Технология PCB - деформирование печатных плат имеет такой большой вред, почему пластина PCB может быть задвинута?

Вред деформации печатных плат

В автоматической линии поверхностного монтажа, если печатная плата не плоская, это приводит к неточному позиционированию, компоненты не могут быть вставлены или установлены в отверстие платы и в площадку поверхностного монтажа, и даже может произойти поломка автомата для вставки. Печатная плата с компонентами изгибается после сварки, поэтому трудно подрезать контакты компонентов. Плата не может быть установлена на шасси или в гнездо в машине, поэтому сборочное предприятие также очень беспокоится о короблении платы. В настоящее время технология поверхностного монтажа развивается в направлении высоких скоростей и интеллекта, что выдвигает повышенные требования к плоскостности печатной платы, на которой размещаются различные компоненты.

В стандарте IPC особо отмечается,что допустимая деформация печатной платы с SMD составляет 0.75%, а платы без SMD-1.5%. На самом деле, чтобы удовлетворить потребности высокоскоростного и скоростного монтажа,некоторые производители электронной сборки предъявляют более жесткие требования к деформации.Например, у нашей компании есть несколько заказчиков,которые требуют,чтобы допустимая деформация составляла 0.5%,и даже некоторые отдельные заказчики требуют 0.3%.

Плата печатной платы состоит из медной фольги,смолы,стеклоткани и других материалов.Физические и химические свойства каждого материала различны.После прессования в нем неизбежно возникает остаточное тепловое напряжение,приводящее к деформации.В то же время в процессе обработки печатных плат высокая температура,механическая резка,влажная обработка и другие процессы также будут оказывать существенное влияние на деформацию печатных плат. Одним словом, причины деформации печатных плат сложны и многообразны. Как уменьшить или устранить деформацию, вызванную различными свойствами материала или обработкой, стало одной из сложных проблем,стоящих перед производителями печатных плат.

Анализ причин деформации печатных плат

Деформацию печатной платы необходимо изучать с точки зрения материала, структуры, графического распределения, процесса обработки и т.д. В данной статье будут проанализированы и подробно описаны различные причины деформации и методы ее устранения.

Неравномерная площадь поверхности меди на печатной плате ухудшает изгиб и коробление.

Общая печатная плата имеет большую площадь медной фольги для заземления, иногда VCC. Когда эти большие площади медной фольги не могут быть равномерно распределены на одной печатной плате, возникает проблема неравномерного поглощения и рассеивания тепла. Разумеется, печатная плата также будет расширяться и сжиматься под действием тепла. Если расширение и сжатие не могут быть достигнуты одновременно, это приведет к различным напряжениям и деформациям. В это время, если температура платы достигла значения TG Value, плата начнет размягчаться, что приведет к деформации.

Межслойные перегородки (vias) каждого слоя печатной платы будут ограничивать расширение и сжатие платы.

В настоящее время большинство печатных плат являются многослойными, и между слоями имеются заклепочные соединения (vias). Точки соединения делятся на сквозные, глухие и заглубленные. При наличии точек соединения ограничивается эффект расширения и сжатия платы, а изгиб и коробление платы вызываются косвенным образом.

Причины деформации печатных плат следующие

(1) Вес самой печатной платы может привести к ее провисанию и деформации

Как правило, в паяльной печи для движения платы вперед в паяльной печи используется цепь, то есть две стороны платы используются как точка опоры для поддержки всей платы. Если на плате имеются тяжелые детали или размер платы слишком велик, то под действием собственного количества семян в середине возникнет явление впадины, что приведет к изгибу платы.

(2) Глубина V-образного выреза и соединительной планки влияет на деформацию плиты

В принципе, V-образная резка является главным виновником разрушения структуры плиты, поскольку V-образная резка заключается в прорезании канавок на исходном большом листе плиты, поэтому место V-образной резки легко деформируется.

- анализ влияния материала, структуры и рисунка ламината на деформацию платы

Плата *PCB состоит из основной платы, полуотвержденного листа и внешней медной фольги. Деформация основной платы и медной фольги зависит от CTE этих двух материалов;

*CTE медной фольги составляет около 17x10-6;

*Теплопроводность подложки FR-4 в направлении Z составляет (50 ~ 70) x10-6 в точке TG;

*Составляет (250 ~ 350) x10-6 выше точки ТГ, а CTE в направлении X аналогичен медной фольге из-за наличия стеклоткани.

