Główną przyczyną wypaczeń PCB jest nierówny rozkład naprężeń i nierównomierne uwalnianie naprężeń na powierzchni płytki. Dzięki pełnej współpracy w zakresie doboru materiałów, optymalizacji projektu i kontroli procesu wypaczenia można stabilnie kontrolować w ramach wymagań standardów branżowych.
Podstawowe źródło wypaczeń
Niedopasowanie charakterystyki materiału: współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE) folii miedzianej, żywicy z włókna szklanego i podłoża o wysokiej częstotliwości znacznie się różni, a szybkości rozszerzania i kurczenia się pod wpływem zmian temperatury są różne, co powoduje deformację spowodowaną nagromadzonym naprężeniem wewnętrznym. Współczynnik CTE w kierunku Z zwykłego podłoża FR-4 może osiągnąć 50-70 ppm/stopień, co znacznie różni się od współczynnika CTE folii miedzianej przy 17 ppm/stopień. Ryzyko braku równowagi naprężeń jest wyższe w scenariuszach o mieszanym ciśnieniu.
Wady układu projektowego: Asymetryczna struktura układania, znaczna różnica w pokryciu folią miedzianą pomiędzy przednią i tylną stroną, nierównomierne rozmieszczenie miedzi na dużej powierzchni, może bezpośrednio prowadzić do niespójnego skurczu po obu stronach podczas procesu chłodzenia, co jest główną przyczyną wypaczenia płyty wielowarstwowej.
Naprężenia w procesie produkcyjnym: Nadmierna szybkość nagrzewania/chłodzenia podczas etapu prasowania, nierówne trawienie, nagłe nagrzewanie i schładzanie podczas wyrównywania lutu gorącym powietrzem oraz pełzanie płytki powyżej punktu Tg podczas wypalania maski lutowniczej powodują wprowadzenie dużej ilości naprężeń szczątkowych, które będą stopniowo uwalniane i powodują wypaczenie podczas późniejszej obróbki.
Wpływ na środowisko i przechowywanie: PCB są narażone na działanie środowiska o wysokiej wilgotności przez długi czas i pochłaniają wilgoć. Wilgoć poddana lutowaniu rozpływowemu w wysokich temperaturach gwałtownie rozszerza się, uszkadzając strukturę międzywarstwową i znacznie zwiększając prawdopodobieństwo wypaczenia, a nawet rozwarstwienia.
Schemat kontroli pełnowymiarowego wypaczenia
1. Kontrola źródła wyboru materiału
Priorytetowo należy traktować kombinacje podłoży odpowiadające współczynnikowi rozszerzalności cieplnej (CTE). W scenariuszach kompresji mieszanej o wysokiej częstotliwości należy w miarę możliwości wybierać materiały o podobnym współczynniku CTE w osi Z, takie jak Rogers RO4835 w połączeniu z FR-4, które mogą kontrolować wypaczenie w granicach 0,7%. Ściśle ekranowane podłoża o wysokiej stabilności, o jednolitej strukturze wewnętrznej i wartości Tg Większej lub równej 170 stopni, aby zmniejszyć ryzyko odkształcenia z poziomu podstawowego.
2. Równowaga naprężeń w fazie projektowania
Ściśle przestrzegaj symetrycznego projektu układania, uzyskaj lustrzaną symetrię wokół środka grubości płyty i idealnie dopasuj grubość płyty rdzenia, liczbę częściowo utwardzonych arkuszy i rozkład warstw miedzi. W przypadku płyt wielowarstwowych zaleca się stosowanie struktury warstwowej „FR-4/high-frequency core plate/FR-4”, aby przeciwdziałać naprężeniom termicznym.
Kontroluj stosunek powierzchni miedzi pomiędzy przednią i tylną stroną w granicach 1,1:1, aby uniknąć skupienia się miedzi na jednej stronie. Zrównoważyć resztkową zawartość miedzi na powierzchni płytki, lokalnie dodając miedź i wyeliminować problem nierównej absorpcji i rozpraszania ciepła.
3. Precyzyjna optymalizacja procesów produkcyjnych
W procesie prasowania stosuje się segmentowy proces ogrzewania, dostosowany za pomocą dedykowanej krzywej temperatury opartej na danych eksperymentalnych DOE, dokładnie kontroluje szybkość nagrzewania i czas izolacji, zapewnia równomierny przepływ żywicy i pozwala uniknąć lokalnej koncentracji naprężeń.
Po sprasowaniu dodaje się obróbkę uwalniania ciepła i etapowe wypalanie przeprowadza się w zakresie temperatur 150-180 stopni, aby wspomóc całkowite usieciowanie i utwardzenie żywicy, wcześniej usunąć resztkowe naprężenia wewnętrzne i znacznie zmniejszyć ryzyko odkształcenia podczas późniejszej obróbki.
Przed uruchomieniem PCB należy odwilżyć i wypalić w temperaturze 150 stopni / 8 godzin, aby całkowicie wyeliminować ryzyko wypaczenia spowodowane absorpcją wilgoci przez płytkę i dostosować się do warunków wysokiej temperatury bezołowiowego lutowania rozpływowego.
4. Detekcja i sterowanie pomocnicze
Za pomocą laserowego detektora wypaczeń, opartego na standardach IPC, po każdym krytycznym procesie przeprowadza się badanie płaskości w celu ustalenia pełnego systemu identyfikowalności jakości procesu. W przypadku cienkich płyt o dużych rozmiarach i płytek montażowych o dużej gęstości, jest on podtrzymywany przez specjalny nośnik do lutowania rozpływowego, aby uniknąć deformacji pod wpływem ciężaru własnego w wysokiej temperaturze.