В процессе производства печатных плат деформация печатной платы — распространенная проблема, с которой сталкиваются производители. Деформация платы влияет на ее производительность и надежность. Она может вызывать множество проблем, таких как смещение компонентов, низкое качество пайки и даже неисправности устройств. Поэтому для производителей и разработчиков печатных плат крайне важно полностью понимать эту проблему. В этой статье мы объясним, что вызывает деформацию печатных плат, и, что более важно, как предотвратить эту проблему. Давайте продолжим.
Что такое коробление печатной платы?
Деформация печатной платы — это дефект, при котором печатная плата деформируется или изгибается, отходя от своей первоначальной плоской формы. Это может происходить как на самих печатных платах, так и на готовых сборочных платах. Но на самом деле любая печатная плата будет иметь небольшую деформацию, которая неизбежна в процессе ламинирования при изготовлении печатных плат . Что касается этой проблемы, существуют стандарты IPC, включая IPC-6011 и IPC-6012 , которые определяют допустимый уровень деформации печатной платы. И они также устанавливают различные классы с разными максимальными допустимыми значениями деформации:
| Класс | Максимальный допуск на коробление | Пример для печатной платы длиной 400 мм |
| Класс 1 | до 0.2% коробления длины печатной платы | деформация до 0.8 мм |
| Класс 2 | до 0.15% коробления длины печатной платы | деформация до 0.6 мм |
| Класс 3 | до 0.1% коробления длины печатной платы | деформация до 0.4 мм |
| Класс 4 | до 0.05% коробления длины печатной платы | деформация до 0.2 мм |
Как измерить коробление печатной платы?
Существует 5 наиболее распространенных методов измерения коробления печатных плат:
- Метод щупа
Используйте щупы для измерения коробления между высокими и низкими точками деформированной печатной платы. Обычно это используется для больших значений коробления.
- Высотомер
В этом методе нам необходимо использовать механический или цифровой измеритель высоты для измерения разницы высот между самой высокой и самой низкой точками, что позволяет нам получить точный результат коробления в дюймах или миллиметрах.
- ContourGauge
Контурный калибр используется для отслеживания формы деформированной печатной платы. При размещении калибра на поверхности он подстраивается под контур платы, что позволяет визуально или измерять степень коробления. Этот метод особенно полезен для деформирования неправильной формы.
- Оптический профилометр
Этот метод обеспечивает высокоточное измерение, которое использует оптический профилометр для сканирования деформированной печатной платы и последующего создания трехмерного профиля поверхности печатной платы. Таким образом, мы можем идентифицировать даже мельчайшие деформации платы.
- Метод конечных элементов (МКЭ)
Метод конечных элементов — это вычислительный подход, который может моделировать и анализировать коробление печатных плат в различных условиях напряжения. Вводя свойства материалов и факторы окружающей среды, FEM предсказывает потенциальное коробление и помогает производителям проектировать печатные платы с минимальными рисками деформации.
Основные причины коробления печатных плат
- Асимметрия стека
Асимметричное расположение слоев печатной платы может привести к ее короблению. В этом случае термические напряжения не будут равномерно распределены по плате в процессе нагрева. В результате после охлаждения печатная плата будет деформирована или согнута.
- Неравномерное распределение меди
Деформированная печатная плата может возникнуть, если медь в каждом слое распределена неравномерно. В печатной плате значительно больше или меньше меди на одной стороне, чем на другой, может привести к неравномерному расширению, вызывая коробление.
- Несовместимость материалов
Различные материалы имеют разные коэффициенты теплового расширения (КТР) и Tg, которые расширяются и сжимаются с разной скоростью при нагревании и охлаждении. Это неравномерное напряжение приводит к деформации платы, особенно при изменении температуры в таких процессах, как пайка оплавлением.
- Неправильное обращение с доской
Если вы слишком сильно зажмете плату во время пайки волной или оплавлением припоя, вы можете вызвать деформацию. Когда зажатая плата нагревается, она должна расширяться естественным образом. Если вы зажмете ее, чтобы предотвратить расширение, плата может стать необратимо деформированной, особенно если на ней есть тяжелые компоненты, которые нужно спаять.
