PCB-levyn muodonmuutoksen syiden analysointi
PCB-kartongin muodonmuutosta on tutkittava useista näkökohdista, kuten materiaalista, rakenteesta, kuvioiden jakautumisesta, käsittelyprosessista jne. Tässä asiakirjassa analysoidaan ja selvitetään erilaisia syitä ja parannusmenetelmiä, jotka voivat aiheuttaa muodonmuutoksia.
Monikerroksinen PCB-valmistaja Kiinassa
Levyn epätasainen kuparipinta-ala huononee levyn taivutusta ja levyn käyristymistä.
Yleensä maadoitukseen on suunniteltu suuri määrä kuparikalvoa. Joskus Vcc-kerros on myös suunniteltu suurella alueella kuparifoliosta. Kun nämä suuret kuparifolion alueet eivät jakaudu tasaisesti samalle levylle. Kun se on päällä, se aiheuttaa epätasaisen lämmön imeytymisen ja lämmönpoiston. Piirilevy laajenee ja supistuu tietenkin. Jos laajennus ja supistuminen eivät voi aiheuttaa eri jännityksiä ja muodonmuutoksia samanaikaisesti, voidaan levyn lämpötila saavuttaa. Tg-arvon yläpäässä alusta alkaa pehmentyä ja aiheuttaa pysyvän muodonmuutoksen.
Levyn eri kerrosten risteykset (vias) rajoittavat levyn laajenemista ja supistumista.
Useimmat nykypäivän laudat ovat monikerroksisia levyjä, ja kerrosten välissä on niittejä. Liitokset on jaettu rei'ityksiin, sokeisiin reikiin ja hautauksiin. Jos liitoksia on, levy on rajoitettu. Nousun ja supistumisen vaikutus aiheuttaa epäsuorasti levyn taipumisen ja levyn vääntymisen.
PCB-levyn muodonmuutoksen syyt:
(1) Piirilevyn paino aiheuttaa levyn epämuodostumisen
Yleensä reflow-uuni käyttää ketjua ohjaamaan piirilevyn etenemistä reflow-uunissa, ts. Levyn kahta puolta käytetään tukipalkkina koko levyn tukemiseksi. Jos kartongissa on raskaita osia, tai levyn koko on liian suuri, se näyttää keskimääräisen masennuksen ilmiön omasta määrästään johtuen ja aiheuttaa levyn taipumisen.
(2) V-Cutin ja liitäntälistan syvyys vaikuttaa paneelin muodonmuutokseen.
Pohjimmiltaan V-Cut on syyllinen hallituksen rakenteen tuhoamiseen. Koska V-Cut leikkaa alkuperäisen levyn uran, V-Cut on altis muodonmuutokselle.
2.1 Levyn muodonmuutoksen analysointi painamalla materiaaleja, rakenteita ja lukuja
Piirilevy on muodostettu puristamalla ydinlevy ja prepreg ja ulomman kerroksen kuparifolio, jolloin ydinlevy ja kuparikalvo ovat termisesti deformoituneet puristettaessa, ja muodonmuutoksen määrä riippuu lämpölaajenemiskertoimesta (CTE). kaksi materiaalia;
Kuparifolion lämpölaajenemiskerroin (CTE) on noin 17 × 10-6;
Tavallisella FR-4-substraatilla on Z-suuntainen CTE (50-70) X10-6 Tg-pisteessä;
TG-pisteen yläpuolella on (250 ~ 350) X10-6, X-suuntainen CTE on samanlainen kuin kuparifolio lasi- kankaan vuoksi.
TG-pisteitä koskevat huomautukset:
Korkea Tg: n painettu levy Kun lämpötila nousee tietylle alueelle, substraatti muuttuu "lasitilasta" "kumitilaan" ja lämpötilaa kutsutaan tällä hetkellä levyn lasittumislämpötilaksi (Tg). Toisin sanoen Tg on korkein lämpötila (° C), jossa substraatti on jäykkä. Toisin sanoen tavallinen PCB-substraattimateriaali ei ainoastaan pehmentä, muodostaa, sulaa jne. Korkeissa lämpötiloissa, vaan sillä on myös jyrkkä mekaanisten ja sähköisten ominaisuuksien lasku.
Yleensä Tg-levy on 130 astetta tai enemmän, korkea Tg on yleensä yli 170 astetta ja väliaine Tg on suurempi kuin noin 150 astetta.
PCB-tulostettua levyä, jonka tyypillinen Tg ≥ 170 ° C, kutsutaan korkealle Tg: n painetuksi kartongiksi.
Substraatin Tg paranee ja ominaisuudet, kuten lämmönkestävyys, kosteudenkestävyys, kemiallinen kestävyys ja painetun levyn stabiilisuus, paranevat ja paranevat. Mitä korkeampi TG-arvo on, sitä parempi on arkin lämpötila-kestävyys, erityisesti lyijyttömässä prosessissa, korkea Tg-sovellus on enemmän.
