Analyse der Ursachen der Leiterplattenverformung
Die Verformung von Leiterplatten muss unter verschiedenen Gesichtspunkten untersucht werden, z. B. Material, Struktur, Musterverteilung, Verarbeitungsprozess usw. In diesem Beitrag werden verschiedene Gründe und Verbesserungsmethoden, die eine Verformung verursachen können, analysiert und erläutert.
Mehrschicht-Leiterplattenhersteller in China
Die unebene Kupferoberfläche auf der Platine führt zu einer Beeinträchtigung der Platinenbiegung und der Krümmung der Platine.
Im Allgemeinen ist eine große Fläche aus Kupferfolie für die Erdung vorgesehen. Manchmal ist die Vcc-Schicht auch mit einer großen Fläche aus Kupferfolie ausgelegt. Wenn diese großen Bereiche der Kupferfolie nicht gleichmäßig auf derselben Platine verteilt sind. Wenn es eingeschaltet ist, besteht das Problem der ungleichmäßigen Wärmeaufnahme und Wärmeableitung. Die Leiterplatte wird sich natürlich auch erweitern und zusammenziehen. Wenn die Expansion und die Kontraktion nicht gleichzeitig unterschiedliche Spannungen und Verformungen verursachen können, kann die Temperatur der Platte erreicht werden. Am oberen Ende des Tg-Werts beginnt die Platte zu erweichen und führt zu bleibenden Verformungen.
Die Verbindungen (Vias) der verschiedenen Schichten auf der Platine begrenzen die Expansion und Kontraktion der Platine.
Die meisten heutigen Bretter bestehen aus mehrlagigen Brettern, und es gibt Verbindungen (Vias) zu den Nieten zwischen den Lagen. Die Verbindungen sind in Durchgangslöcher, Sacklöcher und vergrabene Löcher unterteilt. Wo es Fugen gibt, ist das Board begrenzt. Der Effekt des Anhebens und Zusammenziehens führt indirekt dazu, dass sich die Platte verbiegt und die Platte sich verbiegt.
Gründe für die Verformung der Leiterplatte:
(1) Das Gewicht der Leiterplatte selbst führt zu einer Verformung der Platte
Im Allgemeinen wird der Aufschmelzofen eine Kette verwenden, um den Vorschub der Leiterplatte im Aufschmelzofen voranzutreiben, das heißt, die beiden Seiten der Platte werden als Drehpunkte verwendet, um die gesamte Platte zu stützen. Wenn die Platine schwere Teile auf der Platine hat oder die Platinengröße zu groß ist, zeigt sie aufgrund ihrer eigenen Menge das Phänomen der mittleren Depression, wodurch sich die Platine verbiegt.
(2) Die Tiefe des V-Cut und des Verbindungsstreifens beeinflusst die Verformung der Platte.
Grundsätzlich ist V-Cut der Täter bei der Zerstörung der Boardstruktur. Da V-Cut die Nut auf dem Originalbogen schneidet, neigt der V-Cut zu Verformungen.
2.1 Analyse der Verformung der Platte durch Pressen von Materialien, Strukturen und Figuren
Die PCB-Platine wird durch Pressen einer Kernplatine und eines Prepregs und einer Außenschicht aus Kupferfolie gebildet, wobei die Kernplatine und die Kupferfolie beim Pressen thermisch verformt werden und das Ausmaß der Verformung von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) von abhängt die zwei Materialien;
Der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) der Kupferfolie beträgt etwa 17 × 10-6;
Das gewöhnliche FR-4-Substrat hat am Tg-Punkt einen CTE in Z-Richtung von (50-70) X10-6;
Über dem TG-Punkt liegt (250 ~ 350) X10-6, der CTE in X-Richtung ist aufgrund der Anwesenheit von Glasgewebe der Kupferfolie ähnlich.
Anmerkungen zu TG-Punkten:
Platine mit hoher Tg Wenn die Temperatur auf einen bestimmten Bereich ansteigt, ändert sich das Substrat von "Glaszustand" in "Kautschukzustand", und die Temperatur wird zu diesem Zeitpunkt als Glasübergangstemperatur (Tg) der Platine bezeichnet. Das heißt, Tg ist die höchste Temperatur (° C), bei der das Substrat starr bleibt. Das heißt, das gewöhnliche PCB-Substratmaterial erweicht, verformt, schmilzt usw. nicht nur bei hohen Temperaturen, sondern zeigt auch einen starken Abfall der mechanischen und elektrischen Eigenschaften.
Im Allgemeinen beträgt die Tg-Platte 130 Grad oder mehr, die hohe Tg ist im Allgemeinen größer als 170 Grad und die mittlere Tg ist größer als etwa 150 Grad.
Eine PCB-Leiterplatte mit einer typischen Tg ≥ 170 ° C wird als Leiterplatte mit hoher Tg bezeichnet.
Die Tg des Substrats wird verbessert und die Eigenschaften wie Wärmebeständigkeit, Feuchtigkeitsbeständigkeit, chemische Beständigkeit und Stabilität der Leiterplatte werden verbessert und verbessert. Je höher der TG-Wert ist, desto besser ist die Temperaturbeständigkeit der Folie, insbesondere im bleifreien Verfahren, und die Anwendung mit hoher Tg ist mehr.
