Im PCB-HerstellungsprozessLeiterplattenverzug ist ein häufiges Problem für Hersteller. Verzieht sich eine Leiterplatte, beeinträchtigt dies ihre Leistung und Zuverlässigkeit. Verzug kann viele Probleme verursachen, wie z. B. Bauteilfehlausrichtung, schlechte Lötqualität und sogar Gerätefehler. Daher ist es für Leiterplattenhersteller und -designer entscheidend, dieses Problem vollständig zu verstehen. In diesem Blog erklären wir, was Leiterplattenverzug verursacht und vor allem, wie man ihm vorbeugt. Lesen Sie weiter.
Was ist PCB-Verzug?
PCB-Verzug ist ein Defekt, bei dem Leiterplatten verzogen oder aus ihrer ursprünglichen flachen Form gebogen werden. Dies kann sowohl bei unbestückten Leiterplatten als auch bei fertigen Leiterplatten passieren. Tatsächlich weist jedoch jede Leiterplatte eine leichte Verformung auf, die während der Laminierungsprozess bei der Leiterplattenherstellung. Zu diesem Thema gibt es IPC-Standards, darunter IPC-6011 und IPC-6012 die den zulässigen Verzugsgrad der Leiterplatte festlegen. Außerdem werden verschiedene Klassen mit unterschiedlicher maximaler Verzugstoleranz festgelegt:
| Klasse | Maximale Verzugstoleranz | Beispiel für eine 400 mm lange Leiterplatte |
| Kurs 1 | bis zu 0.2 % der Leiterplattenlängenverzug | Verzug bis 0.8 mm |
| Kurs 2 | bis zu 0.15 % der Leiterplattenlängenverzug | Verzug bis 0.6 mm |
| Kurs 3 | bis zu 0.1 % der Leiterplattenlängenverzug | Verzug bis 0.4 mm |
| Kurs 4 | bis zu 0.05 % der Leiterplattenlängenverzug | Verzug bis 0.2 mm |
Wie misst man eine PCB-Verbiegung?
Es gibt fünf häufig verwendete Methoden zum Messen der Verformung von Leiterplatten:
- Fühlerlehrenmethode
Verwenden Sie Fühlerlehren, um die Verformung zwischen den höchsten und niedrigsten Punkten der verzogenen Leiterplatte zu messen. Dies wird normalerweise bei großen Verformungswerten verwendet.
- Höhenmesser
Bei dieser Methode müssen wir einen mechanischen oder digitalen Höhenmesser verwenden, um den Höhenunterschied zwischen hohen und niedrigen Punkten zu messen. Dadurch erhalten wir ein genaues Ergebnis der Verformung in Zoll oder Millimetern.
- Konturmessgerät
Mit einer Konturlehre wird die Form der verzogenen Leiterplatte nachgezeichnet. Durch Auflegen der Lehre auf die Oberfläche passt sie sich der Kontur der Leiterplatte an und ermöglicht so eine visuelle oder messtechnische Beurteilung der Verziehung. Diese Methode eignet sich besonders für unregelmäßig geformte Verzüge.
- Optisches Profilometer
Diese Methode ermöglicht hochpräzise Messungen. Dabei wird die verzogene Leiterplatte mit einem optischen Profilometer gescannt und anschließend ein 3D-Profil der Leiterplattenoberfläche erstellt. So können wir selbst kleinste Verformungen der Leiterplatte erkennen.
- Methode der Finite Elemente (FEM)
Die Finite-Elemente-Methode ist ein rechnergestütztes Verfahren, mit dem sich der Verzug von Leiterplatten unter verschiedenen Belastungsbedingungen simulieren und analysieren lässt. Durch die Eingabe von Materialeigenschaften und Umgebungsfaktoren prognostiziert FEM potenzielle Verzüge und unterstützt Hersteller bei der Entwicklung von Leiterplatten mit minimalem Verformungsrisiko.
Hauptursachen für PCB-Verformungen
- Stapelasymmetrie
Asymmetrisch angeordnete Leiterplattenlagen führen zu einem Verzug der Leiterplatte. In diesem Fall werden die thermischen Spannungen während des Erhitzungsprozesses nicht gleichmäßig auf der Leiterplatte verteilt. Infolgedessen verzieht oder verbiegt sich die Leiterplatte nach dem Abkühlen.
- Ungleichmäßige Kupferverteilung
Eine verzogene Leiterplatte kann entstehen, wenn das Kupfer in jeder Lage nicht gleichmäßig verteilt ist. Deutlich mehr oder weniger Kupfer auf einer Seite als auf der anderen kann zu einer ungleichmäßigen Ausdehnung und damit zu Verzug führen.
- Materialunverträglichkeit
Verschiedene Materialien haben unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) und Tg, die sich beim Erhitzen und Abkühlen unterschiedlich schnell ausdehnen und zusammenziehen. Diese ungleichmäßige Belastung führt zu einer Verformung der Platine, insbesondere bei Temperaturschwankungen in Prozessen wie dem Reflow-Löten.
