Analyse des causes de déformation des panneaux de PCB

Fabricant multicouche de PCB en Chine

La surface de cuivre inégale sur la carte détériorera la courbure et la courbure de la carte.
En règle générale, une grande surface de feuille de cuivre est conçue pour la mise à la terre. Parfois, la couche Vcc est également conçue avec une grande surface de feuille de cuivre. Lorsque ces grandes surfaces de feuille de cuivre ne sont pas réparties uniformément sur le même tableau. Lorsqu’il est allumé, le problème de l’absorption et de la dissipation de la chaleur est inégal. La carte de circuit va bien sûr aussi se développer et se contracter. Si la dilatation et la contraction ne peuvent pas provoquer simultanément différentes contraintes et déformations, la température de la planche peut être atteinte. À l'extrémité supérieure de la valeur Tg, le panneau commence à se ramollir, provoquant une déformation permanente.

Les jonctions (vias) des différentes couches sur la carte limitent son expansion et sa contraction.
La plupart des planches actuelles sont des planches multicouches, et il existe des joints (vias) aux rivets entre les couches. Les joints sont divisés en trous traversants, trous aveugles et trous enterrés. Là où il y a des joints, la planche est limitée. L'effet de la montée et de la contraction entraînera indirectement le pliage de la plaque et sa déformation.

Raisons de la déformation de la carte de circuit imprimé:

(1) Le poids du circuit imprimé lui-même provoquera la déformation du circuit.

En général, le four de refusion utilisera une chaîne pour piloter l'avancement de la carte de circuit imprimé dans le four de refusion, c'est-à-dire que les deux côtés de la carte sont utilisés comme points d'appui pour supporter l'ensemble de la carte. Si le tableau contient des pièces lourdes ou si sa taille est trop grande, le phénomène de dépression moyenne apparaît, du fait de sa propre quantité, ce qui provoque la flexion de la plaque.

(2) La profondeur du V-Cut et de la bande de connexion affectera la déformation du panneau.

Fondamentalement, V-Cut est le coupable qui a détruit la structure du tableau. Parce que V-Cut coupe la rainure sur la feuille d'origine, le V-Cut est sujet à la déformation.


2.1 Analyse de la déformation de la plaque par pressage de matériaux, structures et figures

La carte de circuit imprimé est formée en pressant une carte de noyau et un préimprégné et une feuille de cuivre de couche externe, la carte de noyau et la feuille de cuivre étant déformées thermiquement lorsqu’elles sont pressées, l’ampleur de la déformation dépend du coefficient de dilatation thermique de les deux matériaux;
Le coefficient de dilatation thermique de la feuille de cuivre est d'environ 17 × 10-6;
Le substrat ordinaire FR-4 a un CTE dans la direction Z de (50-70) X10-6 au point Tg;
Au-dessus du point TG est (250 ~ 350) X10-6, le CTE dans la direction X est similaire à la feuille de cuivre en raison de la présence de tissu de verre.

Notes sur les points TG:

Carte imprimée à Tg élevé Lorsque la température atteint une certaine zone, le substrat passe de "l'état de verre" à "état de caoutchouc" et la température à ce moment est appelée température de transition vitreuse (Tg) de la carte. C'est-à-dire que Tg est la température la plus élevée (° C) à laquelle le substrat reste rigide. C'est-à-dire que le matériau de substrat de PCB ordinaire non seulement ramollit, se déforme, fond, etc. à des températures élevées, mais présente également une chute brutale de ses propriétés mécaniques et électriques.

En général, la plaque de Tg est de 130 degrés ou plus, la Tg élevée est généralement supérieure à 170 degrés et la Tg moyenne est supérieure à environ 150 degrés.
Une carte imprimée avec une Tg typique ≥ 170 ° C est appelée une carte imprimée à haute Tg.

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La Tg du substrat est améliorée et les caractéristiques telles que la résistance à la chaleur, la résistance à l'humidité, la résistance aux produits chimiques et la stabilité de la carte imprimée sont améliorées. Plus la valeur de TG est élevée, meilleure est la résistance de la feuille à la température, en particulier dans le processus sans plomb, plus l'application de Tg est élevée.