Korkea Tg viittaa korkeaan lämmönkestävyyteen. Elektroniikkateollisuuden, erityisesti tietokoneiden edustamien elektroniikkatuotteiden nopean kehityksen myötä korkean toimivuuden ja korkean monikerroksen kehittäminen edellyttää, että PCB-substraattimateriaalien korkeampi lämmönkestävyys on tärkeä takuu. SMT: n ja CMT: n edustaman korkean tiheyden kiinnitysteknologian syntyminen ja kehittäminen tekee PCB: istä yhä erottamattomampia substraattien suuren lämmönkestävyyden suhteen pienen aukon, hienojen johdotusten ja ohentamisen suhteen.
Siksi ero yleisen FR-4: n ja korkean Tg FR-4: n välillä on se, että se on kuumassa tilassa, erityisesti lämmön absorptiossa, mekaaninen lujuus, mitan stabiilisuus, adheesio, veden imeytyminen ja terminen hajoaminen. Eri olosuhteissa, kuten lämpölaajenemassa, on eroja, ja korkeat Tg-tuotteet ovat ilmeisesti parempia kuin tavalliset PCB-substraattimateriaalit.
Ydinlevyn laajennus, jossa sisäkerroksen kuvio on tehty, on erilainen kuviojakauman ja ydinkalvon paksuuden tai materiaalin ominaisuuksien eron vuoksi. Kun kuviojakauma eroaa ydinarkin paksuudesta tai materiaalin ominaisuuksista, kun kuvion jakauma on suhteellisen tasainen, materiaalityypit ovat yhdenmukaiset ja tuottaa muodonmuutoksen. Kun PCB-levyn laminaattirakenne on epäsymmetrinen tai kuviojakauma on epätasainen, eri ydinlevyjen CTE-ero on suuri ja muodonmuutos tapahtuu puristusprosessin aikana. Muodostumismekanismia voidaan selittää seuraavalla periaatteella.
Oletetaan, että on olemassa kahdenlaisia ydinlevyjä, joilla on erilaiset CTE-erot, jotka puristetaan yhteen prepregin avulla, jolloin A-ydinlevyn C-ydin on 1,5 x 10-5 / ° C ja ydinlevyn pituus on 1000 mm. Puristusmuovausprosessissa sidosarkin prepregina kaksi ydinkalvoa on liitetty yhteen pehmentämällä, virtaamalla ja täyttämällä kuvio ja kovettamalla kolmessa vaiheessa.
Kuvio 1 esittää tavanomaisen FR-4-hartsin dynaamista tartunta-alukäyrää erilaisilla kuumennusnopeuksilla. Normaaleissa olosuhteissa materiaali alkaa virrata noin 90 ° C: sta, ja silloituskovettuminen alkaa TG: n yläpuolella. Prepreg on vapaassa tilassa ennen kovettumista. Tällöin ydinlevy ja kuparifolio laajenevat vapaasti kuumennuksen jälkeen, ja sen muodonmuutoksen määrä voidaan saada vastaavilla CTE- ja lämpötilamuutosarvoilla.
Simuloidut puristustilat, lämpötila nostetaan 30 ° C: sta 180 ° C: een,
Tällä hetkellä kahden ydinlevyn muodonmuutosmäärät ovat vastaavasti
△ LA = (180 ° C ~ 30 ° C) x1.5x10-5m / ° CX1000mm = 2,25
△ LB = (180 ° C - 30 ° C) X2,5X10-5M / ° CX1000mm = 3,75 mm
Tällä hetkellä, koska puolikovetus on edelleen vapaassa tilassa, kaksi ydinlevyä ovat pitkiä ja lyhyitä, eivätkä häiritse toisiaan, eikä muodonmuutosta ole vielä tapahtunut.
Kun sitä painetaan, se pidetään korkeassa lämpötilassa jonkin aikaa, kunnes puolikovetus on täysin kovettunut. Tällä hetkellä hartsi jähmettyy eikä voi virrata vapaasti. Kaksi ydinlevyä yhdistetään. Kun lämpötila putoaa, kuten ei ole välikerroksen hartsin sitoutumista, ydin Levy palaa alkuperäiseen pituuteen ja sitä ei deformoida, mutta itse asiassa kaksi ydinlevyä on sidottu kovetettuun hartsiin korkeassa lämpötilassa, eikä se voi kutistua tulee jäähdytysprosessin aikana. A-pohjalevyn tulisi kutistua 3,75 mm: iin. Kun kutistuminen on suurempi kuin 2,25 mm, A-ydinlevy estää sen. Kahden ydinlevyn välisen tasapainon saavuttamiseksi B-ydinlevy ei voi kutistua 3,75 mm: iin, ja A-sydänlevy kutistuu yli 2,25 mm: n, niin että koko levy on suunnattu B-ytimeen. Levyn suunta muuttuu, kuten kuviossa 2 on esitetty.
