PCB 보드 변형의 원인 분석
PCB 보드의 변형은 재료, 구조, 패턴 분포, 가공 공정 등과 같은 여러 측면에서 연구되어야한다. 본 논문에서는 변형을 유발할 수있는 다양한 원인과 개선 방법을 분석하고 설명한다.
보드의 구리 표면적이 고르지 않으면 보드 굽힘과 보드 말림이 저하됩니다.
일반적으로 구리 호일은 접지를 위해 설계되었습니다. 때때로 Vcc 층은 넓은 면적의 구리 호일로 설계됩니다. 구리 호일의 이러한 넓은 영역이 동일한 보드에 고르게 분포되어 있지 않은 경우. 켜져 있으면 불균일 한 열 흡수 및 열 방출 문제가 발생합니다. 회로 기판은 물론 확장 및 축소됩니다. 팽창과 수축이 동시에 다른 응력과 변형을 일으키지 않으면 보드의 온도에 도달 할 수 있습니다. Tg 값의 상단에서 보드가 부드러워지기 시작하여 영구 변형이 발생합니다.
보드상의 다양한 레이어의 접점 (비아)은 보드의 팽창과 수축을 제한합니다.
오늘날 대부분의 보드는 멀티 레이어 보드이며 레이어 사이의 리벳에 조인트 (비아)가 있습니다. 관절은 관통 구멍, 막힌 구멍 및 묻힌 구멍으로 나뉩니다. 관절이있는 곳에서는 이사회가 제한적입니다. 상승 및 수축의 효과는 간접적으로 판을 구부리고 판을 뒤틀리게합니다.
PCB 보드 변형의 이유 :
(1) 회로 기판 자체의 무게로 인해 보드가 변형 될 수 있습니다
일반적으로 리플 로우로는 리플 로우로에서 회로 보드의 전진을 유도하기 위해 체인을 사용합니다. 즉, 보드의 두면이 보드 전체를 지탱하는 지렛목으로 사용됩니다. 보드에 보드에 무거운 부품이 있거나 보드의 크기가 너무 크면 자체 수량으로 인해 중간 우울 현상이 발생하여 플레이트가 구부러집니다.
(2) V-Cut 및 연결 스트립의 깊이는 패널의 변형에 영향을 미칩니다.
기본적으로 V-Cut은 보드 구조를 파괴하는 주범입니다. V-Cut은 원본 시트의 홈을 자르기 때문에 V-Cut은 변형되기 쉽습니다.
2.1 재료, 구조 및 형상을 압축하여 판의 변형 해석
상기 PCB 보드는 코어 보드와 프리프 레그 및 외층 동박을 가압하여 형성되며, 상기 코어 보드와 동박은 가압되면 열 변형되며, 그 변형량은 열팽창 계수 (CTE)에 의존한다. 두 가지 재료;
구리 박의 열 팽창 계수 (CTE)는 약 17 × 10-6이다.
일반 FR-4 기판은 Tg 지점에서 (50-70) X10-6의 Z 방향 CTE를가집니다.
TG 점 위는 (250 ~ 350) X10-6이며, X 방향 CTE는 유리 천이 있기 때문에 구리 호일과 유사합니다.
TG 포인트에 대한 참고 사항 :
High Tg printed boards 온도가 특정 지역까지 상승하면 기판은 "유리 상태"에서 "고무 상태"로 바뀌며이 때의 온도를 보드의 유리 전이 온도 (Tg)라고합니다. 즉, Tg는 기판이 단단하게 유지되는 최고 온도 (° C)입니다. 즉, 일반 PCB 기판 소재는 고온에서 연화, 변형, 용융 등의 문제뿐만 아니라 기계적 및 전기적 특성이 급격히 저하됩니다.
일반적으로, Tg 플레이트는 130도 이상이고, 높은 Tg는 일반적으로 170도 이상이며, 매체 Tg는 약 150도 이상이다.
일반적인 Tg가 170 ° C 이상인 PCB 인쇄 기판을 고 Tg 인쇄 기판이라고합니다.
기판의 Tg가 개선되고, 내열성, 내 습성, 내 약품성 및 인쇄 기판의 안정성과 같은 특성이 향상되고 개선된다. TG 값이 높을수록 시트의 내열성이 우수합니다. 특히 무연 공정에서 높은 Tg 적용이 더 큽니다.
