Analýza příčin deformace desek plošných spojů

Vícevrstvý výrobce desek plošných spojů v Číně

Nerovný měděný povrch na desce zhorší ohyb desky a zkroucení desky.
Obecně je velká plocha měděné fólie určena pro uzemnění. Vrstva Vcc je někdy také navržena s velkou plochou měděné fólie. Když tyto velké plochy měděné fólie nejsou rovnoměrně rozloženy na stejné desce. Když je zapnutý, způsobí problém nerovnoměrné absorpce tepla a odvádění tepla. Obvodová deska bude samozřejmě také rozšiřovat a uzavírat smlouvy. Pokud expanze a smrštění nemohou současně způsobit různá namáhání a deformaci, lze dosáhnout teploty desky. Na horním konci hodnoty Tg začne deska měknout, což způsobuje trvalou deformaci.

Spojení (průchody) různých vrstev na desce omezuje expanzi a kontrakci desky.
Většina dnešních desek je vícevrstvých desek a mezi nýty mezi vrstvami jsou spoje (průchody). Spoje jsou rozděleny do průchozích otvorů, slepých otvorů a zapuštěných otvorů. Tam, kde jsou spoje, je deska omezena. Vliv stoupání a smršťování nepřímo způsobí ohnutí desky a deformaci desky.

Důvody pro deformaci desky plošných spojů:

(1) Hmotnost samotné desky s plošnými spoji způsobí deformaci desky

Obecně, reflow pec bude používat řetěz řídit posun obvodové desky v reflow peci, to je, dvě strany tabule jsou používány jako osy pro podporu celé desky. Pokud deska má těžké části na desce, nebo velikost desky je příliš velká, to ukáže fenomén střední deprese kvůli jeho vlastní množství, působit talíř ohnout.

(2) Hloubka V-řezu a spojovací lišty ovlivní deformaci panelu.

V-Cut je v podstatě viníkem při ničení struktury představenstva. Vzhledem k tomu, že V-Cut řeže drážku na originálním listu, je V-Cut náchylný k deformaci.


2.1 Analýza deformace desky lisováním materiálů, konstrukcí a obrázků

Deska plošného spoje je vytvořena lisováním jádrové desky a prepregu a měděné fólie z vnější vrstvy, přičemž jádrová deska a měděná fólie jsou tepelně deformovány při lisování a velikost deformace závisí na koeficientu tepelné roztažnosti (CTE). oba materiály;
Koeficient tepelné roztažnosti (CTE) měděné fólie je asi 17 × 10-6;
Běžný substrát FR-4 má CTE ve směru Z (50-70) X10-6 v bodě Tg;
Nad bodem TG je (250 ~ 350) X10-6, X-směr CTE je podobný měděné fólii kvůli přítomnosti skleněné tkaniny.

Poznámky k bodům TG:

High Tg tištěná deska Když teplota stoupne do určité oblasti, substrát se změní z "skleněného stavu" na "gumový stav" a teplota v této době se nazývá teplota skelného přechodu (Tg) desky. Tg je nejvyšší teplota (° C), při které substrát zůstává tuhý. To znamená, že běžný podkladový materiál PCB nejen změkčuje, deformuje, taví atd. Při vysokých teplotách, ale také vykazuje prudký pokles mechanických a elektrických vlastností.

Obecně, Tg deska je 130 stupňů nebo více, vysoké Tg je obecně větší než 170 stupňů a médium Tg je větší než 150 stupňů.
Deska s plošnými spoji PCB s typickým Tg ≥ 170 ° C se nazývá deska s vysokou gramáží Tg.

3D dodavatel tiskárny PCB

Zlepšuje se Tg substrátu a zlepšují se vlastnosti jako tepelná odolnost, odolnost proti vlhkosti, chemická odolnost a stabilita desky. Čím vyšší je hodnota TG, tím lepší je tepelná odolnost plechu, zejména v bezolovnatém procesu, aplikace vyššího Tg je více.