Hohe Tg bezieht sich auf hohe Hitzebeständigkeit. Mit der rasanten Entwicklung der Elektronikindustrie, insbesondere der elektronischen Produkte, die von Computern repräsentiert werden, erfordert die Entwicklung einer hohen Funktionalität und einer hohen Mehrfachschicht die höhere Wärmebeständigkeit von PCB-Substratmaterialien als wichtige Garantie. Das Aufkommen und die Entwicklung einer hochdichten Montagetechnologie, die durch SMT und CMT repräsentiert wird, macht PCBs immer untrennbarer von der hohen Hitzebeständigkeit von Substraten hinsichtlich kleiner Öffnung, feiner Verdrahtung und Ausdünnung.
Daher besteht der Unterschied zwischen dem allgemeinen FR-4 und dem hohen Tg-FR-4 darin, dass es sich im heißen Zustand, insbesondere unter Wärmeabsorption, der mechanischen Festigkeit, Dimensionsstabilität, Haftung, Wasserabsorption und thermischen Zersetzung des Materials befindet. Es gibt Unterschiede bei verschiedenen Bedingungen wie Wärmeausdehnung, und Produkte mit hohem Tg sind offensichtlich besser als gewöhnliche PCB-Substratmaterialien.
Die Ausdehnung der Kernplatte, in der das Innenschichtmuster hergestellt wird, unterscheidet sich aufgrund des Unterschieds in der Musterverteilung und der Dicke des Kernblechs oder den Materialeigenschaften. Wenn sich die Musterverteilung von der Dicke oder den Materialeigenschaften des Kernblechs unterscheidet, wenn die Musterverteilung relativ gleichmäßig ist, sind die Materialtypen gleichförmig und erzeugen eine Verformung. Wenn die Leiterplatten-Laminatstruktur asymmetrisch ist oder die Musterverteilung ungleichmäßig ist, ist der CTE-Unterschied der verschiedenen Kernplatten groß und es tritt eine Verformung während des Pressvorgangs auf. Der Verformungsmechanismus kann durch das folgende Prinzip erklärt werden.
Es wird angenommen, dass es zwei Arten von Kernplatten mit unterschiedlichen WAK-Unterschieden gibt, die durch ein Prepreg zusammengedrückt werden, wobei der C-Kern der A-Kernplatte 1,5 × 10 –5 / ° C beträgt und die Kernplattenlänge 1000 beträgt mm. Beim Preßformungsverfahren als Prepreg der Klebefolie werden die beiden Kernbleche durch Erweichen, Fließen und Füllen des Musters und Aushärten in drei Stufen miteinander verbunden.
Fig. 1 zeigt die dynamische Adhäsionsunterkurve eines gewöhnlichen FR-4-Harzes bei verschiedenen Erwärmungsraten. Unter normalen Umständen beginnt das Material ab etwa 90 ° C zu fließen und die Vernetzungsvernetzung beginnt am Punkt oberhalb von TG. Das Prepreg befindet sich vor dem Aushärten in einem freien Zustand. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich die Kernplatte und die Kupferfolie nach dem Erwärmen in einem Zustand, in dem sie sich frei ausdehnen, und das Ausmaß ihrer Verformung kann durch die jeweiligen CTE- und Temperaturänderungswerte erhalten werden.
Simulierte Einpressbedingungen, die Temperatur wird von 30 ° C auf 180 ° C erhöht.
Zu diesem Zeitpunkt sind die Verformungsbeträge der zwei Kernplatten jeweils
LA = (180 ° C - 30 ° C) × 1,5 × 10 –5 m / ° C × 1000 mm = 2,25 mm
LB = (180 ° C - 30 ° C) × 2,5 × 10 –5 M / ° C × 1000 mm = 3,75 mm
Zu diesem Zeitpunkt sind die beiden Kernplatten lang und kurz, da sich die Halbaushärtung noch in einem freien Zustand befindet, und stören sich nicht, und es ist noch keine Verformung aufgetreten.
Wenn es gepresst wird, wird es eine Zeit lang bei hoher Temperatur gehalten, bis die Semi-Aushärtung vollständig ausgehärtet ist. Zu diesem Zeitpunkt verfestigt sich das Harz und kann nicht frei fließen. Die beiden Kernplatten werden kombiniert. Wenn die Temperatur abfällt, z. B. keine Harzbindung zwischen den Schichten, kehrt die Kernplatte zurück auf die ursprüngliche Länge und wird nicht verformt. Tatsächlich werden die beiden Kernplatten durch das ausgehärtete Harz bei hoher Temperatur verbunden und können nicht schrumpfen wird während des Abkühlvorgangs. Die A-Kernplatte sollte tatsächlich 3,75 mm schrumpfen. Wenn die Schrumpfung mehr als 2,25 mm beträgt, wird sie durch die A-Kernplatte behindert. Um das Gleichgewicht zwischen den beiden Kernplatten zu erreichen, kann die B-Kernplatte nicht auf 3,75 mm schrumpfen, und die A-Kernplatte schrumpft um mehr als 2,25 mm, so dass die gesamte Platte zum B-Kern gerichtet ist. Die Richtung der Karte ändert sich wie in Abbildung 2 gezeigt.