높은 Tg는 높은 내열성을 나타냅니다. 전자 산업, 특히 컴퓨터로 대표되는 전자 제품의 급속한 발전에 따라, 높은 기능성 및 높은 다중 층의 개발은 PCB 기판 재료의 높은 내열성을 중요한 보증으로 요구합니다. SMT 및 CMT로 대표되는 고밀도 실장 기술의 출현 및 발달은 작은 개구, 미세 배선 및 thin아 내기 측면에서 기판의 높은 내열성과 PCB가 점점 더 분리 될 수있게합니다.
따라서 일반 FR-4와 고 Tg FR-4의 차이는 열 흡수, 기계적 강도, 치수 안정성, 접착력, 수분 흡수 및 열분해 상태에서 특히 뜨겁다는 점입니다. 열 팽창과 같은 다양한 조건에서 차이가 있으며, 높은 Tg 제품은 일반 PCB 기판 재료보다 명백하게 우수합니다.
내층 패턴이 이루어지는 코어 판의 팽창은 코어 판의 패턴 분포 및 두께의 차이 또는 재료 특성에 기인하여 상이하다. 패턴 분포가 코어 시트의 두께 또는 재료 특성과 다른 경우, 패턴 분포가 비교적 균일 할 때, 재료 유형은 균일하고, 변형을 생성 할 것이다. PCB 보드 라미네이트 구조가 비대칭이거나 패턴 분포가 고르지 않은 경우, 상이한 코어 보드의 CTE 차이가 클 것이며 프레스 공정 중에 변형이 발생합니다. 변형 메커니즘은 다음과 같은 원리로 설명 할 수 있습니다.
A 코어 판의 C 코어가 1.5 × 10-5 / ℃이고, 코어 판 길이가 1000 인 프리프 레그에 의해 서로 가압 된 CTE 차가 상이한 2 종류의 코어 판이 있다고 가정한다 mm. 본딩 시트의 프리프 레그로서의 프레스 성형 공정에서, 2 개의 코어 시트는 패턴을 연화시키고, 유동 및 충진하고, 3 단계로 경화시킴으로써 함께 결합된다.
그림 1은 다른 가열 속도에서 일반적인 FR-4 수지의 동적 점착력 곡선을 보여줍니다. 정상적인 상황에서 물질은 약 90 ° C에서부터 흐르기 시작하고 교차 결합 경화는 TG 위의 지점에서 시작됩니다. 프리프 레그는 경화되기 전에 프리 상태입니다. 이 때, 코어 판 및 동박은 가열 후에 자유롭게 팽창 된 상태에 있고, CTE 및 온도 변화 값에 의해 변형량을 구할 수있다.
시뮬레이션 된 press-fit 조건은 온도를 30 ° C에서 180 ° C로 올리며,
이 때, 2 매의 코어 판의 변형량은 각각
△ LA = (180 ° C ~ 30 ° C) x1.5x10-5m / ° CX1000mm = 2.25mm
△ LB = (180 ° C ~ 30 ° C) X2.5X10-5M / ° CX1000mm = 3.75mm
이 때, 반경 화는 여전히 자유 상태이기 때문에, 두 개의 코어 판은 길고 짧으며, 서로 간섭하지 않으며, 변형은 아직 발생하지 않았다.
누르면 세미 경화가 완전히 경화 될 때까지 일정 기간 동안 고온으로 유지됩니다. 이 때, 수지는 응고되어 자유롭게 흐를 수 없게된다. 두 개의 코어 플레이트가 결합됩니다. 층간 수지 결합이없는 등 온도가 낮아지면 코어는 원래 길이로 돌아가고 변형되지 않지만 실제로 두 코어 플레이트는 고온에서 경화 된 수지로 접착되어 냉각 과정 중에. A 코어 플레이트는 3.75mm로 축소되어야합니다. 실제로 수축률이 2.25mm 이상이면 A 코어 플레이트에 의해 방해 받게됩니다. 두 개의 코어 플레이트 사이의 균형을 이루기 위해 B 코어 플레이트는 3.75mm로 수축 할 수 없으며 A 코어 플레이트는 2.25mm 이상 수축되어 전체 플레이트가 B 코어로 향하게됩니다. 그림 2와 같이 보드의 방향이 바뀝니다.