- Unsachgemäßer Umgang mit dem Board
Wenn Sie eine Platine beim Wellenlöten oder Reflowlöten zu fest einspannen, kann es zu Verformungen kommen. Beim Erhitzen muss sich eine eingespannte Platine natürlich ausdehnen. Wenn Sie sie einspannen, um eine Ausdehnung zu verhindern, kann sich die Platine dauerhaft verformen, insbesondere wenn sie schwere Bauteile enthält, die gelötet werden müssen.
Weiter lesen: Wellenlöten vs. Reflow-Löten: Was ist der Unterschied?
- Schlechte Prozesskontrolle
Während des Leiterplattenherstellungsprozesses führen Temperaturschwankungen in verschiedenen Schritten dazu, dass sich das Leiterplattenmaterial wiederholt ausdehnt und zusammenzieht. Übermäßige Temperaturschwankungen oder eine unsachgemäße Prozesssteuerung können zu schwerwiegenden Verformungen führen.
Wie kann eine Verformung der Leiterplatte verhindert werden?
- Wärmemanagementtechniken
Wir können das Risiko von Leiterplattenverzug durch den Einsatz effektiver Wärmemanagementtechniken reduzieren. Beispielsweise optimieren wir die Reflow-Lötprofile, um Temperaturgradienten zu minimieren und so eine gleichmäßige Erwärmung und Abkühlung zu gewährleisten. Zusätzlich integrieren wir Wärmeableitungsfunktionen in Leiterplattendesigns, um die Wärme effektiver abzuleiten.
- Optimiertes PCB-Design
Achten Sie beim PCB-Designprozess auf eine ausgewogene Bauteilplatzierung und eine optimierte Leiterbahnführung. Verwenden Sie außerdem symmetrische Zwischenlagen-Prepregs und gleichmäßige Kupferflächen auf beiden Seiten der Platine, um eine gleichmäßige Wärmeverteilung zu gewährleisten und ein Verziehen der Leiterplatte zu verhindern.
- Materialauswahl
Bei der Materialauswahl ist es wichtig, Materialien mit kompatiblen thermischen und mechanischen Eigenschaften zu wählen, um das Risiko eines PCB-Verzugs zu minimieren. Als Substratmaterial empfiehlt sich FR4, da es eine hohe Stabilität bietet. Dünnere Substrate sind zudem besser geeignet, da sie sich weniger verformen können.
- Gleichmäßige Kupferverteilung
Stellen Sie sicher, dass die Kupferfolie auf beiden Seiten der Leiterplatte gleichmäßig verteilt ist. Dies trägt zur Gewährleistung einer konstanten Wärmeleitung bei und verhindert ein Verziehen der Leiterplatte. Komplementäre Lagen sollten eine ähnliche Kupferbedeckung aufweisen. Dies kann das Auffüllen ungenutzter Bereiche auf einer Seite mit Kupferguss erfordern. Dabei ist es wichtig, in den Designregeln die richtigen Abstände festzulegen, insbesondere wenn die gefüllte Lage eine kontrollierte Impedanz unterstützen muss.
- Backen Sie Leiterplatten vor der Montage
Vor der Montage der Komponenten ist das Backen der Leiterplatte ein entscheidender Schritt. Dieser Prozess entzieht der Leiterplatte Feuchtigkeit, trägt zur vollständigen Aushärtung des Harzes und des Laminats bei und reduziert Eigenspannungen, wodurch das Risiko eines Verzugs der Leiterplatte verringert wird.
- Ordnungsgemäße Lagerung
Vermeiden Sie Stapelung und ordnungsgemäße Lagerung der Platten, um ein Verziehen der Leiterplatte zu verhindern. Die Lagerumgebung sollte trocken und temperiert sein. Die Platten sollten flach und mit ausreichender Unterstützung gelagert werden, um ein Verbiegen oder Verformen während der Lagerung zu vermeiden.
Kann eine PCB-Verformung behoben werden?
Sobald sich eine Leiterplatte verzogen hat, ist es oft schwierig, diese vollständig zu beheben, insbesondere wenn das Problem auf einer fertigen unbestückten Leiterplatte oder PCBA auftritt. Während kleinere Verformungen durch Reflow-Löten oder Backen der Leiterplatte unter kontrollierten Bedingungen zur Reduzierung innerer Spannungen behoben werden können, sind starke Verformungen in der Regel irreparabel und erfordern einen Austausch. Anstatt daher Energie in die Reparatur einer Charge verzogener Leiterplatten zu investieren, ist es besser, die Ursache zu untersuchen und ein erneutes Auftreten zu verhindern.
Abschließende Überlegungen
PCB-Verzug ist eine weit verbreitete Herausforderung während des Elektronikherstellungsprozesses. Es ist schwierig, es zu beheben, sobald es auftritt, aber es kann verhindert werden, indem die Grundursachen identifiziert und wichtige Maßnahmen umgesetzt werden, wie oben erwähnt. MOKO Technology, ein erfahrener PCB- und PCBA-Hersteller mit fast 20 Jahren Erfahrung, produziert hochwertige Boards, die den IPC- und ISO-Standards entsprechen. Wir garantieren, dass die Boards, die wir an unsere Kunden liefern, frei von Verzugsproblemen sind. Kontaktieren Sie uns noch heute um Ihr PCB-Projekt zu besprechen und ein kostenloses Angebot zu erhalten!
