Анализ причин деформации печатной платы
Деформация печатной платы должна быть изучена с нескольких аспектов, таких как материал, структура, распределение рисунка, процесс обработки и т. Д. В этом документе будут проанализированы и изложены различные причины и методы улучшения, которые могут вызвать деформацию.
Производитель многослойных печатных плат в Китае
Неровная площадь поверхности меди на плате ухудшит изгиб доски и скручивание доски.
Как правило, большая площадь медной фольги предназначена для заземления. Иногда слой Vcc также разработан с большой площадью медной фольги. При этом большие участки из медной фольги неравномерно распределяются на одной плате. Когда он включен, это вызовет проблему неравномерного и тепловыделения. Плата, конечно, также будет расширяться и сжиматься. Если расширение и сжатие не могут одновременно вызывать различные напряжения и деформации, температура доски может быть достигнута. На верхнем конце значения Tg доска начинает размягчаться, вызывая постоянную деформацию.
Соединения (переходы) различных слоев на доске ограничивают расширение и сжатие платы.
Большинство современных досок представляют собой многослойные плиты, и между слоями есть заклепки (переходные отверстия) к заклепкам. Швы разделены на сквозные отверстия, глухие и заглубленные отверстия. Там, где есть стыки, доска ограничена. Эффект подъема и сжатия косвенно приведет к изгибу пластины и деформации пластины.
Причины деформации печатной платы:
(1) Вес самой печатной платы приведет к деформации платы
Как правило, печь для оплавления будет использовать цепь для управления продвижением печатной платы в печи для оплавления, то есть две стороны платы используются в качестве опор для поддержки всей платы. Если на плате есть тяжелые части или размер платы слишком велик, она будет демонстрировать явление среднего углубления из-за ее собственного количества, в результате чего пластина изгибается.
(2) Глубина V-Cut и соединительная полоса будут влиять на деформацию панели.
По сути, V-Cut является виновником разрушения структуры доски. Поскольку V-Cut режет канавку на оригинальном листе, V-Cut подвержен деформации.
2.1 Анализ деформации плиты при прессовании материалов, конструкций и фигур
Печатную плату формируют прессованием платы с сердечником и препрега и медной фольги с наружным слоем, причем плата с сердечником и медная фольга при прессовании подвергаются термической деформации, и величина деформации зависит от коэффициента теплового расширения (CTE) два материала;
Коэффициент теплового расширения (КТР) медной фольги составляет около 17 × 10-6;
Обычная подложка FR-4 имеет CTE в направлении Z (50-70) X10-6 в точке Tg;
Выше TG точка (250 ~ 350) X10-6, X-направление CTE похоже на медную фольгу из-за наличия стеклянной ткани.
Примечания о баллах ТГ:
Печатная плата с высокой Tg Когда температура поднимется до определенной области, подложка изменится с «состояния стекла» на «состояние резины», и в это время температура называется температурой стеклования (Tg) платы. То есть Tg является самой высокой температурой (° C), при которой подложка остается жесткой. То есть обычный материал подложки печатной платы не только размягчается, деформируется, плавится и т. Д. При высоких температурах, но также демонстрирует резкое падение механических и электрических свойств.
Как правило, пластина Tg составляет 130 градусов или более, высокая Tg обычно превышает 170 градусов, а средняя температура Tg превышает примерно 150 градусов.
Печатная плата с печатной платой с типичной Tg ≥ 170 ° C называется печатной платой с высокой Tg.
Tg подложки улучшается, и характеристики, такие как термостойкость, влагостойкость, химическая стойкость и стабильность печатной платы, улучшаются и улучшаются. Чем выше значение TG, тем лучше термостойкость листа, особенно в бессвинцовом процессе, тем выше применение Tg.
Высокий Tg относится к высокой термостойкости. С быстрым развитием электронной промышленности, особенно электронных изделий, представленных компьютерами, развитие высокой функциональности и высокого многослойности требует более высокой термостойкости материалов подложки печатной платы в качестве важной гарантии. Появление и развитие технологии монтажа с высокой плотностью, представленной SMT и CMT, делает печатные платы все более неотделимыми от высокой термостойкости подложек с точки зрения малой апертуры, тонкой разводки и утонения.
Следовательно, разница между обычным FR-4 и высоким Tg FR-4 заключается в том, что он находится в горячем состоянии, особенно при поглощении тепла, механической прочности, стабильности размеров, адгезии, водопоглощении и термическом разложении материала. Существуют различия в различных условиях, таких как тепловое расширение, и продукты с высокой Tg, очевидно, лучше, чем обычные материалы подложки для печатных плат.
Расширение пластины сердечника, в котором выполнен рисунок внутреннего слоя, отличается из-за разницы в распределении рисунка и толщины листа сердечника или характеристик материала. Когда распределение рисунка отличается от толщины или характеристик материала основного листа, когда распределение рисунка является относительно равномерным, типы материала являются однородными и будут вызывать деформацию. Когда слоистая структура печатной платы является асимметричной или распределение рисунков является неравномерным, разница CTE у разных базовых плат будет большой, и в процессе прессования будет происходить деформация. Механизм деформации можно объяснить следующим принципом.
Предполагается, что существует два вида пластин сердечника с различными различиями CTE, которые сжимаются вместе препрегом, в котором сердечник C пластины сердечника A составляет 1,5 × 10-5 / ° C, а длина пластины сердечника составляет 1000 мм. В процессе штамповки в качестве препрега связующего листа два основных листа соединяются вместе путем размягчения, вытекания и заполнения рисунка и отверждения в три этапа.