다양한 CTE 코어 플레이트의 압축 중 변형
위의 분석에 따르면 PCB의 적층 구조와 재료 유형이 균일하게 분포되어있어 서로 다른 코어 플레이트와 구리 호일 사이의 CTE 차이에 직접적인 영향을 미칩니다. 프레스 공정에서 수축의 차이는 프리프 레그의 응고를 통과 할 것이다. 프로세스는 유지되고 결국 PCB 보드의 변형을 형성합니다.
2.2 PCB 가공 중 발생하는 변형
PCB 보드 공정의 변형 원인은 매우 복잡하며 열 응력과 기계 응력의 두 가지 응력으로 나눌 수 있습니다. 열 응력은 주로 프레스 공정에서 발생하며 기계적 응력은 주로 스태킹, 취급 및 베이킹시 발생합니다. 다음은 프로세스 순서에 대한 간략한 설명입니다.
CCL 재질 : CCL은 양면이며 대칭 구조이며 패턴이 없으며 구리 호일과 유리 섬유 CTE가 거의 동일하므로 프레스 과정에서 다른 CTE로 인해 변형이 거의 없습니다. 그러나, CCL 프레스의 크기가 크고, 핫 플레이트의 다른 영역에 온도차가 있기 때문에 프레스 공정 중 다른 지역의 수지 경화 속도 및 정도에 약간의 차이가 발생할 수 있으며, 동적 다른 가열 속도에서의 점도 또한 큰 차이가 있기 때문에 발생합니다. 경화 과정의 차이로 인한 국부 응력. 일반적으로,이 응력은 가압 후 평형을 유지하지만, 추후 공정 중에 변형을 서서히 풀어 낼 것입니다.
Press-fit : PCB 압착 공정은 열 응력을 발생시키는 주요 공정입니다. 다른 재료 또는 구조로 인한 변형이 이전 섹션에 표시됩니다. 클래드 구리 클래드와 유사하게, 이는 또한 경화 공정의 차이로 인한 국부 응력을 생성합니다. 두꺼운 두께, 다양한 패턴 분포 및 더 많은 프리프 레그 때문에, 열 응력은 피복 된 라미네이트보다 제거하기가 더 어렵다. PCB에 존재하는 응력은 후속 공정 (예 : 천공, 윤곽 또는 굽힘)에서 방출되어 패널이 변형됩니다.
솔더링, 문자 및 기타 베이킹 프로세스 : 솔더 레지스트 잉크는 경화 될 때 서로 쌓을 수 없기 때문에 PCB 보드를 선반에 놓고 베이킹 시트로 경화시킵니다. 납땜 온도는 중간 및 저 Tg 재료의 Tg 포인트 바로 위의 약 150 ° C이며, Tg 이상인 경우 수지는 높은 탄성 상태이며 자체 무게 또는 오븐의 강한 바람.
열풍 솔더 레벨링 : 핫 플레이트 솔더의 정상 온도는 225 ° C ~ 265 ° C이며 시간은 3S-6S입니다. 뜨거운 공기 온도는 280 ° C ~ 300 ° C입니다. 땜납이 평탄화 될 때, 판은 실온으로부터 주석로 내로 공급되고,이어서 노가 배출 된 후 2 분 이내에 실온의 후 처리 수 세척을 받는다. 전체 열 솔더 레벨링 공정은 담금질 및 담금질 공정입니다. 회로 기판의 재료와 불균일 한 구조로 인하여 뜨겁거나 차가운 과정에서 불가피하게 열 응력이 발생하여 미세한 변형과 전체적인 변형이 발생합니다.
보관 : 반제품 단계에서 PCB의 보관은 일반적으로 선반에 삽입됩니다. 선반의 느슨한 조정이 적절하지 않거나 보관 중에 보드를 쌓아 올리면 패널이 기계적으로 변형됩니다. 특히 2.0mm 이하의 얇은 판의 경우 충격은 더욱 심각합니다.
위의 요인 외에도 PCB 변형에 영향을 미치는 많은 요인이 있습니다.