W produkcji i zastosowaniu płytek drukowanych wypaczenia są ważnym czynnikiem wpływającym na ich wydajność i niezawodność. Wypaczenie płytki drukowanej może nie tylko prowadzić do złego lutowania elementów elektronicznych, powodując awarie połączeń elektrycznych, ale także wpływać na ogólną dokładność montażu produktu i obniżać jego jakość. Dlatego wdrożenie skutecznego schematu kontroli wypaczeń płytek PCB ma kluczowe znaczenie dla poprawy jakości płytek PCB i zapewnienia stabilnej pracy urządzeń elektronicznych.
1, Analiza przyczyn wypaczeń płytek PCB
Czynniki materialne
Różnice w charakterystyce płytek: Różne typy płytek PCB, takie jak zwykłe FR-4, CEM-3 itp., mają różne współczynniki rozszerzalności cieplnej. Podczas procesu produkcji płytek PCB, podczas-spawania w wysokiej temperaturze i innych procesów, nierównomierna rozszerzalność cieplna każdej warstwy płytki może łatwo wygenerować naprężenia wewnętrzne, prowadzące do wypaczenia. Na przykład płyta FR-4 ma stosunkowo duży współczynnik rozszerzalności cieplnej w kierunku osi Z. W środowiskach o wysokiej temperaturze rozszerzalność w kierunku osi Z jest większa niż w osiach X i Y. Ta anizotropowa charakterystyka rozszerzalności zwiększa ryzyko wypaczenia.
Łączenie folii miedzianej z podłożem: Folia miedziana, jako kluczowy element obwodów nośnych płytki PCB, może również wpływać na stopień wypaczenia ze względu na jej połączenie z podłożem. Jeśli siła wiązania między folią miedzianą a podłożem jest nierówna podczas procesu laminowania, może nastąpić oddzielenie lub względne przemieszczenie folii miedzianej i podłoża wraz ze zmianami temperatury i naprężeniami mechanicznymi podczas późniejszego przetwarzania i użytkowania, co prowadzi do wypaczenia płytki drukowanej.
Czynniki projektowe
Nierówny układ obwodów: Nierówny układ obwodów na płytkach drukowanych może prowadzić do nierównomiernego rozkładu naprężeń na płytce. Jeśli rozmieszczenie folii miedzianej w pewnym obszarze jest zbyt gęste, podczas gdy inne obszary są stosunkowo rzadkie, podczas obróbki termicznej gęsty obszar folii miedzianej pochłania więcej ciepła i rozszerza się w większym stopniu, tworząc dużą różnicę naprężeń wewnętrznych w stosunku do rzadkiego obszaru folii miedzianej, co sprzyja wypaczaniu płytki drukowanej. Na przykład w przypadku płytek drukowanych niektórych produktów elektronicznych- dużej mocy obszar, w którym skupiają się urządzenia zasilające, jest pokryty dużą powierzchnią folii miedzianej i ma dużą grubość. Jeśli układ nie jest rozsądny, może łatwo spowodować deformację płyty w tym obszarze.
Niedopasowanie grubości i rozmiaru płytki: Istnieje pewna proporcjonalna zależność pomiędzy grubością i rozmiarem płytki PCB. Gdy grubość płyty jest zbyt cienka, a wymiary zbyt duże, sztywność płyty jest niewystarczająca i łatwo ulega ona wpływom sił zewnętrznych i naprężeniom termicznym podczas obróbki i użytkowania, co powoduje wypaczenia. I odwrotnie, jeśli grubość płyty jest zbyt duża, a jej rozmiar jest zbyt mały, może to spowodować wzrost kosztów w wyniku nadmiernego projektowania, a także może spowodować wypaczenia podczas obróbki w wyniku koncentracji naprężeń.
Czynniki procesu produkcyjnego
Problem z procesem prasowania: Prasowanie jest krytycznym procesem w produkcji płytek drukowanych. Jeśli temperatura, ciśnienie i czas prasowania nie są odpowiednio kontrolowane, może to prowadzić do luźnego lub nierównego wiązania pomiędzy warstwami wewnątrz płyty, co powoduje wewnętrzne naprężenia i wypaczenia. Na przykład, jeśli temperatura prasowania jest zbyt wysoka lub szybkość nagrzewania jest zbyt duża, arkusz nadmiernie zmięknie i będzie podatny na odkształcenie pod ciśnieniem; Nierówny nacisk ściskający może prowadzić do niespójnego łączenia pomiędzy różnymi częściami płyty, co powoduje wypaczenie.