Дополнительная литература: Волнообразная пайка против пайки оплавлением: в чем разница?
- Плохой контроль процесса
В процессе производства печатных плат температурные циклы на различных этапах приводят к многократному расширению и сжатию материала печатной платы. Чрезмерные температурные циклы или ненадлежащее управление процессом могут привести к серьезным проблемам с короблением.
Как предотвратить коробление печатной платы?
- Методы терморегулирования
Мы можем снизить вероятность коробления печатной платы, внедрив эффективные методы терморегулирования. Например, оптимизируя профили пайки оплавлением для минимизации температурных градиентов, чтобы обеспечить равномерный нагрев и охлаждение. Кроме того, встраивая функции термореле в конструкции печатной платы для более эффективного рассеивания тепла.
- Оптимизированный дизайн печатной платы
В процессе проектирования печатной платы убедитесь, что сбалансированное размещение компонентов и оптимизированная трассировка имеют решающее значение. Кроме того, мы должны использовать симметричные межслойные препреги и равные площади меди с обеих сторон платы, чтобы поддерживать равномерное распределение тепла, чтобы предотвратить деформацию печатной платы.
- Выбор материала
При выборе материалов важно выбирать те, которые обладают совместимыми термическими и механическими свойствами, что может свести к минимуму риск коробления печатной платы. В качестве материалов подложки рассмотрите возможность использования FR4, поскольку он обеспечивает хорошую стабильность. Кроме того, более тонкие подложки лучше, поскольку они имеют меньшую вероятность деформации.
- Равномерное распределение меди
Убедитесь, что медная фольга равномерно распределена по обеим сторонам печатной платы, что помогает поддерживать постоянную теплопроводность и предотвращать деформацию печатной платы. Дополнительные слои должны иметь аналогичное медное покрытие, что может включать использование заливки меди для заполнения неиспользуемых областей на одной стороне. При этом важно определить надлежащие зазоры в правилах проектирования, особенно если заполненный слой должен поддерживать контролируемое сопротивление.
- Выпекайте печатные платы перед сборкой
Перед сборкой компонентов, запекание платы печатной платы является критическим шагом. Этот процесс может удалить влагу из платы, с другой стороны, он помогает полностью отвердеть смолу ламината и снижает остаточное напряжение, таким образом, снижая риск коробления печатной платы.
- Правильное хранение
Избегайте укладки и правильного хранения панелей, это также может предотвратить деформацию печатной платы. Среда хранения должна быть сухой и с контролируемой температурой. Панели следует хранить в горизонтальном положении с достаточной поддержкой, чтобы предотвратить изгиб или деформацию во время хранения.
Можно ли исправить коробление печатной платы?
После возникновения деформации печатной платы часто бывает сложно полностью «исправить» деформацию, особенно когда проблема возникает на готовой голой плате или печатной плате. Хотя некоторые незначительные деформации можно исправить путем оплавления или запекания платы в контролируемых условиях для снижения внутренних напряжений, серьезные деформации обычно не поддаются исправлению и требуют замены. Поэтому вместо того, чтобы тратить силы на попытки исправить партию деформированных печатных плат, лучше выяснить первопричину и не допустить повторения ситуации.
Заключение
Деформация печатных плат — распространённая проблема в процессе производства электроники. После её возникновения исправить сложно, но предотвратить её можно, выявив первопричины и внедрив ключевые меры, как указано выше. Компания MOKO Technology, опытный производитель печатных плат и сборок печатных плат с почти 20-летним стажем, выпускает высококачественные платы, соответствующие стандартам IPC и ISO. Мы гарантируем, что платы, поставляемые нашим клиентам, не имеют дефектов деформации. Свяжитесь с нами сегодня , чтобы обсудить ваш проект по производству печатных плат и получить бесплатную смету!