Deformation beim Komprimieren verschiedener CTE-Kernplatten
Gemäß der obigen Analyse wurden die laminierte Struktur und der Materialtyp der PCB gleichmäßig verteilt, was sich direkt auf den CTE-Unterschied zwischen verschiedenen Kernplatten und Kupferfolien auswirkt. Der Unterschied beim Schrumpfen während des Pressvorgangs wird durch die Verfestigung des Prepregs gehen. Der Prozess wird beibehalten und bildet schließlich eine Verformung der Leiterplatte.
2.2 Verformung während der Leiterplattenbearbeitung
Die Ursachen für die Verformung des Leiterplattenprozesses sind sehr kompliziert und lassen sich in zwei Spannungen einteilen: thermische Belastung und mechanische Belastung. Die thermische Belastung wird hauptsächlich während des Pressvorgangs erzeugt, und die mechanische Belastung tritt hauptsächlich während des Stapelns, der Handhabung und des Backens der Platten auf. Das Folgende ist eine kurze Diskussion in der Reihenfolge des Prozesses.
CCL-Material: CCL ist doppelseitig, symmetrische Struktur, kein Muster, Kupferfolie und Glasgewebe-WAK sind nahezu gleich, so dass durch den unterschiedlichen WAK während des Pressvorgangs kaum Verformungen auftreten. Die Größe der CCL-Presse ist jedoch groß und es gibt eine Temperaturdifferenz in verschiedenen Bereichen der Heizplatte, die geringfügige Unterschiede in der Härtungsgeschwindigkeit und im Aushärtungsgrad des Harzes in verschiedenen Bereichen während des Pressvorgangs und der Dynamik verursachen kann Die Viskosität bei unterschiedlichen Erwärmungsraten hat auch einen großen Unterschied, so dass sie auch auftritt. Lokale Belastung durch Unterschiede im Aushärtungsprozess. Im Allgemeinen hält diese Spannung nach dem Pressen das Gleichgewicht aufrecht, löst jedoch während der zukünftigen Verarbeitung allmählich die Verformung.
Einpressen: Das Einpressen von Leiterplatten ist der Hauptprozess zur Erzeugung thermischer Spannungen. Die Verformung aufgrund unterschiedlicher Materialien oder Strukturen wird im vorherigen Abschnitt gezeigt. Ähnlich wie die plattierte Kupferplattierung erzeugt sie auch lokale Spannungen, die durch den unterschiedlichen Aushärtungsprozess verursacht werden. Aufgrund der dickeren Dicke, verschiedener Musterverteilung und mehr Prepreg ist die thermische Belastung schwieriger zu beseitigen als das plattierte Laminat. Die in der Leiterplatte vorhandene Spannung wird in nachfolgenden Prozessen wie Bohren, Konturieren oder Grillen gelöst und führt zu einer Verformung der Platte.
Löten, Charakter und andere Einbrennprozesse: Da die Lötstoppfarben beim Aushärten nicht aufeinander gestapelt werden können, werden die Leiterplatten auf dem Regal platziert und durch ein Backblech ausgehärtet. Die Löttemperatur beträgt etwa 150 ° C, knapp oberhalb des Tg-Punktes der Materialien mit mittlerem und niedrigem Tg, Tg. Oberhalb dieses Punktes befindet sich das Harz in einem hochelastischen Zustand und die Platte wird unter der Wirkung ihres eigenen Gewichts oder leicht deformiert starker Wind des Ofens.
Heißluftlotnivellierung: Die normale Temperatur des heißen Plattenlots beträgt 225 ° C ~ 265 ° C, die Zeit ist 3S-6S. Die Heißlufttemperatur beträgt 280 ° C ~ 300 ° C. Wenn das Lot eingeebnet ist, wird die Platte von Raumtemperatur in den Zinnofen geführt und dann innerhalb von zwei Minuten nach dem Entladen des Ofens mit Wasser nachbehandelt. Der gesamte Heißluftlot-Nivellierungsprozess ist ein Abschreck- und Abschreckprozess. Aufgrund des unterschiedlichen Materials der Leiterplatte und der unebenen Struktur treten während des Warm- und Kaltprozesses zwangsläufig thermische Spannungen auf, die zu einer mikroskopischen Belastung und einer allgemeinen Verformung führen.
Lagerung: Die Lagerung der Leiterplatte in der Halbzeugstufe wird in der Regel im Regal eingelegt. Die lose Einstellung des Fachbodens ist nicht geeignet, oder das Stapeln der Platte während der Lagerung führt zu einer mechanischen Verformung der Platte. Besonders bei dünnen Platten unter 2,0 mm ist die Auswirkung noch schwerwiegender.
Neben den oben genannten Faktoren gibt es viele Faktoren, die die Verformung der Leiterplatte beeinflussen.