2, schemat kontroli wypaczeń płytki PCB
Optymalizacja doboru materiałów
Dopasowany współczynnik rozszerzalności cieplnej: Wybierając płytki PCB, staraj się wybierać materiały o podobnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej we wszystkich kierunkach, aby zmniejszyć naprężenia wewnętrzne spowodowane różnicami w rozszerzalności cieplnej. W przypadku niektórych scenariuszy zastosowań, które wymagają wyjątkowo dużych wypaczeń, takich jak płytki PCB w sprzęcie elektronicznym dla lotnictwa, można rozważyć materiały o niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej i izotropii, takie jak podłoża ceramiczne. W przypadku zwykłych produktów elektronicznych można sprawdzić współczynnik rozszerzalności cieplnej różnych typów płytek FR-4 i porównać, aby wybrać płytkę, która jest bardziej odpowiednia do wymagań projektowych produktu.
Zapewnij jakość folii miedzianej i podłoża: Wybierz niezawodną folię miedzianą i podłoże, aby zapewnić dobre połączenie między nimi. Podczas procesu zakupowego rygorystycznie kontrolowane są standardy jakości surowców, badane są takie parametry jak chropowatość i czystość folii miedzianej, zawartość żywicy w podłożu czy rozmieszczenie włókien szklanych. Na przykład zastosowanie folii miedzianej o specjalnie obrobionej powierzchni może zwiększyć jej przyczepność do podłoża i zmniejszyć ryzyko oddzielenia się folii miedzianej od podłoża podczas obróbki.
Zapobieganie na etapie projektowania
Rozsądny układ obwodów: W projektowaniu płytek drukowanych układ obwodów powinien być jak najbardziej jednolity, aby uniknąć koncentracji folii miedzianej w określonym obszarze. W przypadku komponentów o dużej mocy i wytwarzających duże ilości ciepła powinny być one rozsądnie rozproszone i rozmieszczone, a do rozpraszania ciepła należy stosować-duże arkusze miedziane rozpraszające ciepło, zapewniając jednocześnie równomierny rozkład arkuszy miedzianych rozpraszających ciepło, aby zrównoważyć naprężenia na płycie podczas obróbki termicznej. Na przykład podczas projektowania płyty głównej komputera linie zasilające i arkusze miedziane rozpraszające ciepło w układach-o dużej mocy, takich jak procesor i procesor graficzny, są równomiernie rozmieszczone na płycie głównej, aby zmniejszyć wypaczenia spowodowane lokalną gęstością folii miedzianej.
Zoptymalizuj stosunek grubości płyty do rozmiaru: W oparciu o rzeczywiste wymagania dotyczące użytkowania płytki drukowanej dokładnie oblicz i określ optymalny stosunek grubości płyty do rozmiaru. Zakładając spełnienie wymagań dotyczących parametrów elektrycznych i wytrzymałości mechanicznej, wybierz odpowiednią grubość płyty, aby poprawić jej sztywność. W przypadku większych płytek drukowanych ich odporność na wypaczenia można zwiększyć, dodając żebra wzmacniające lub przyjmując wielowarstwową-strukturę płytki. Na przykład przy projektowaniu dużych płytek drukowanych do przemysłowych urządzeń sterujących na krawędziach i kluczowych częściach płytki umieszcza się żebra wzmacniające, skutecznie poprawiając ogólną sztywność płytki i zmniejszając wypaczenia.
Doskonalenie procesu produkcyjnego
Precyzyjna kontrola procesu prasowania: W procesie prasowania wykorzystywane są zaawansowane urządzenia prasujące i systemy sterowania, aby precyzyjnie kontrolować temperaturę, ciśnienie i czas prasowania. Opracuj rozsądną krzywą procesu ściskania, aby upewnić się, że płyta jest równomiernie nagrzewana i ściskana podczas procesu ściskania oraz że każda warstwa jest w pełni związana. Na przykład, stosując proces ogrzewania segmentowego i łączenia pod stałym ciśnieniem, żywicę początkowo przepływa się w niższej temperaturze, aby wypełnić szczeliny pomiędzy warstwami płyty, a następnie temperaturę stopniowo zwiększa się do temperatury utwardzania, utrzymując stałe ciśnienie, aby całkowicie utwardzić płytę i zmniejszyć powstawanie naprężeń wewnętrznych.