Analyse van de oorzaken van PCB-plaatvervorming

Multilayer PCB-fabrikant in China

Het ongelijke koperoppervlak op het bord zal de bocht van het bord verslechteren en het bord krullen.
Over het algemeen is een groot gebied van koperfolie ontworpen voor aarding. Soms is de Vcc-laag ook ontworpen met een groot gebied van koperfolie. Wanneer deze grote gebieden van koperfolie niet gelijkmatig op dezelfde plank zijn verdeeld. Als het aan is, veroorzaakt dit het probleem van ongelijke warmteabsorptie en warmteafvoer. De printplaat zal natuurlijk ook uitbreiden en inkrimpen. Als de uitzetting en inkrimping niet tegelijkertijd verschillende spanningen en vervormingen kunnen veroorzaken, kan de temperatuur van het bord worden bereikt. Aan het bovenste uiteinde van de Tg-waarde begint het bord te verzachten, wat permanente vervorming veroorzaakt.

De kruispunten (via's) van de verschillende lagen op het bord beperken de uitzetting en samentrekking van het bord.
Het merendeel van de borden van vandaag zijn meerlaagse platen en er zijn verbindingen (vias) tussen de lagen tussen de klinknagels. De verbindingen zijn verdeeld in doorlopende gaten, blinde gaten en begraven gaten. Waar er gewrichten zijn, is het bord beperkt. Het effect van stijgen en samentrekken zal indirect de plaat doen buigen en de plaat kromtrekken.

Redenen voor printplaatvervorming:

(1) Het gewicht van de printplaat zelf zorgt ervoor dat de printplaat vervormd raakt

In het algemeen zal de reflow-oven een ketting gebruiken om de voortbeweging van de printplaat in de reflow-oven aan te drijven, dat wil zeggen, de twee zijden van de plaat worden gebruikt als draaipunten om de gehele plaat te ondersteunen. Als het bord zware delen op het bord heeft of als het bord te groot is, zal het het fenomeen van de middelste depressie als gevolg van de eigen hoeveelheid weergeven, waardoor de plaat buigt.

(2) De diepte van de V-snede en de verbindingsstrip beïnvloeden de vervorming van het paneel.

Kortom, V-Cut is de boosdoener in het vernietigen van de structuur van het bord. Omdat V-Cut de groef op het originele vel snijdt, is de V-Cut gevoelig voor vervorming.


2.1 Analyse van de vervorming van de plaat door op materialen, structuren en figuren te drukken

De printplaat wordt gevormd door een kernplaat en een prepreg en een buitenste laag koperfolie in te drukken, waarbij de kernplaat en de koperfolie thermisch worden vervormd wanneer erop wordt gedrukt, en de hoeveelheid vervorming afhankelijk is van de coëfficiënt van thermische uitzetting (CTE) van de twee materialen;
De thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE) van de koperfolie is ongeveer 17 × 10-6;
Het gewone FR-4 substraat heeft een Z-richting CTE van (50-70) X10-6 op het Tg-punt;
Boven het TG-punt is (250 ~ 350) X10-6, X-richting CTE is vergelijkbaar met koperfolie vanwege de aanwezigheid van glasdoek.

Opmerkingen over TG-punten:

Hoge-Tg-printplaat Wanneer de temperatuur tot een bepaald oppervlak stijgt, verandert het substraat van "glastoestand" in "rubbertoestand" en wordt de temperatuur op dit moment de glastransitietemperatuur (Tg) van het bord genoemd. Dat wil zeggen, Tg is de hoogste temperatuur (° C) waarbij het substraat stijf blijft. Dat wil zeggen dat het gewone PCB-substraatmateriaal niet alleen verzacht, vervormt, smelt, etc. bij hoge temperaturen, maar ook een scherpe daling vertoont in mechanische en elektrische eigenschappen.

In het algemeen is de Tg-plaat 130 graden of meer, de hoge Tg is in het algemeen groter dan 170 graden en de gemiddelde Tg is groter dan ongeveer 150 graden.
Een PCB-printplaat met een typische Tg ≥ 170 ° C wordt een hoge Tg-printplaat genoemd.

Leverancier van 3D-printer PCB's

De Tg van het substraat is verbeterd en de eigenschappen zoals hittebestendigheid, vochtbestendigheid, chemische weerstand en stabiliteit van de printplaat zijn verbeterd en verbeterd. Hoe hoger de TG-waarde, hoe beter de temperatuurbestendigheid van het vel, vooral in het loodvrije proces, de hoge Tg-toepassing is meer.

