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Analisi delle cause della deformazione della scheda PCB

2019-04-12 15:08:21
Quando la scheda PCB viene riflessa, è facile far piegare la scheda. Se è serio, causerà anche la saldatura dei componenti, la pietra tombale, ecc. Come superarlo?

La deformazione della scheda PCB deve essere studiata da diversi aspetti come il materiale, la struttura, la distribuzione del modello, il processo di elaborazione, ecc. Questo documento analizzerà ed esporrà vari motivi e metodi di miglioramento che potrebbero causare deformazioni.




Produttore di PCB multistrato in Cina

La superficie irregolare di rame sulla scheda peggiorerà la piegatura della scheda e l'arricciatura della scheda.
Generalmente, una vasta area di lamina di rame è progettata per la messa a terra. A volte lo strato Vcc è progettato anche con una vasta area di lamina di rame. Quando queste grandi aree di lamina di rame non sono equamente distribuite sulla stessa scheda. Quando è acceso, causerà il problema di assorbimento del calore non uniforme e dissipazione del calore. Ovviamente anche il circuito si espanderà e si contrarrà. Se l'espansione e la contrazione non possono causare sollecitazioni e deformazioni diverse allo stesso tempo, è possibile raggiungere la temperatura della scheda. All'estremità superiore del valore Tg, la scheda inizia ad ammorbidirsi, provocando una deformazione permanente.

Le giunzioni (vias) dei vari strati sulla scacchiera limitano l'espansione e la contrazione della tavola.
La maggior parte delle schede di oggi sono schede multistrato e sono presenti giunture (vias) tra i vari strati. Le articolazioni sono suddivise in fori passanti, fori ciechi e fori interrati. Dove ci sono giunture, la tavola è limitata. L'effetto di innalzamento e contrazione causerà indirettamente la piegatura della placca e la deformazione della placca.

Motivi per la deformazione della scheda PCB:

(1) Il peso del circuito stampato stesso causerà la deformazione della scheda

In generale, il forno di riflusso utilizzerà una catena per guidare l'avanzamento del circuito stampato nel forno di riflusso, ovvero i due lati del pannello sono utilizzati come fulcri per supportare l'intera scheda. Se la scacchiera presenta parti pesanti sulla scacchiera o la dimensione della tavola è troppo grande, mostrerà il fenomeno della depressione media a causa della sua stessa quantità, causando la piegatura della placca.

(2) La profondità del V-Cut e la striscia di collegamento influiscono sulla deformazione del pannello.

Fondamentalmente, V-Cut è il colpevole nel distruggere la struttura del tabellone. Poiché V-Cut taglia la scanalatura sul foglio originale, il V-Cut è soggetto a deformazioni.


2.1 Analisi della deformazione della piastra mediante pressatura di materiali, strutture e figure

La scheda PCB è formata premendo una scheda di nucleo e un preimpregnato e uno strato esterno di lamina di rame, in cui la scheda madre e la lamina di rame sono deformate termicamente quando vengono pressati, e la quantità di deformazione dipende dal coefficiente di espansione termica (CTE) di i due materiali;
Il coefficiente di espansione termica (CTE) del foglio di rame è circa 17 × 10-6;
Il normale substrato FR-4 ha un CTE in direzione Z di (50-70) X10-6 nel punto Tg;
Sopra il punto di TG è (250 ~ 350) X10-6, CTE direzione X è simile alla lamina di rame a causa della presenza di tessuto di vetro.

Note sui punti TG:

Scheda stampata ad alta Tg Quando la temperatura sale ad una certa area, il substrato cambierà da "stato di vetro" a "stato di gomma", e la temperatura in questo momento è chiamata temperatura di transizione vetrosa (Tg) della scheda. Cioè, Tg è la temperatura più alta (° C) alla quale il substrato rimane rigido. Vale a dire, il normale materiale di substrato PCB non solo si ammorbidisce, si deforma, si fonde, ecc. A temperature elevate, ma mostra anche un forte calo delle proprietà meccaniche ed elettriche.

Generalmente, la piastra Tg è di 130 gradi o più, l'alta Tg è generalmente maggiore di 170 gradi e la Tg media è maggiore di circa 150 gradi.
Una scheda stampata con PCB con una tipica Tg ≥ 170 ° C è chiamata una scheda stampata ad alta Tg.




