Công nghệ PCB - Biến dạng bảng PCB có tác hại lớn như vậy, tại sao bảng PCB sẽ cong vênh?

Sự nguy hiểm của biến dạng bảng PCB

Trong dây chuyền sản xuất lắp đặt bề mặt tự động, nếu bảng mạch không bằng phẳng, nó sẽ dẫn đến vị trí không chính xác, các yếu tố không thể được chèn hoặc lắp đặt vào lỗ bảng và bề mặt gắn pad, thậm chí nó sẽ làm cho máy chèn tự động rơi. Bảng mạch với các yếu tố uốn cong sau khi hàn, làm cho nó khó khăn để cắt các chân yếu tố. Các tấm không thể được gắn trên khung máy hoặc trên ổ cắm trong máy, vì vậy các nhà máy lắp ráp cũng rất lo lắng về sự cong vênh của tấm. Hiện nay, công nghệ gắn kết bề mặt đang hướng tới tốc độ cao và thông minh, đặt ra yêu cầu về độ phẳng cao hơn cho bảng mạch PCB là nhà của các thành phần khác nhau.

Tiêu chuẩn IPC đặc biệt chỉ ra rằng biến dạng cho phép của bảng mạch PCB với SMD là 0,75% và biến dạng cho phép của bảng mạch PCB không có SMD là 1,5%. Trên thực tế, để đáp ứng nhu cầu lắp đặt tốc độ cao và tốc độ cao, một số nhà sản xuất linh kiện điện tử có yêu cầu nghiêm ngặt hơn về biến dạng. Ví dụ, công ty chúng tôi có một số khách hàng yêu cầu biến dạng cho phép là 0,5%, thậm chí một số khách hàng cá nhân yêu cầu 0,3%.

Bảng PCB bao gồm lá đồng, nhựa, vải thủy tinh và các vật liệu khác. Tính chất vật lý và hóa học của mỗi vật liệu là khác nhau. Sau khi ép với nhau, nó chắc chắn sẽ tạo ra một ứng suất nhiệt dư và dẫn đến biến dạng. Đồng thời, trong quá trình xử lý PCB, nhiệt độ cao, cắt cơ học, xử lý ướt và các quá trình khác cũng sẽ có tác động quan trọng đến sự biến dạng của PCB. Tóm lại, lý do cho biến dạng PCB là phức tạp và đa dạng. Làm thế nào để giảm hoặc loại bỏ biến dạng do các tính chất vật liệu khác nhau hoặc xử lý đã trở thành một trong những vấn đề phức tạp mà các nhà sản xuất PCB phải đối mặt.

Phân tích nguyên nhân biến dạng bảng PCB

Biến dạng của bảng PCB đòi hỏi nghiên cứu về vật liệu, cấu trúc, phân phối đồ họa, quy trình xử lý, v.v. Bài viết này sẽ phân tích và giải thích các nguyên nhân khác nhau của biến dạng và phương pháp cải tiến.

Diện tích bề mặt đồng không đồng đều trên bảng có thể làm trầm trọng thêm sự uốn cong và cong vênh.

Các bảng mạch nói chung sẽ thiết kế các khu vực rộng lớn của lá đồng để nối đất, đôi khi VCC. Khi các khu vực rộng lớn của lá nhôm không thể được phân phối đều trên cùng một bảng, nó sẽ dẫn đến vấn đề hấp thụ nhiệt và tản nhiệt không đồng đều. Tất nhiên, bảng mạch cũng mở rộng và co lại do nhiệt. Nếu không thể đạt được sự giãn nở và co lại cùng một lúc, nó sẽ dẫn đến các ứng suất và biến dạng khác nhau. Tại thời điểm này, nếu nhiệt độ của tấm đã đạt đến giá trị TG, tấm sẽ bắt đầu mềm, dẫn đến biến dạng.

Quá lỗ (overhole) ở mỗi lớp trên bảng sẽ hạn chế sự giãn nở và co lại của bảng.