Hoge Tg verwijst naar hoge hittebestendigheid. Met de snelle ontwikkeling van de elektronica-industrie, met name de elektronische producten weergegeven door computers, vereist de ontwikkeling van hoge functionaliteit en hoge meerlaagse lagen de hogere hittebestendigheid van PCB-substraatmaterialen als een belangrijke garantie. De opkomst en ontwikkeling van high-density montage technologie vertegenwoordigd door SMT en CMT maakt PCB's meer en meer onlosmakelijk verbonden met de hoge hittebestendigheid van substraten in termen van kleine opening, fijne bedrading en verdunning.

Daarom is het verschil tussen algemene FR-4 en hoge Tg FR-4 dat deze zich in de hete toestand bevindt, in het bijzonder onder warmteopname, de mechanische sterkte, dimensionale stabiliteit, hechting, waterabsorptie en thermische ontleding van het materiaal. Er zijn verschillen in verschillende omstandigheden, zoals thermische uitzetting, en hoge Tg-producten zijn duidelijk beter dan gewone PCB-substraatmaterialen.

De uitzetting van de kernplaat waarin het binnenste laagpatroon is gemaakt, is anders vanwege het verschil in de patroonverdeling en de dikte van de kernplaat of de materiaaleigenschappen. Wanneer de patroonverdeling verschilt van de dikte of materiaaleigenschappen van de kernplaat, wanneer de patroonverdeling relatief uniform is, zijn de materiaalsoorten uniform en zal vervorming optreden. Wanneer de laminaatstructuur van de PCB-plaat asymmetrisch is of de patroonverdeling ongelijkmatig is, zal het CTE-verschil van verschillende kernplaten groot zijn en zal vervorming optreden tijdens het persproces. Het vervormingsmechanisme kan worden verklaard door het volgende principe.

Er wordt aangenomen dat er twee soorten kernplaten met verschillende CTE-verschillen zijn, die samengeperst worden door een prepreg, waarbij de C-kern van de A-kernplaat 1,5 x 10-5 / ° C is en de kernplaatlengte 1000 is mm. In het persvormproces als een prepreg van het hechtvel worden de twee kernplaten met elkaar verbonden door het patroon zacht te maken, te laten vloeien en te vullen en in drie fasen uit te harden.

Figuur 1 toont de dynamische adhesie-bodemcurve van gewone FR-4-hars bij verschillende verwarmingssnelheden. Onder normale omstandigheden begint het materiaal te stromen vanaf ongeveer 90 ° C en de uitharding van verknoping begint op het punt boven TG. De prepreg bevindt zich vóór uitharding in een vrije toestand. Op dit moment bevinden de kernplaat en de koperfolie zich in een toestand van vrij expanderen na te zijn verwarmd, en de hoeveelheid vervorming daarvan kan worden verkregen door de respectieve CTE en temperatuurveranderingswaarden.

Leverancier van printplaten

Gesimuleerde perspassingsomstandigheden, de temperatuur wordt verhoogd van 30 ° C tot 180 ° C,
Op dit moment zijn de vervormingshoeveelheden van de twee kernplaten respectievelijk
△ LA = (180 ° C ~ 30 ° C) x1.5x10-5m / ° CX1000mm = 2,25 mm
△ LB = (180 ° C ~ 30 ° C) X2.5X10-5M / ° CX1000mm = 3.75mm
Op dit moment, aangezien de semi-uitharding nog steeds in een vrije toestand is, zijn de twee kernplaten lang en kort en interfereren ze niet met elkaar, en vervorming is nog niet opgetreden.

Wanneer erop wordt gedrukt, zal het een tijdje op hoge temperatuur worden gehouden totdat de semi-uitharding volledig is uitgehard. Op dit moment wordt de hars gestold en kan deze niet vrij stromen. De twee kernplaten worden gecombineerd. Wanneer de temperatuur daalt, zoals geen bindlaag tussen de lagen, zal de kern terugkeren naar de oorspronkelijke lengte en niet vervormen, maar in feite worden de twee kernplaten door de uitgeharde hars bij hoge temperatuur gebonden en kunnen niet krimpen bij zal tijdens het koelproces. De A-kernplaat zou 3,75 mm moeten krimpen. Wanneer de krimp groter is dan 2,25 mm, zal deze worden gehinderd door de A-kernplaat. Om de balans tussen de twee kernplaten te bereiken, kan de B-kernplaat niet krimpen tot 3,75 mm en de A-kernplaat krimpt meer dan 2,25 mm, zodat de hele plaat naar de B-kern wordt geleid. De richting van het bord verandert, zoals weergegeven in figuur 2.

