skydo vientisumą.

Įtempimas dėl presavimo proceso

PCB presavimo procesas priklauso nuo karščio ir slėgio, dėl kurių gali atsirasti vidinis įtempis. Įtakos turi keli veiksniai, pavyzdžiui, plokštės storis, sluoksnių paskirstymas ir naudojamų prepreg lakštų skaičius, kurie visi gali prisidėti prie įtempių kaupimosi. Jei šis įtempis nebus tinkamai valdomas, laminavimo proceso metu arba po jo jis gali deformuotis. Norint išlaikyti plokštę plokščią, labai svarbu naudoti gerai subalansuotą konstrukciją ir numatyti tinkamą įtempių mažinimą.

Netinkamas saugojimas

Netinkamas laikymas yra dažna spausdintinių plokščių deformacijos priežastis. Kai plokštės sukraunamos netolygiai arba paliekamos lentynose be tinkamo pagrindo, laikui bėgant jos gali mechaniškai deformuotis. Ši problema ypač paplitusi su plonesnėmis plokštėmis arba tomis, kurių vario plotai nelygūs. Norėdami išvengti šios problemos, laikykite plokštes ant lygaus, stabilaus paviršiaus ir nedėkite ant jų sunkių daiktų.

PCB deformacijos prevencija

PCB deformacijos prevencija prasideda nuo protingų projektavimo sprendimų ir tinkamo apdorojimo gamybos metu. Deformacija gali sukelti našumo problemų ir net gedimų, ypač smulkaus žingsnio arba didelio patikimumo srityse. Žemiau pateikiamas supaprastintas vadovas, kuriame pateikiami dažniausiai pasitaikantys prevencijos patarimai ir su gamyba susiję metodai, padedantys išlaikyti plokštės lygumą.

• Pasirinkite tinkamas medžiagas – Naudokite tvirtas, stabilias medžiagas, tokias kaip FR-4. Plonesnės plokštės mažiau linkusios deformuotis.
• Sukurkite stabilumą – Venkite per didelių ar sunkių maketų. Kruopščiai suplanuokite V formos pjūvius, kad sumažintumėte plokštės įtempimą.
• Atsargiai elkitės ir laikykite – Lentas laikykite plokščias. Nedėkite jų į krūvą, ypač jei jos plonos.
• Tinkamai valdykite šilumą – Prieš laminavimą ir po jo plokštes išdžiovinkite. Po litavimo leiskite joms natūraliai atvėsti.
• Išlyginkite vario sluoksnius – Tolygiai paskirstykite varį abiejose lentos pusėse, kad subalansuotumėte šilumą ir įtempį.
• Palaikykite lentą šildymo metu – naudojimas padėklų laikikliai arba laikikliai, kad plokštė būtų tiesi litavimo metu.
• Kontrolinė saugojimo aplinka – Naudokite drėgmei atsparią pakuotę ir sandėlyje palaikykite žemą drėgmę.
• Natūraliai atvėsinkite po litavimo – Leiskite lentoms atvėsti ant lygaus paviršiaus. Venkite šalto vandens.
• Dar kartą patikrinkite, ar nėra deformacijos pabaigoje – Patikrinkite visas lentas, ar jos lygus. Sulinkusias lentas pakartotinai iškepkite slėgiu.
• Plonoms plokštėms dengti naudokite volelius – Plonus lentas suspauskite voleliais, kad jos nesulinktų.
• Orkaitėje naudokite groteles arba įrenginius – Sumažinkite lentos dydį arba paremkite ilgesnįjį kraštą, kad ji nesulinktų dėl didelio karščio.
• Išlyginkite lentas mašina – Mašinos gali padėti išlyginti lentas. Rezultatai priklauso nuo lentos tipo.
• Kepkite po sluoksnio presavimo – Kepkite 150 °C temperatūroje keturias valandas, kad atsipalaiduotų vidinė įtampa ir plokštė visiškai sukietėtų.
• Laikykite plonas lentas plokščias, kol jas dengsite – Labai plonas lentas suspauskite tarp volelių, kai galvanizavimas kad jie nelinktų deformuotis.
• Vietoj V formos įpjovų naudokite frezavimą – Lentas atskirkite frezomis, o ne V formos įpjovomis, kad nepažeistumėte konstrukcijos.
• Tinkamai sulygiuokite lentos sluoksnius – Vidinius sluoksnius (prepregą) išdėstykite teisinga kryptimi, kad sumažintumėte įtempimą ir deformaciją.

PCB deformacijos sprendimas

Kontroliuokite šilumą litavimo metu

Nuoseklios temperatūros palaikymas visoje plokštėje litavimo metu yra labai svarbus siekiant sumažinti deformaciją. Dėl netolygaus karščio plokštės dalys plečiasi arba vėsta skirtingu greičiu. Dėl to plokštės dalys gali išlinkti arba išsikraipyti. Gali padėti litavimo temperatūros reguliavimas arba perėjimas prie labiau kontroliuojamo metodo, pavyzdžiui, naudojant lydmetalio refliavimo krosnį su tinkamu profiliavimu. Visiškas lydmetalio sudrėkinimas taip pat apsaugo nuo burbuliukų ar tuštumų, kurie gali turėti įtakos plokštumos plokštumai po aušinimo.