Tg élevée fait référence à une résistance élevée à la chaleur. Avec le développement rapide de l'industrie électronique, en particulier des produits électroniques représentés par des ordinateurs, le développement de fonctionnalités élevées et multicouches requiert une résistance à la chaleur plus élevée des matériaux de substrat de PCB comme garantie importante. L'émergence et le développement de la technologie de montage haute densité représentée par SMT et CMT rendent les circuits imprimés de plus en plus inséparables de la résistance à la chaleur élevée des substrats en termes de petite ouverture, de câblage fin et d'amincissement.

Par conséquent, la différence entre le FR-4 général et le FR-4 à Tg élevé réside dans le fait qu’il se trouve à l’état chaud, en particulier sous absorption de chaleur, résistance mécanique, stabilité dimensionnelle, adhérence, absorption d’eau et décomposition thermique du matériau. Il existe des différences dans diverses conditions, telles que la dilatation thermique, et les produits à haute Tg sont évidemment meilleurs que les matériaux de substrat de PCB ordinaires.

La dilatation de la plaque centrale dans laquelle est réalisé le motif de la couche interne est différente en raison de la différence de répartition du motif et de l'épaisseur de la feuille d'âme ou des caractéristiques du matériau. Lorsque la répartition du motif est différente de l'épaisseur ou des caractéristiques de matériau de la feuille centrale, lorsque la répartition du motif est relativement uniforme, les types de matériau sont uniformes et produiront une déformation. Lorsque la structure stratifiée des cartes de circuit imprimé est asymétrique ou que la répartition des motifs est inégale, la différence de CTE de différentes cartes de noyau sera grande et une déformation se produira pendant le processus de pressage. Le mécanisme de déformation peut être expliqué par le principe suivant.

Il est supposé qu'il existe deux types de plaques de noyau avec différentes différences de CTE, qui sont pressées ensemble par un préimprégné, le noyau C de la plaque de noyau A étant égal à 1,5 × 10-5 / ° C et sa longueur étant de 1000 mm. Dans le processus de formage à la presse en tant que préimprégné de la feuille de liaison, les deux feuilles centrales sont liées en ramollissant, en coulant et en remplissant le motif, puis en durcissant en trois étapes.

La figure 1 montre la courbe inférieure d'adhérence dynamique de la résine FR-4 ordinaire à différentes vitesses de chauffage. Dans des circonstances normales, le matériau commence à s'écouler à partir de 90 ° C environ et le durcissement de la réticulation commence au-dessus de TG. Le préimprégné est à l'état libre avant le séchage. A ce moment, la plaque centrale et la feuille de cuivre sont en pleine expansion après avoir été chauffées et leur degré de déformation peut être obtenu par les valeurs respectives de CTE et de changement de température.

Fournisseur de circuits imprimés

Conditions d'ajustement serré simulées, la température est élevée de 30 ° C à 180 ° C,
A ce moment, les quantités de déformation des deux plaques de noyau sont respectivement
△ LA = (180 ° C ~ 30 ° C) x1,5x10-5m / ° CX1000mm = 2,25mm
LB = (180 ° C ~ 30 ° C) X2.5X10-5M / ° CX1000mm = 3,75mm
À ce stade, étant donné que la semi-polymérisation est encore à l'état libre, les deux plaques centrales sont longues et courtes et n'interfèrent pas l'une avec l'autre, et aucune déformation n'a encore eu lieu.

Une fois pressé, il sera maintenu à haute température pendant un certain temps jusqu'à ce que la semi-cuisson soit complètement durcie. À ce stade, la résine se solidifie et ne peut plus couler librement. Les deux plaques de base sont combinées. Lorsque la température baisse, telle qu’aucune liaison entre la résine et la couche intermédiaire ne se lie, la plaque reprendra sa longueur initiale et ne sera pas déformée, mais en réalité, les deux plaques de la bande sont liées par la résine durcie à haute température et ne peuvent pas rétrécir sera pendant le processus de refroidissement. La plaque de noyau A doit rétrécir 3,75 mm, en fait, lorsque le retrait est supérieur à 2,25 mm, elle est gênée par la plaque de noyau A. Afin de réaliser l'équilibre entre les deux plaques de noyau, la plaque de noyau B ne peut pas rétrécir à 3,75 mm, et la plaque de noyau A rétrécit de plus de 2,25 mm, de sorte que la plaque entière est dirigée vers le noyau B. La direction de la planche change, comme illustré à la figure 2.