Vysoká Tg označuje vysokou tepelnou odolnost. Vzhledem k rychlému rozvoji elektronického průmyslu, zejména elektronických výrobků reprezentovaných počítači, vyžaduje vývoj vysoké funkčnosti a vysoké vícevrstvosti vyšší tepelnou odolnost podkladových materiálů PCB jako důležitou záruku. Vznik a vývoj technologie montáže s vysokou hustotou, kterou představují SMT a CMT, činí PCB stále více neoddělitelnou od vysoké tepelné odolnosti substrátů, pokud jde o malé otvory, jemné zapojení a ředění.

Rozdíl mezi obecným FR-4 a vysokým Tg FR-4 je tedy v tom, že je v horkém stavu, zejména při tepelné absorpci, mechanické pevnosti, rozměrové stabilitě, adhezi, absorpci vody a tepelném rozkladu materiálu. Existují rozdíly v různých podmínkách, jako je tepelná roztažnost, a produkty s vysokým Tg jsou samozřejmě lepší než běžné materiály na bázi PCB substrátu.

Roztažnost desky jádra, ve které je vytvořen vzor vnitřní vrstvy, je odlišná v důsledku rozdílu v rozložení vzoru a tloušťce plechu jádra nebo vlastností materiálu. Když je distribuce vzoru odlišná od tloušťky nebo materiálových charakteristik jádrového archu, když je rozložení vzoru relativně rovnoměrné, typy materiálu jsou jednotné a způsobují deformaci. Když je laminátová struktura desek plošných spojů asymetrická nebo rozložení vzoru je nerovnoměrné, rozdíl CTE různých desek jádra bude velký a během procesu lisování dojde k deformaci. Deformační mechanismus lze vysvětlit následujícím principem.

Předpokládá se, že existují dva druhy desek jádra s rozdílnými rozdíly CTE, které jsou lisovány dohromady prepregem, přičemž jádro C desky A jádra je 1,5 x 10-5 / ° C a délka desky jádra je 1000 mm. mm. Při procesu lisování jako předimpregnovaného lepícího listu jsou oba jádrové listy spolu spojeny změkčením, tečením a vyplněním vzoru a vytvrzením ve třech stupních.

Na obr. 1 je znázorněna dynamická křivka adheze ke spodní vrstvě běžné pryskyřice FR-4 při různých rychlostech ohřevu. Za normálních okolností začne materiál proudit od asi 90 ° C a vytvrzování zesíťováním začíná v bodě nad TG. Před vytvrzením je prepreg ve volném stavu. V tomto okamžiku jsou jádrová deska a měděná fólie ve stavu, kdy jsou po zahřátí volně expandovány, a množství jejich deformace může být dosaženo příslušnými hodnotami CTE a teplotních změn.

Dodavatel desek s plošnými spoji

Simulované podmínky lisování, teplota se zvýší z 30 ° C na 180 ° C,
V tomto okamžiku jsou množství deformace obou desek jádra příslušně
△ LA = (180 ° C ~ 30 ° C) x1,5x10-5m / ° CX1000mm = 2,25mm
△ LB = (180 ° C ~ 30 ° C) X2.5X10-5M / ° CX1000mm = 3,75mm
V této době, protože polotuh je stále ve volném stavu, jsou dvě jádrové desky dlouhé a krátké a vzájemně se neovlivňují a deformace ještě nenastala.

Když je lisován, bude udržován při vysoké teplotě po určitou dobu, dokud nebude zcela vytvrzeno. V tomto okamžiku pryskyřice ztuhne a nemůže volně proudit. Dvě jádrové desky se spojí. Když klesne teplota, jako například žádná vazba mezi pryskyřicí, jádro Deska se vrátí na původní délku a nebude deformována, ale ve skutečnosti jsou dvě jádrové desky spojeny vytvrzenou pryskyřicí při vysoké teplotě a nemohou se smršťovat při během procesu chlazení. Deska jádra A by se měla smrštit o 3,75 mm, ve skutečnosti Pokud je smrštění větší než 2,25 mm, bude bráněno destičce A jádra. Aby se dosáhlo rovnováhy mezi dvěma jádrovými deskami, deska B jádra se nemůže smrštit na 3,75 mm a deska A jádra se smršťuje o více než 2,25 mm, takže celá deska je nasměrována do jádra B. Směr desky se mění, jak je znázorněno na obrázku 2.