На рисунке 1 показана динамическая адгезия нижней кривой обычной смолы FR-4 при различных скоростях нагрева. При нормальных обстоятельствах материал начинает течь от примерно 90 ° C, и отверждение сшивки начинается в точке выше TG. Препрег находится в свободном состоянии до отверждения. В это время пластина сердечника и медная фольга находятся в состоянии свободного расширения после нагревания, и степень ее деформации может быть получена с помощью соответствующих значений CTE и изменения температуры.
Имитация условий пресс-посадки, температура повышается с 30 ° C до 180 ° C,
В это время величины деформации двух пластин сердечника соответственно
△ ЛА = (180 ° С ~ 30 ° С) x1.5x10-5m / ° CX1000mm = 2.25mm
△ LB = (180 ° C ~ 30 ° C) X2,5X10-5M / ° CX1000 мм = 3,75 мм
В это время, поскольку полуотверждение все еще находится в свободном состоянии, две пластины сердечника являются длинными и короткими и не мешают друг другу, и деформация еще не произошла.
При нажатии он будет поддерживаться при высокой температуре в течение некоторого времени до полного отверждения. В это время смола затвердевает и не может свободно течь. Две основные пластины объединены. Когда температура падает, например, отсутствует межслойное связывание смолы, сердечник Пластина вернется к исходной длине и не будет деформироваться, но на самом деле две сердцевинные пластины соединяются отвержденной смолой при высокой температуре и не могут сжиматься будет во время процесса охлаждения. Пластина сердечника А должна сжиматься на 3,75 мм. Фактически, когда усадка превышает 2,25 мм, пластина сердечника А будет препятствовать этому. Для достижения баланса между двумя пластинами сердечника пластина сердечника B не может сжиматься до 3,75 мм, а пластина сердечника A сжимается более чем на 2,25 мм, так что вся пластина направлена на сердечник B. Направление платы меняется, как показано на рисунке 2.
Деформация при сжатии различных пластин сердечника CTE
Согласно приведенному выше анализу, слоистая структура и тип материала печатной платы были равномерно распределены, что напрямую влияет на разницу CTE между различными пластинами сердечника и медной фольгой. Разница в усадке во время процесса прессования будет проходить через затвердевание препрега. Процесс сохраняется и в итоге образует деформацию платы печатной платы.
2.2 Деформация, вызванная во время обработки печатной платы
Причины деформации платы PCB очень сложны и могут быть разделены на два напряжения: тепловое напряжение и механическое напряжение. Тепловое напряжение в основном создается во время процесса прессования, а механическое напряжение в основном возникает во время укладки, обработки и выпекания плит. Ниже приводится краткое обсуждение в порядке процесса.
Материал CCL: CCL двухсторонняя, симметричная структура, без рисунка, медная фольга и стеклоткань CTE практически одинаковы, поэтому в процессе прессования практически отсутствует деформация, вызванная различными CTE. Однако размер пресса CCL велик, и существует разность температур в разных областях горячей пластины, что может привести к небольшим различиям в скорости отверждения и степени смолы в разных областях во время процесса прессования, а также в динамике. Вязкость при разных скоростях нагрева также имеет большую разницу, поэтому она также имеет место. Местный стресс из-за различий в процессе отверждения. Как правило, это напряжение будет сохранять равновесие после прессования, но будет постепенно ослаблять деформацию при дальнейшей обработке.
Запрессовка: Процесс запрессовки печатной платы является основным процессом для создания теплового напряжения. Деформация, вызванная различными материалами или структурами, показана в предыдущем разделе. Подобно плакированной медью, она также создает локальное напряжение, вызванное различием в процессе отверждения. Из-за более толстой толщины, различного распределения рисунка и большего количества препрега, тепловое напряжение труднее устранить, чем плакированный ламинат. Напряжение, существующее в печатной плате, снимается в последующих процессах, таких как сверление, контурная обработка или гриль, что приводит к деформации панели.
Пайка, характер и другие процессы выпекания: Поскольку паяльные краски не могут быть сложены друг на друга при отверждении, печатные платы размещаются на полке и отверждаются противнем. Температура пайки составляет около 150 ° C, чуть выше точки Tg материалов со средним и низким Tg, Tg. Точка выше точки находится в состоянии высокой упругости, и пластина легко деформируется под действием собственного веса или сильный ветер в духовке.
Выравнивание припоя горячим воздухом: нормальная температура припоя горячей пластины составляет 225 ° C ~ 265 ° C, время 3S-6S. Температура горячего воздуха составляет 280 ° C ~ 300 ° C. Когда припой выровнен, пластина подается в оловянную печь от комнатной температуры, а затем подвергается промывке водой после обработки комнатной температуры в течение двух минут после разгрузки печи. Весь процесс выравнивания припоя горячим воздухом представляет собой процесс закалки и закалки. Из-за разного материала печатной платы и неравномерной структуры тепловое напряжение неизбежно возникнет во время горячего и холодного процесса, что приведет к микроскопической деформации и общей деформации.
Хранение: Хранение печатной платы в полуфабрикатной стадии обычно вставляется в полку. Неподходящая регулировка полки не подходит, или укладка платы во время хранения вызовет механическую деформацию панели. Особенно для тонких пластин ниже 2,0 мм, удар еще более серьезный.
Помимо вышеперечисленных факторов, существует множество факторов, которые влияют на деформацию печатной платы.