Ngày nay, hầu hết các bảng mạch là các bảng nhiều lớp với các điểm kết nối giống như đinh tán (qua lỗ) giữa các lớp và lớp. Các điểm kết nối được chia thành lỗ thông qua, lỗ mù và lỗ chôn. Ở những nơi có các điểm kết nối, hiệu ứng giãn nở và co lại của tấm sẽ bị hạn chế và gián tiếp sẽ dẫn đến uốn cong và cong vênh của tấm

Dưới đây là lý do tại sao bảng PCB bị biến dạng

(1) Trọng lượng của bản thân bảng có thể làm cho bảng chảy xệ và biến dạng

Nói chung, lò hàn sẽ sử dụng dây chuyền để kéo bảng trong lò hàn để di chuyển về phía trước, đó là, với hai bên của bảng mạch làm điểm tựa để hỗ trợ toàn bộ bảng. Nếu có các bộ phận nặng hơn trên tấm, hoặc kích thước của tấm quá lớn, nó sẽ hiển thị hiện tượng lõm trung gian do lượng hạt của chính nó, dẫn đến uốn tấm.

(2) Độ sâu của V-CUT và dải kết nối có thể ảnh hưởng đến biến dạng của bảng điều khiển

Về cơ bản, V-CUT là thủ phạm phá hủy cấu trúc của tấm, vì V-CUT là về việc cắt các rãnh trên tấm lớn ban đầu, vị trí của V-CUT có thể dễ dàng bị biến dạng.

2.1 Phân tích ảnh hưởng của vật liệu laminate, cấu trúc và đồ họa trên biến dạng tấm

Bảng mạch PCB bao gồm bảng lõi, tấm bán rắn và lá đồng bên ngoài. Biến dạng của tấm lõi và lá đồng phụ thuộc vào CTE của cả hai vật liệu;

CTE của lá đồng là khoảng 17x10-6;

Hệ số giãn nở nhiệt của chất nền FR-4 theo hướng Z là (50~70) x10-6 tại điểm TG;

Trên điểm T g (250~350) x10-6, CTE theo hướng X tương tự như lá đồng do sự hiện diện của vải thủy tinh.

Biến dạng do chế biến bảng PCB

Nguyên nhân biến dạng của PCB rất phức tạp và có thể được chia thành ứng suất nhiệt và cơ học. Ứng suất nhiệt chủ yếu được tạo ra trong quá trình ép, và ứng suất cơ học chủ yếu xảy ra trong quá trình xếp chồng, xử lý và nướng. Dưới đây là một cuộc thảo luận ngắn theo thứ tự quy trình.

Tấm đồng tráng: Tấm đồng tráng đều có hai tấm, cấu trúc đối xứng và không có đồ họa. Lá đồng gần giống với CTE của vải thủy tinh, do đó không tạo ra biến dạng do CTE khác nhau gây ra trong quá trình ép. Tuy nhiên, do kích thước lớn hơn của tấm ốp đồng và sự khác biệt về nhiệt độ ở các khu vực khác nhau của tấm nhiệt, tốc độ và mức độ bảo dưỡng nhựa sẽ hơi khác nhau ở các khu vực khác nhau trong quá trình ép. Đồng thời, độ nhớt động ở các tốc độ gia nhiệt khác nhau cũng có sự khác biệt lớn, do đó cũng có thể tạo ra ứng suất cục bộ do sự khác biệt trong quá trình bảo dưỡng. Thông thường, ứng suất này được cân bằng sau khi ép, nhưng dần dần giải phóng và tạo ra biến dạng trong quá trình xử lý trong tương lai.

Lamination: Quá trình cán PCB là quá trình chính tạo ra ứng suất nhiệt. Phần trước phân tích sự biến dạng gây ra bởi các vật liệu hoặc cấu trúc khác nhau. Tương tự như tấm ốp đồng, ứng suất cục bộ do sự khác biệt trong quá trình bảo dưỡng cũng có thể được tạo ra. Do độ dày của PCB dày hơn, phân phối mẫu đa dạng và chip bán rắn hơn, ứng suất nhiệt của nó ngày càng khó loại bỏ hơn CCL. Ứng suất trong bảng PCB được giải phóng trong quá trình khoan, tạo hình hoặc nướng sau đây, dẫn đến biến dạng bảng.