Vervorming tijdens compressie van verschillende CTE-kernplaten

Volgens de bovenstaande analyse zijn de gelamineerde structuur en het materiaaltype van de PCB gelijkmatig verdeeld, wat direct invloed heeft op het CTE-verschil tussen verschillende kernplaten en koperfolies. Het verschil in krimp tijdens het persproces zal door de stolling van de prepreg gaan. Het proces wordt vastgehouden en vormt uiteindelijk een vervorming van de printplaat.

2.2 Vervorming veroorzaakt tijdens PCB-verwerking
De oorzaken van vervorming van het printplaatproces zijn zeer gecompliceerd en kunnen worden onderverdeeld in twee spanningen: thermische spanning en mechanische spanning. De thermische spanning wordt voornamelijk opgewekt tijdens het persproces en de mechanische spanning treedt vooral op tijdens het stapelen, hanteren en bakken van de platen. Het volgende is een korte discussie in de volgorde van het proces.

CCL-materiaal: CCL is dubbelzijdig, symmetrisch van structuur, geen patroon, koperfolie en glasdoek CTE is bijna hetzelfde, dus er is bijna geen vervorming veroorzaakt door verschillende CTE tijdens het persproces. De grootte van de CCL-pers is echter groot en er is een temperatuurverschil in verschillende gebieden van de hete plaat, die kleine verschillen in de uithardingssnelheid en -graad van de hars in verschillende gebieden tijdens het persproces kunnen veroorzaken, en de dynamische viscositeit bij verschillende verhittingssnelheden heeft ook een groot verschil, dus het komt ook voor. Lokale stress als gevolg van verschillen in het uithardingsproces. Over het algemeen zal deze spanning het evenwicht behouden na het persen, maar zal geleidelijk de vervorming tijdens toekomstige verwerking vrijgeven.

Press-fit: het PCB-perspassingsproces is het belangrijkste proces voor het genereren van thermische stress. De vervorming door verschillende materialen of structuren wordt weergegeven in de vorige sectie. Vergelijkbaar met de beklede koperen bekleding, produceert het ook lokale stress veroorzaakt door het verschil in het uithardingsproces. Vanwege de dikkere dikte, de verschillende patroonverdeling en meer prepreg, is de thermische spanning moeilijker te elimineren dan het beklede laminaat. De stress die in de PCB zit, komt vrij in volgende processen zoals boren, contouren of grillen, resulterend in vervorming van het paneel.


Soldeer-, karakter- en andere bakprocessen: aangezien de soldeerresist inkten niet op elkaar kunnen worden gestapeld na uitharding, worden de printplaten op de plank geplaatst en uitgehard door een bakplaat. De soldeertemperatuur is ongeveer 150 ° C, net boven het Tg-punt van het medium en het lage Tg-materiaal, Tg. Boven het punt bevindt de hars zich in een hoge elastische toestand en de plaat wordt gemakkelijk vervormd door de werking van zijn eigen gewicht of sterke wind uit de oven.

Heteluchtnivellering met hete lucht: de normale temperatuur van het soldeerplaatsoldeer bedraagt ​​225 ° C ~ 265 ° C, de tijd is 3S-6S. De heteluchttemperatuur is 280 ° C ~ 300 ° C. Wanneer het soldeer wordt genivelleerd, wordt de plaat vanaf kamertemperatuur naar de tinoven gevoerd en vervolgens binnen twee minuten nadat de oven is ontladen aan nabehandeling met water onderworpen aan kamertemperatuur. Het gehele nivelleringsproces met hete lucht is een afschrik- en uitdovingsproces. Vanwege het verschillende materiaal van de printplaat en de ongelijkmatige structuur, zal onvermijdelijk thermische spanning optreden tijdens het hete en koude proces, resulterend in microscopische rek en algemene vervorming.

Opslag: De opslag van de PCB in de halfafgewerkte fase wordt over het algemeen in de plank geplaatst. De losse afstelling van het rek is niet geschikt, of het stapelen van het bord tijdens opslag zal mechanische vervorming van het paneel veroorzaken. Vooral voor dunne platen onder 2.0 mm is de impact nog ernstiger.

Naast de bovengenoemde factoren zijn er vele factoren die de vervorming van de PCB beïnvloeden.