Deformaatio eri CTE-ydinlevyjen puristamisen aikana
Edellä olevan analyysin mukaan PCB: n laminaattirakenne ja materiaalityyppi on jakautunut tasaisesti, mikä vaikuttaa suoraan CTE-eroon eri ydinlevyjen ja kuparifolioiden välillä. Kutistumisen ero puristusprosessin aikana kulkee prepregin jähmettymisen kautta. Prosessi säilyy ja muodostaa lopulta PCB-levyn muodonmuutoksen.
2.2 PCB-prosessoinnin aikana aiheutunut muodonmuutos
PCB-levyn prosessin muodonmuutoksen syyt ovat hyvin monimutkaisia ja ne voidaan jakaa kahteen jännitykseen: lämpöjännitys ja mekaaninen rasitus. Lämpöjännitys syntyy pääasiassa puristusprosessin aikana, ja mekaaninen rasitus esiintyy pääasiassa levyjen pinoamisen, käsittelyn ja paistamisen aikana. Seuraavassa on lyhyt keskustelu prosessin järjestyksessä.
CCL-materiaali: CCL on kaksipuolinen, symmetrinen rakenne, ei kuviota, kuparifoliota ja lasikangasta CTE ovat lähes samat, joten eri CTE: n aiheuttamia muodonmuutoksia ei ole juuri puristamisen aikana. CCL-puristimen koko on kuitenkin suuri, ja kuumalevyn eri alueilla on lämpötilaero, joka voi aiheuttaa vähäisiä eroja kovettumisnopeudessa ja hartsin määrässä eri alueilla puristusprosessin aikana ja dynaaminen Viskositeetilla eri lämmityskertoimilla on myös suuri ero, joten se tapahtuu myös. Paikallinen rasitus kovetusprosessin erojen vuoksi. Yleensä tämä jännitys säilyttää tasapainon puristuksen jälkeen, mutta vapauttaa vähitellen muodonmuutosta tulevan prosessoinnin aikana.
Press-fit: PCB: n puristussovitusprosessi on pääprosessi termisen rasituksen tuottamiseksi. Eri materiaaleista tai rakenteista johtuva muodonmuutos on esitetty edellisessä osassa. Samoin kuin päällystetty kupari, se myös tuottaa paikallista rasitusta, joka johtuu kovetusprosessin erosta. Paksun paksuuden, erilaisten kuvioiden jakautumisen ja enemmän prepregin vuoksi lämpöjännitys on vaikeampi poistaa kuin päällystetty laminaatti. PCB: ssä esiintyvä jännitys vapautuu seuraavissa prosesseissa, kuten poraus, muotoilu tai grillaaminen, mikä johtaa paneelin muodonmuutokseen.
Juotto-, merkki- ja muut paistoprosessit: Koska juotettavia musteita ei voida pinota toisiinsa kovetettaessa, PCB-levyt asetetaan hyllylle ja kovetetaan leivinlevyllä. Juottamislämpötila on noin 150 ° C, hieman keskikokoisten ja matalien Tg-materiaalien Tg-pisteen yläpuolella, Tg Pisteen yläpuolella hartsi on korkeassa elastisessa tilassa, ja levy on helposti deformoitavissa omalla painollaan tai uunin voimakas tuuli.
Kuuman ilman juottaminen: Kuumalevyn juotteen normaali lämpötila on 225 - 265 ° C, aika on 3S-6S. Kuuman ilman lämpötila on 280 ° C - 300 ° C. Kun juotos tasoitetaan, levy syötetään tinauuniin huoneenlämpötilasta, ja sitten se käsitellään huoneenlämpötilassa jälkikäsittelyveden pesun jälkeen kahden minuutin kuluessa uunin tyhjentämisestä. Koko kuuman ilman juottaminen on sammutus- ja sammutusprosessi. Piirilevyn erilaisen materiaalin ja epätasaisen rakenteen vuoksi lämpöjännitys syntyy väistämättä kuuman ja kylmän prosessin aikana, mikä johtaa mikroskooppiseen rasitukseen ja yleiseen muodonmuutokseen.
Varastointi: PCB: n varastointi puolivalmiissa vaiheessa asetetaan yleensä hyllyyn. Hyllyn löysä säätö ei ole sopiva, tai levyn pinoaminen varastoinnin aikana aiheuttaa paneelin mekaanista muodonmuutosta. Erityisesti ohuille levyille, jotka ovat alle 2,0 mm, isku on vielä vakavampi.
Edellä mainittujen tekijöiden lisäksi on monia tekijöitä, jotka vaikuttavat PCB: n muodonmuutokseen.