Mặt nạ hàn kháng, quá trình nướng nhân vật: Vì mực hàn kháng không thể xếp chồng lên nhau trong quá trình bảo dưỡng, bảng PCB sẽ được đặt theo chiều dọc trên kệ để bảo dưỡng. Nhiệt độ hàn kháng khoảng 150 độ C, chỉ vượt quá điểm TG của vật liệu TG thấp và trung bình. Nhựa trên điểm T g ở trạng thái đàn hồi cao, và tấm dễ bị biến dạng dưới tác động của trọng lượng tự động hoặc gió mạnh của lò nướng.

San lấp mặt bằng hàn không khí nóng: nhiệt độ lò thiếc là 225 độ C~265 độ C, thời gian là 3s-6s. Nhiệt độ của không khí nóng là 280 độ C~300 độ C. Khi hàn được san lấp mặt bằng, các tấm được đưa vào lò thiếc từ nhiệt độ phòng và rửa nước sau khi xử lý ở nhiệt độ phòng được thực hiện trong vòng hai phút sau khi xả. Toàn bộ quá trình san lấp mặt bằng hàn không khí nóng là một quá trình làm nóng và làm mát đột ngột. Do sự khác biệt của vật liệu bảng mạch và cấu trúc không đồng đều, ứng suất nhiệt chắc chắn sẽ xảy ra trong quá trình nóng và lạnh, dẫn đến các vùng cong vênh vi mô và biến dạng tổng thể.

Lưu trữ: Ban PCB trong giai đoạn bán thành phẩm thường được cắm chắc chắn trên kệ. Trong quá trình lưu trữ, nếu độ đàn hồi của kệ được điều chỉnh không đúng cách hoặc tấm được xếp chồng lên nhau không đúng cách, nó sẽ dẫn đến biến dạng cơ học của tấm. Đặc biệt đối với các tấm nhỏ hơn 2,0mm, tác động nghiêm trọng hơn.

Ngoài các yếu tố trên, có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng PCB.

Ngăn chặn sự cong vênh của bảng PCB

Sự cong vênh của bảng mạch in có ảnh hưởng lớn đến sản xuất bảng mạch in. Warp cũng là một vấn đề quan trọng trong quá trình sản xuất bảng mạch. Các tấm với các thành viên được uốn cong sau khi hàn, và chân của các thành viên là khó khăn để được gọn gàng. Bảng mạch không thể được gắn trên khung gầm hoặc ổ cắm trong máy, do đó, sự cong vênh của bảng có thể ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của toàn bộ quá trình tiếp theo. Hiện nay, bảng mạch in đã bước vào thời đại gắn kết bề mặt và gắn chip, và yêu cầu về biến dạng PCB ngày càng cao. Vì vậy, chúng ta cần tìm hiểu lý do tại sao các băng đảng "nửa vời" đang bị bóp méo.

1. Thiết kế kỹ thuật: Những điều cần lưu ý trong thiết kế PCB: a. Sự sắp xếp của pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre- B. Các tấm lõi nhiều lớp và pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre C. Khu vực bản đồ mạch điện của bề mặt A và B bên ngoài phải càng gần càng tốt. Nếu một mặt là mặt đồng lớn và mặt kia chỉ có một vài dây, tấm in này rất dễ cong vênh sau khi khắc. Nếu sự khác biệt về diện tích đường ở cả hai bên là quá lớn, bạn có thể thêm một số lưới độc lập ở phía thưa thớt để cân bằng.

2. Tấm sấy trước khi cắt: Mục đích của việc sấy tấm đồng tráng trước khi đổ (150 độ C, 8 ± 2 giờ) là để loại bỏ độ ẩm khỏi tấm, đồng thời làm cho nhựa trong tấm được bảo dưỡng hoàn toàn, loại bỏ hơn nữa ứng suất còn lại trong tấm và giúp ngăn chặn sự cong vênh của tấm. Hiện nay, nhiều tấm hai mặt và nhiều lớp vẫn khăng khăng được nướng trước hoặc sau khi xả. Tuy nhiên, có một số trường hợp ngoại lệ trong một số nhà máy sản xuất tấm. Hiện tại, thời gian sấy không nhất quán cho mỗi nhà máy PCB, dao động từ 4 đến 10 giờ. Nó được khuyến khích để xác định thời gian sấy theo cấp của bảng mạch in được sản xuất và yêu cầu cong vênh của khách hàng. Cả hai phương pháp đều khả thi và tấm được khuyến khích cắt và sấy khô. Các lớp bên trong cũng nên khô.