Deformace při stlačování různých desek CTE jádra

Podle výše uvedené analýzy byla laminovaná struktura a typ materiálu PCB rovnoměrně rozloženy, což přímo ovlivňuje rozdíl CTE mezi různými deskami jádra a měděnými fóliemi. Rozdíl ve smrštění během procesu lisování prochází tuhnutím prepregu. Proces je zachován a nakonec tvoří deformaci desky plošných spojů.

2.2 Deformace způsobená zpracováním PCB
Příčiny deformace procesu desek plošných spojů jsou velmi složité a lze je rozdělit na dvě napětí: tepelné namáhání a mechanické namáhání. Tepelné namáhání je generováno hlavně v průběhu lisovacího procesu a mechanické namáhání nastává zejména při stohování, manipulaci a pečení desek. Následuje stručná diskuse v pořadí procesu.

Materiál CCL: CCL je oboustranná, symetrická konstrukce, žádný vzor, ​​měděná fólie a skleněná tkanina CTE jsou téměř stejné, takže v průběhu lisovacího procesu nedochází k téměř žádné deformaci způsobené různými CTE. Velikost lisu CCL je však velká a existuje rozdíl teplot v různých oblastech horké desky, což může způsobit nepatrné rozdíly v rychlosti vytvrzování a stupni pryskyřice v různých oblastech během procesu lisování a dynamické lisování. Viskozita při různých rychlostech ohřevu má také velký rozdíl, takže také dochází. Místní namáhání v důsledku rozdílů v procesu vytvrzování. Obecně platí, že tento tlak bude udržovat rovnováhu po stlačení, ale bude postupně uvolňovat deformaci během budoucího zpracování.

Lisování: Proces lisování PCB je hlavním procesem generování tepelného namáhání. Deformace způsobená různými materiály nebo strukturami je uvedena v předchozí části. Podobně jako plátovaná plátovaná měď, také vytváří místní napětí způsobené rozdílem v procesu vytvrzování. V důsledku silnější tloušťky, různého rozložení vzoru a více prepregu je obtížnější odstranit tepelné namáhání než plátovaný laminát. Napětí existující v PCB se uvolňuje v následných procesech, jako je vrtání, konturování nebo grilování, což má za následek deformaci panelu.


Pájení, charakter a další způsoby pečení: Vzhledem k tomu, že pájecí pasty nemohou být při vytvrzování naskládány na sebe, desky PCB jsou umístěny na polici a vytvrzeny plechem na pečení. Teplota pájení je přibližně 150 ° C, těsně nad bodem Tg materiálu středního a nízkého Tg, Tg Nad bodem je pryskyřice ve vysokém elastickém stavu a deska se snadno deformuje působením vlastní hmotnosti nebo silný vítr trouby.

Vyrovnávání pájky horkým vzduchem: Normální teplota pájky horké desky je 225 ° C ~ 265 ° C, čas je 3S-6S. Teplota horkého vzduchu je 280 ° C ~ 300 ° C. Když je pájka vyrovnána, deska je přiváděna do cínové pece z pokojové teploty a poté vystavena promývání vodou po úpravě při teplotě místnosti během dvou minut po vypuštění pece. Celý proces vyrovnání pájením horkým vzduchem je proces kalení a kalení. Vzhledem k různým materiálům desky s plošnými spoji a nerovnoměrné struktuře se během tepelného a studeného procesu nevyhnutelně vyskytne tepelné namáhání, což vede k mikroskopickému namáhání a celkové deformaci.

Skladování: Skladování PCB v polotovaru se obvykle vkládá do police. Volné nastavení police není vhodné, nebo stohování desky během skladování způsobí mechanickou deformaci panelu. Zejména u tenkých desek pod 2,0 mm je dopad ještě závažnější.

Kromě výše uvedených faktorů ovlivňuje deformace desky plošných spojů mnoho faktorů.