Fornitore di PCB stampante 3D

La Tg del substrato è migliorata e le caratteristiche come resistenza al calore, resistenza all'umidità, resistenza chimica e stabilità del pannello stampato sono migliorate e migliorate. Più alto è il valore TG, migliore è la resistenza alla temperatura del foglio, specialmente nel processo senza piombo, l'alta applicazione Tg è più.

L'alta Tg si riferisce all'elevata resistenza al calore. Con il rapido sviluppo del settore dell'elettronica, in particolare dei prodotti elettronici rappresentati dai computer, lo sviluppo di funzionalità elevate e multi-strato richiede la maggiore resistenza al calore dei materiali dei substrati PCB come una garanzia importante. L'emergere e lo sviluppo della tecnologia di montaggio ad alta densità rappresentata da SMT e CMT rende i PCB sempre più inseparabili dall'elevata resistenza al calore dei substrati in termini di apertura ridotta, cablaggio fine e assottigliamento.

Pertanto, la differenza tra FR-4 generale e Tg FR-4 alta è che si trova nello stato caldo, specialmente in condizioni di assorbimento di calore, resistenza meccanica, stabilità dimensionale, adesione, assorbimento d'acqua e decomposizione termica del materiale. Ci sono differenze in varie condizioni come l'espansione termica, e gli alti prodotti Tg sono ovviamente migliori dei normali materiali di substrato PCB.

L'espansione della piastra del nucleo in cui viene realizzato il modello dello strato interno è diversa a causa della differenza nella distribuzione del modello e dello spessore del foglio di anima o delle caratteristiche del materiale. Quando la distribuzione del modello è diversa dallo spessore o dalle caratteristiche del materiale del foglio centrale, quando la distribuzione del modello è relativamente uniforme, i tipi di materiale sono uniformi e generano una deformazione. Quando la struttura laminata della scheda PCB è asimmetrica o la distribuzione del pattern non è uniforme, la differenza CTE delle diverse schede core sarà ampia e si verificherà una deformazione durante il processo di pressatura. Il meccanismo di deformazione può essere spiegato dal seguente principio.

Si presume che ci siano due tipi di piastre del nucleo con differenti differenze CTE, che vengono premute insieme da un prepreg, in cui il nucleo C della piastra centrale A è 1,5 × 10-5 / ° C e la lunghezza della piastra del nucleo è 1000 mm. Nel processo di formatura a pressare come prepreg del foglio di unione, i due fogli di nucleo sono legati insieme mediante addolcimento, scorrimento e riempimento del modello, e polimerizzazione in tre fasi.

La Figura 1 mostra la curva di fondo dell'adesione dinamica della resina FR-4 ordinaria a diverse velocità di riscaldamento. In circostanze normali, il materiale inizia a fluire da circa 90 ° C e la polimerizzazione reticolante inizia nel punto sopra TG. Il prepreg è in uno stato libero prima di essere curato. A questo punto, la piastra di nucleo e la lamina di rame sono in uno stato di essere liberamente espansi dopo essere stati riscaldati e la loro quantità di deformazione può essere ottenuta dai rispettivi CTE e dai valori di variazione di temperatura.




Fornitore di circuiti stampati

Condizioni di press-fit simulate, la temperatura viene aumentata da 30 ° C a 180 ° C,
A questo punto, le quantità di deformazione delle due piastre del nucleo sono rispettivamente
△ LA = (180 ° C ~ 30 ° C) x1.5x10-5m / ° CX1000mm = 2,25 millimetri
△ LB = (180 ° C ~ 30 ° C) X2,5X10-5M / ° CX1000mm = 3,75 mm
In questo momento, dal momento che la semi-cura è ancora in uno stato libero, le due piastre principali sono lunghe e corte, e non interferiscono tra loro e la deformazione non si è ancora verificata.

Se premuto, verrà mantenuto ad alta temperatura per un periodo di tempo fino a quando la semi-polimerizzazione non sarà completamente indurita. In questo momento, la resina si solidifica e non può fluire liberamente. Le due piastre principali sono combinate. Quando la temperatura diminuisce, come nessun legame di resina interstrato, il nucleo La piastra tornerà alla lunghezza originale e non sarà deformata, ma in effetti, le due piastre principali sono legate dalla resina indurita ad alta temperatura e non possono restringersi a sarà durante il processo di raffreddamento. La piastra di base A dovrebbe ridursi di 3,75 mm, in realtà Quando il ritiro è superiore a 2,25 mm, sarà ostacolato dalla piastra di base A. Per raggiungere l'equilibrio tra le due piastre, la piastra B non può ridursi a 3,75 mm e la piastra centrale A si restringe di oltre 2,25 mm, in modo che l'intera piastra sia diretta al nucleo B. La direzione della scheda cambia, come mostrato nella Figura 2.