3. Hướng kinh độ và vĩ độ của phôi pre-nhúng: sau khi xếp chồng lên nhau, tỷ lệ co lại kinh độ và vĩ độ khác nhau. Khi xếp chồng xuống phải phân biệt kinh độ và vĩ độ. Nếu không, tấm hoàn thành có thể dễ dàng bị cong vênh sau khi cán và khó điều chỉnh ngay cả khi áp lực được áp dụng lên tấm sấy. Nhiều lý do cho sự cong vênh của tấm nhiều lớp là do không có sự phân biệt rõ ràng giữa hướng kinh độ và vĩ độ của phôi pre-nhúng trong quá trình cán, gây ra bởi xếp chồng ngẫu nhiên. Làm thế nào để phân biệt Latitude và Latitude? Cạnh dài của lá đồng là vĩ độ, cạnh ngắn là kinh độ. Nếu bạn không chắc chắn, hãy liên hệ với nhà sản xuất hoặc nhà cung cấp.

Sau 4 giờ nghiền nhựa trong lò, loại bỏ căng thẳng từ laminate sau 4 độ C.

5, Khi mạ cần phải kéo thẳng tấm: Khi sử dụng tấm đa lớp siêu mỏng 0,4½ 0,6 mm để mạ bề mặt tấm và mạ đồ họa, một con lăn kẹp đặc biệt nên được thực hiện. Sau khi tấm mỏng được kẹp trên thanh xe buýt bay trên đường mạ tự động, con lăn kẹp trên toàn bộ thanh xe buýt bay nên được kết nối với một thanh tròn để kéo thẳng tất cả các tấm trên con lăn để tấm sau khi mạ sẽ không bị biến dạng. Nếu không có biện pháp như vậy, sau khi mạ một lớp đồng 20-30 micron, tấm mỏng sẽ bị cong và rất khó khắc phục.

6. Làm mát tấm sau khi san lấp mặt bằng không khí nóng: Trong quá trình san lấp mặt bằng không khí nóng, PCB bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao của bồn tắm hàn (khoảng 250 độ C). Sau khi lấy ra, nó nên được đặt trên đá cẩm thạch phẳng hoặc tấm thép để làm mát tự nhiên, sau đó gửi bộ xử lý phía sau để làm sạch. Điều này có lợi cho việc ngăn chặn sự cong vênh của tấm. Để tăng độ sáng của bề mặt chì và thiếc, một số nhà máy đặt tấm vào nước lạnh ngay sau khi san lấp không khí nóng và lấy ra sau vài giây để xử lý. Tác động của một nóng một lạnh có thể gây ra một số loại tấm cong vênh, xếp lớp hoặc phồng rộp. Ngoài ra, giường nổi không khí có thể được lắp đặt trên thiết bị để làm mát.

7. Xử lý tấm cong vênh: Trong nhà máy được quản lý có trật tự, 100% độ phẳng của tấm in được kiểm tra khi kiểm tra cuối cùng. Tất cả các tấm không đạt tiêu chuẩn được chọn để đưa vào lò nướng, sấy khô ở 150 độ C và áp suất cao trong 3-6 giờ, sau đó làm mát tự nhiên dưới áp suất cao. Sau đó tháo áp suất lấy tấm ra, kiểm tra độ phẳng. Điều này có thể tiết kiệm một số bảng. Một số tấm gỗ cần được sấy khô và ép hai hoặc ba lần để san bằng. Công ty Bell Thượng Hải đã sử dụng máy hoàn thiện khí nén từ đại lý Huabao Thượng Hải, và hiệu quả sửa chữa của PCB Warp là rất tốt. Nếu không thực hiện các biện pháp quy trình chống cong vênh nói trên, một số tấm sẽ vô dụng và chỉ có thể bị loại bỏ.