Pagerinti lentos išdėstymą ir struktūrą

Plokštės dizainas tiesiogiai veikia jos atsparumą karščiui. Dėl netinkamo išdėstymo šiluminis įtempis gali susidaryti netolygiai. Dėl šio įtempio plokštė litavimo metu susisuka arba išlinksta. Norėdami tai sumažinti, peržiūrėkite savo struktūrą. Lituočiųjų jungčių perkėlimas arba šilumai jautrių zonų perskirstymas gali padėti sumažinti šiluminę apkrovą proceso metu.

Sustiprinkite grandinės plokštę

Jei litavimo metu spausdintinė plokštė jau yra linkusi sulinkti, gali būti naudinga pridėti tam tikrų sutvirtinimų. Galite padėti atramą po spausdintine plokšte arba pridėti papildomų litavimo jungčių tose vietose, kurios linkusios deformuotis. Šios papildomos atramos padeda tolygiau paskirstyti įtempį, išlaikant plokštę stabilią tiek litavimo metu, tiek po jo.

Perjunkite prie geresnės medžiagos

Jei konstrukcijos ar terminiai sprendimai problemos neišsprendžia, apsvarstykite galimybę pakeisti pagrindinę medžiagą. Kai kurios medžiagos pasižymi mažesniu šiluminio plėtimosi greičiu ir geriau reaguoja į šilumą. Naudojant aukštesnės kokybės laminatus arba pereinant prie medžiagų, turinčių tinkamesnes šilumines savybes, galima žymiai sumažinti su litavimu susijusio deformacijos tikimybę.

Išvada

Šiame straipsnyje paaiškintos spausdintinių plokščių deformacijos priežastys ir kaip jos išvengti. Jame aptartos pagrindinės problemos, tokios kaip medžiagų neatitikimas, šilumos disbalansas, prasta konstrukcija ir netinkamas sandėliavimas. Taip pat pasiūlyti praktiniai būdai, kaip sumažinti deformaciją taikant geresnį projektavimą, proceso valdymą ir medžiagų pasirinkimą, o tai padeda užtikrinti patikimas ir didelio našumo spausdintines plokštes.

Jei jums reikia pagalbos valdant PCB iškraipymą jūsų projekte, PCBTok yra pasiruošęs jums padėti. Nesvarbu, ar jūsų plokštė turi atitikti IPC 1, 2 ar 3 klasės standartus, mes pasirūpinsime, kad ji būtų pagaminta pagal jūsų konkrečius poreikius. Galite susisiekti su mumis bet kuriuo metu adresu sales@pcbtok.comAtsiųskite mums savo „Gerber“ failus ir mes jums nemokamai atliksime DFM patikrą bei pateiksime išsamią kainos pasiūlymą. Mūsų komanda glaudžiai bendradarbiaus su jumis, kad užtikrintų, jog jūsų plokštės išliktų plokščios, patikimos ir paruoštos gamybai.

Dažnai užduodami klausimai

• Ar galima pataisyti deformuotą lentą?

Sakyčiau, kad tai priklauso nuo aplinkybių, bet dažniausiai ne, deformuotos spausdintinės plokštės iš tikrųjų pataisyti neįmanoma. Jei deformacija įvyko gaminant pliką plokštę, ji paprastai lieka visam laikui. Po to plokštę gali tekti išmesti. Jei plokštė išlaikė litavimo procesą ir išeina deformuota, ji greičiausiai sulenkta arba litavimo proceso metu, arba buvo deformuota jau prieš surinkimą. Abiem atvejais bandyti „išlyginti“ plokštę po surinkimo yra rizikinga. Tai gali pažeisti litavimo jungtis ar komponentus.

• Ar galima iškreiptą lentą pakartotinai presuoti?

Taip, bet tik tinkamomis sąlygomis. Gamybos įmonė gali pakartotinai presuoti deformuotą pliką plokštę, įkaitindama ją virš Tg ir tolygiai slėgdama plokščiu metaliniu presu. Tada plokštė turi natūraliai atvėsti veikiant slėgiui. Šis metodas negarantuojamas ir neveikia gerai su surinktomis plokštėmis.

• Koks yra priimtinas PCB deformacijos lygis?

Priimtinas iškraipymas priklauso nuo plokštės tipo. Spausdintų plokščių su paviršinio montavimo komponentais atveju riba paprastai yra 0.75%. Tik kiaurymėms plokštėms leidžiama iki 1.5 %Šios vertybės atitinka IPC-6012 standartaiŠių ribų laikymasis padeda užtikrinti tinkamą surinkimą ir ilgalaikį plokštės patikimumą.

• Kaip išmatuoti PCB deformaciją po surinkimo?

Surinkus spausdintinių plokščių deformacijos matavimas tampa šiek tiek keblus. Tokie įrankiai kaip PARMI gerai veikia su neapdorotomis plokštėmis, tačiau jų tikslumas sumažėja, kai komponentai sumontuojami. Surinktoms spausdintinėms plokštėms geriau naudoti skaitmeninę vaizdo koreliaciją arba automatinę optinę patikrą (AOI). Šie metodai leidžia tiksliai nustatyti paviršiaus padėtį nepažeidžiant plokštės.