Deformazione durante la compressione di diverse piastre del nucleo CTE

Secondo l'analisi di cui sopra, la struttura laminata e il tipo di materiale del PCB sono stati distribuiti uniformemente, il che influisce direttamente sulla differenza CTE tra diverse piastre del nucleo e fogli di rame. La differenza nel restringimento durante il processo di pressatura passerà attraverso la solidificazione del prepreg. Il processo viene mantenuto e alla fine forma una deformazione della scheda PCB.

2.2 Deformazione provocata durante l'elaborazione del PCB
Le cause della deformazione del processo della scheda PCB sono molto complicate e possono essere suddivise in due tensioni: stress termico e stress meccanico. Lo stress termico è generato principalmente durante il processo di pressatura e le sollecitazioni meccaniche si verificano principalmente durante l'impilamento, la manipolazione e la cottura delle lastre. Quanto segue è una breve discussione nell'ordine del processo.

Materiale CCL: CCL è bifacciale, struttura simmetrica, nessun modello, lamina di rame e tessuto di vetro CTE sono quasi gli stessi, quindi non c'è quasi nessuna deformazione causata da diverse CTE durante il processo di pressatura. Tuttavia, le dimensioni della pressa CCL sono grandi e vi è una differenza di temperatura in diverse aree della piastra calda, che può causare leggere differenze nella velocità di polimerizzazione e nel grado della resina in diverse regioni durante il processo di pressatura, e la dinamica la viscosità a diverse velocità di riscaldamento ha anche una grande differenza, quindi si verifica anche. Stress locale a causa delle differenze nel processo di polimerizzazione. Generalmente, questo stress manterrà l'equilibrio dopo aver premuto, ma rilascerà gradualmente la deformazione durante l'elaborazione futura.

Press-fit: il processo di pressofusione del PCB è il processo principale per generare stress termico. La deformazione dovuta a diversi materiali o strutture è mostrata nella sezione precedente. Simile al rivestimento in rame, produce anche stress locale causato dalla differenza nel processo di polimerizzazione. A causa degli spessori più spessi, della varia distribuzione del motivo e di più prepreg, lo stress termico è più difficile da eliminare rispetto al laminato placcato. Lo stress esistente nel PCB viene rilasciato in processi successivi come foratura, contornatura o grigliatura, con conseguente deformazione del pannello.


Saldatura, carattere e altri processi di cottura: Dal momento che gli inchiostri resistenti alla saldatura non possono essere impilati l'uno sull'altro quando sono induriti, i pannelli PCB vengono posizionati sullo scaffale e polimerizzati da una teglia. La temperatura di saldatura è di circa 150 ° C, appena sopra il punto Tg dei materiali Tg medi e bassi, Tg Al di sopra del punto, la resina è in uno stato elastico elevato e la piastra si deforma facilmente sotto l'azione del proprio peso o forte vento del forno.

Livellamento saldatura ad aria calda: la temperatura normale della piastra saldante è di 225 ° C ~ 265 ° C, il tempo è 3S-6S. La temperatura dell'aria calda è di 280 ° C ~ 300 ° C. Quando la saldatura viene livellata, la piastra viene immessa nella fornace di stagno dalla temperatura ambiente e quindi sottoposta a lavaggio con acqua post-trattamento a temperatura ambiente entro due minuti dopo che il forno è stato scaricato. L'intero processo di livellamento per saldatura ad aria calda è un processo di tempra e tempra. A causa del diverso materiale del circuito stampato e della struttura irregolare, si verificheranno inevitabilmente sollecitazioni termiche durante il processo a caldo e a freddo, con conseguenti deformazioni microscopiche e deformazioni complessive.

Conservazione: lo stoccaggio del PCB nella fase semifinita è generalmente inserito nello scaffale. La regolazione allentata della mensola non è adatta, o l'impilamento della tavola durante la conservazione causerà la deformazione meccanica del pannello. Soprattutto per lastre sottili sotto 2,0 mm, l'impatto è ancora più grave.

Oltre ai suddetti fattori, ci sono molti fattori che influenzano la deformazione del PCB.