Деформации, возникающие при обработке печатных плат

Причины деформации печатных плат очень сложны, их можно разделить на термические и механические. Термические напряжения возникают в основном в процессе прессования, а механические - в процессе укладки, обработки и запекания. Ниже приводится краткое описание процесса в порядке его следования.

Медный плакированный ламинат: все медные плакированные ламинаты представляют собой двусторонние пластины с симметричной структурой и без рисунка. CTE медной фольги практически совпадает с CTE стеклоткани, поэтому деформация, вызванная различием CTE, в процессе прессования не возникает. Однако из-за больших размеров пресса для прессования ламината с медной фольгой и разницы температур в разных областях горячей плиты в процессе прессования будут наблюдаться небольшие различия в скорости и степени отверждения смолы в разных областях. В то же время динамическая вязкость при различных скоростях нагрева также имеет большие различия, поэтому будут возникать локальные напряжения, вызванные различиями в процессе отверждения. Как правило, такое напряжение сохраняет равновесие после прессования, но в процессе дальнейшей обработки оно постепенно высвобождается и приводит к деформации.

Ламинирование:Процесс ламинирования печатных плат является основным процессом, приводящим к возникновению термических напряжений. Деформация, вызванная различными материалами или структурами,была проанализирована в предыдущем разделе. Как и в случае с ламинатом,покрытым медью,локальные напряжения, вызванные различиями в процессе отверждения,также будут возникать.Из-за большей толщины,разнообразного распределения рисунка и большего количества полуотвержденных чипов термическое напряжение в печатной плате устранить сложнее,чем в CCL.Напряжение в плате печатной платы высвобождается при последующих процессах сверления, придания формы или запекания,что приводит к деформации платы.

Паяльная маска, процесс запекания символов: поскольку краски паяльного сопротивления не могут складываться друг с другом во время затвердевания, платы PCB помещаются вертикально на полку для затвердевания.Температура отверждения припоя составляет около 150 градусов Цельсия, что чуть превышает точку TG материалов со средним и низким Tg. Смола выше точки Tg находится в высокоэластичном состоянии, и плата легко деформируется под действием собственного веса или сильного ветра в печи.

Разравнивание припоя горячим воздухом: температура оловянной печи составляет 225-265 градусов Цельсия, время - 3 с-6 с. Температура горячего воздуха составляет 280 ~ 300 градусов Цельсия. После выравнивания припоя пластина подается в печь олова с комнатной температурой, и в течение двух минут после выгрузки производится промывка водой комнатной температуры. Весь процесс выравнивания припоя горячим воздухом представляет собой резкий процесс нагрева и охлаждения. Из-за различий в материалах и неоднородной структуры печатной платы в процессе холодного и горячего нагрева неизбежно возникает тепловое напряжение, приводящее к микродеформации и общей зоне деформационного искривления.

Хранение:Плата печатной платы на стадии полуфабриката обычно плотно вставлена в полку. Неправильная регулировка плотности прилегания полок или штабелирование плат при хранении приведет к механической деформации платы. Особенно серьезное влияние оказывается для листа толщиной менее 2.0 мм.

Помимо перечисленных выше факторов, существует множество факторов, влияющих на деформацию печатных плат.

Предотвращение коробления печатных плат

Деформация печатной платы оказывает большое влияние на производство печатных плат. Деформация также является одной из важных проблем в процессе производства печатных плат. Плата с компонентами после сварки изгибается, и ножки компонентов трудно сделать аккуратными. Плата не может быть установлена на шасси или в гнездо в машине, поэтому коробление печатной платы влияет на нормальную работу всего последующего процесса. В настоящее время печатная плата вступила в эпоху поверхностного монтажа и установки микросхем, и требования к короблению печатной платы становятся все выше и выше. Поэтому нам необходимо выяснить, почему происходит коробление печатной платы Gang.