Déformation lors de la compression de différentes plaques de noyau en CTE

Selon l'analyse ci-dessus, la structure stratifiée et le type de matériau du circuit imprimé ont été uniformément répartis, ce qui affecte directement la différence de CTE entre les différentes plaques à noyau et les feuilles de cuivre. La différence de retrait au cours du processus de pressage passera par la solidification du préimprégné. Le processus est conservé et finit par former une déformation du circuit imprimé.

2.2 Déformation provoquée lors du traitement de la carte
Les causes de déformation du processus de fabrication des circuits imprimés sont très complexes et peuvent être divisées en deux contraintes: la contrainte thermique et la contrainte mécanique. La contrainte thermique est principalement générée pendant le processus de pressage et la contrainte mécanique survient principalement lors de l’empilement, de la manipulation et de la cuisson des plaques. Ce qui suit est une brève discussion dans l’ordre du processus.

Matériau CCL: Le CCL est une structure double face symétrique, aucun motif, la feuille de cuivre et le CTE en tissu de verre sont presque identiques, il n’ya donc pratiquement aucune déformation causée par un CTE différent pendant le processus de pressage. Cependant, la taille de la presse CCL est grande et il existe une différence de température dans différentes zones de la plaque chauffante, ce qui peut entraîner de légères différences dans la vitesse de durcissement et le degré de la résine dans différentes régions au cours du processus de pressage, et la dynamique la viscosité à différentes vitesses de chauffage a également une grande différence, de sorte qu'elle se produit également. Stress local dû aux différences dans le processus de durcissement. En règle générale, cette contrainte maintiendra l'équilibre après le pressage, mais libérera progressivement la déformation lors du traitement ultérieur.

Ajustement serré: Le processus d'ajustement serré sur carte est le processus principal pour générer un stress thermique. La déformation due à différents matériaux ou structures est indiquée dans la section précédente. Semblable au cuivre plaqué, il produit également un stress local causé par la différence du processus de durcissement. En raison de l'épaisseur plus épaisse, de la répartition variée des motifs et de la quantité de préimprégné, le stress thermique est plus difficile à éliminer que le stratifié plaqué. Les contraintes présentes dans le circuit imprimé sont relâchées lors de processus ultérieurs tels que le perçage, le modelage ou le grillage, ce qui entraîne une déformation du panneau.


Soudure, caractère et autres procédés de cuisson: étant donné que les encres résistant à la soudure ne peuvent pas être empilées les unes sur les autres une fois durcies, les cartes de circuit imprimé sont placées sur le plateau et durcies par une plaque de cuisson. La température de soudage est d’environ 150 ° C, juste au-dessus du point de Tg des matériaux à moyenne et faible Tg, Tg Au-dessus de ce point, la résine est dans un état hautement élastique et la plaque se déforme facilement sous l’effet de son propre poids ou de sa résistance. vent fort du four.

Nivellement de la soudure à l'air chaud: La température normale de la soudure de la plaque chauffante est de 225 ° C à 265 ° C, le temps est de 3S à 6S. La température de l'air chaud est comprise entre 280 ° C et 300 ° C. Lorsque la brasure est nivelée, la plaque est introduite dans le four à étain à partir de la température ambiante, puis soumise à un lavage à l'eau post-traitement à la température ambiante dans les deux minutes suivant la décharge du four. L'ensemble du processus de nivellement de la soudure à l'air chaud est un processus de trempe et de trempe. En raison du matériau différent de la carte de circuit imprimé et de la structure inégale, des contraintes thermiques se produiront inévitablement pendant le processus à chaud et à froid, entraînant une contrainte microscopique et une déformation globale.

Stockage: Le stockage du circuit imprimé dans la phase semi-finie est généralement inséré dans l'étagère. Le réglage lâche de la tablette ne convient pas, ou l'empilement de la planche pendant le stockage provoquera une déformation mécanique du panneau. L'impact est encore plus grave, en particulier pour les plaques minces inférieures à 2,0 mm.

Outre les facteurs ci-dessus, de nombreux facteurs affectent la déformation du PCB.