1.Инженерный дизайн: вопросы, требующие внимания при проектировании печатной платы: a. расположение межслойного препрега должно быть симметричным, например, толщина 1-2 и 5-6 слоев и количество листов препрега должны быть одинаковыми, иначе после ламинирования легко деформируется. B. Для изготовления многослойной основной платы и препрега должна использоваться продукция одного и того же поставщика. C. Площадь рисунка схемы внешних поверхностей A и B должна быть как можно ближе. Если на стороне А находится большая медная сторона, а на стороне В - только несколько проводов, то такая печатная плата после травления легко деформируется. Если разница в площади линий между двумя сторонами слишком велика, для балансировки можно добавить несколько независимых решеток на разреженной стороне.

2.Сушка плиты перед резкой: цель сушки ламината с медным покрытием перед заготовкой (150 градусов Цельсия в течение 8 ± 2 часов) - удалить влагу из плиты, одновременно добиться полного застывания смолы в плите, устранить остаточное напряжение в плите, что помогает предотвратить коробление плиты. В настоящее время многие двухсторонние и многослойные платы все еще придерживаются этапа запекания до или после заготовки. Однако на некоторых заводах по производству плит встречаются и исключения. В настоящее время время время сушки на каждом заводе печатных плат не совпадает и составляет от 4 до 10 часов. Предлагается определять время сушки в зависимости от марки выпускаемой печатной платы и требований заказчиков к короблению. При использовании двух методов предлагается разрезать и высушить плату. Внутренний слой также должен быть высушен.

3.Направление утка и длины препрега: после ламинирования скорость усадки основы и утка различна, поэтому при заготовке и ламинировании необходимо различать основу и уток. В противном случае легко вызвать коробление готовой плиты после ламинирования, и это трудно исправить даже при добавлении давления к высушиваемой плите. Многие причины коробления многослойной плиты заключаются в том, что направление основы и утка препрега при ламинировании четко не различаются, что вызвано случайной укладкой. Как различить долготу и широту? Для медной фольги длинная сторона - это широта, а короткая сторона - долгота. В случае неясности следует обратиться к производителю или поставщику.

4.После выдержки смолы в печи в течение 4 часов снимите напряжение с ламината при температуре 4 градуса Цельсия.

5.Необходимо выпрямить тонкую пластину во время нанесения гальванического покрытия: если для гальванического покрытия поверхности пластины и графического гальванического покрытия используется ультратонкая многослойная плата толщиной 0,4 ～ 0,6 мм, необходимо изготовить специальный зажимной ролик. После того как тонкий лист зажимается на летучей шине автоматической гальванической линии, зажимной ролик на всей летучей шине должен быть соединен с круглым стержнем для выпрямления всех листов на ролике, чтобы лист после гальванического покрытия не деформировался. Если такой меры нет, то тонкая пластина после нанесения 20-30-микронного медного слоя будет изгибаться, и это трудно исправить.

6.Охлаждение платы после выравнивания горячим воздухом: Во время выравнивания горячим воздухом на печатную плату воздействует высокая температура ванны с припоем (около 250 градусов Цельсия). После извлечения ее следует положить на плоскую мраморную или стальную плиту для естественного охлаждения, а затем отправить на постпроцессорную обработку для очистки. Это позволяет предотвратить коробление плиты. Для повышения яркости поверхности свинца и олова некоторые заводы сразу после выравнивания горячим воздухом помещают плиты в холодную воду и через несколько секунд вынимают для последующей обработки. Воздействие одной горячей и одной холодной воды может привести к короблению,расслаиванию или образованию волдырей на некоторых типах плит. Кроме того, для охлаждения на оборудовании может быть установлена воздушная плавающая подставка.

7.Обработка деформирующихся плат: на заводе с упорядоченным управлением при окончательной проверке печатных плат будет проводиться 100%-ный контроль плоскостности. Все некачественные платы отбираются и помещаются в печь, сушатся при температуре 150 градусов Цельсия и под сильным давлением в течение 3-6 часов, после чего охлаждаются естественным образом под сильным давлением. Затем плиты вынимаются путем снятия давления и проверяются на плоскостность. Таким образом, некоторые плиты можно сохранить. Некоторые плиты для выравнивания необходимо высушить и прессовать два или три раза. Пневматическая машина для выпрямления деформирующихся плат компании Shanghai Huabao agent была использована компанией Shanghai Bell, которая имеет очень хороший эффект при устранении деформации печатных плат. Если вышеуказанные меры по борьбе с короблением не применяются, некоторые платы становятся бесполезными и могут быть только отправлены в утиль.