Při výrobě a aplikaci desek plošných spojů je deformace důležitým faktorem ovlivňujícím jejich výkon a spolehlivost. Deformace desky plošných spojů může nejen vést ke špatnému pájení elektronických součástek, což způsobí selhání elektrického spojení, ale také ovlivnit celkovou přesnost montáže produktu a snížit kvalitu produktu. Zavedení účinného schématu kontroly deformace desek plošných spojů má proto zásadní význam pro zlepšení kvality desek s plošnými spoji a zajištění stabilního provozu elektronických zařízení.
1, Analýza příčin deformace desky plošných spojů
Materiální faktory
Rozdíly v charakteristikách desek: Různé typy desek plošných spojů, jako jsou běžné FR-4, CEM-3 atd., mají různé koeficienty tepelné roztažnosti. Během procesu výroby desek plošných spojů, při vysokoteplotním svařování a jiných procesech, může nerovnoměrná tepelná roztažnost každé vrstvy desky snadno vytvářet vnitřní napětí, které vede k deformaci. Například deska FR-4 má relativně velký koeficient tepelné roztažnosti ve směru osy Z. V prostředí s vysokou teplotou je expanze ve směru osy Z větší než v osách X a Y. Tato anizotropní expanzní charakteristika zvyšuje riziko deformace.
Lepení měděné fólie se substrátem: Měděná fólie, jako klíčová součást obvodů pro přenášení desek plošných spojů, může také ovlivnit stupeň deformace díky svému spojení se substrátem. Pokud je spojovací síla mezi měděnou fólií a substrátem během procesu laminace nerovnoměrná, může dojít k oddělení nebo relativnímu posunutí mezi měděnou fólií a substrátem se změnami teploty a mechanickým namáháním během následného zpracování a použití, což vede k deformaci desky plošných spojů.
Konstrukční faktory
Nerovnoměrné rozložení obvodů: Nerovnoměrné rozložení obvodů na deskách plošných spojů může vést k nerovnoměrnému rozložení napětí na desce. Pokud je rozložení měděné fólie v určité oblasti příliš husté, zatímco jiné oblasti jsou relativně řídké, během tepelného zpracování oblast s hustou měděnou fólií absorbuje více tepla a rozšíří se ve větší míře, čímž vytvoří velký rozdíl vnitřního napětí s řídkou oblastí měděné fólie, což podporuje deformaci desky plošných spojů. Například v designu desek plošných spojů některých- elektronických produktů s vysokým výkonem má oblast, kde se koncentrují výkonová zařízení, velkou plochu měděné fólie a silnou tloušťku. Pokud rozložení není rozumné, může snadno způsobit deformaci desky v této oblasti.
Nesoulad mezi tloušťkou a velikostí desky: Mezi tloušťkou a velikostí desky plošných spojů existuje určitý proporcionální vztah. Když je tloušťka desky příliš tenká a velikost je příliš velká, je tuhost desky nedostatečná a je snadno ovlivněna vnějšími silami a tepelným namáháním během zpracování a používání, což má za následek deformaci. Naopak, pokud je tloušťka desky příliš velká a velikost příliš malá, může to zvýšit náklady kvůli nadměrnému designu a může také způsobit deformaci během zpracování kvůli koncentraci napětí.
Faktory výrobního procesu
Problém procesu lisování: Lisování je kritickým procesem při výrobě desek plošných spojů. Pokud lisovací teplota, tlak a čas nejsou správně kontrolovány, může to vést k uvolnění nebo nerovnoměrnému spojení mezi vrstvami uvnitř desky, což má za následek vnitřní pnutí a deformaci. Pokud je například lisovací teplota příliš vysoká nebo rychlost ohřevu příliš vysoká, plech nadměrně změkne a bude náchylný k deformaci pod tlakem; Nerovnoměrný kompresní tlak může vést k nekonzistentnímu spojení mezi různými částmi desky, což má za následek deformaci.
2, schéma kontroly deformace desky plošných spojů
Optimalizace výběru materiálu
Odpovídající koeficient tepelné roztažnosti: Při výběru desek plošných spojů se snažte vybrat materiály s podobnými koeficienty tepelné roztažnosti ve všech směrech, abyste snížili vnitřní pnutí způsobené rozdíly v tepelné roztažnosti. Pro některé scénáře aplikací, které vyžadují extrémně vysokou deformaci, jako jsou desky plošných spojů v elektronických zařízeních pro letectví a kosmonautiku, lze zvážit materiály s nízkým koeficientem tepelné roztažnosti a izotropií, jako jsou keramické substráty. U běžných elektronických produktů lze součinitel tepelné roztažnosti různých typů desek FR-4 stínit a porovnat, aby se vybrala deska, která je vhodnější pro požadavky na design produktu.
Zajistěte kvalitu měděné fólie a substrátu: Vyberte spolehlivou měděnou fólii a substrát, aby bylo zajištěno dobré spojení mezi nimi. Během procesu nákupu jsou přísně kontrolovány standardy kvality surovin a testují se parametry, jako je drsnost a čistota měděné fólie, obsah pryskyřice v substrátu a distribuce skelných vláken. Například použití měděné fólie se speciálně upraveným povrchem může zvýšit její přilnavost k podkladu a snížit riziko oddělení měděné fólie a podkladu během zpracování.
Prevence ve fázi návrhu
Rozumné rozmístění obvodů: Při návrhu desky plošných spojů by rozložení obvodů mělo být co nejjednotnější, aby se zabránilo soustředění měděné fólie v určité oblasti. U součástek s vysokým výkonem a vysokým vývinem tepla by měly být přiměřeně rozptýleny a uspořádány a k odvodu tepla by měly být použity velkoplošné měděné plechy pro odvod tepla a zároveň by mělo být zajištěno rovnoměrné rozložení odvodu tepla měděných plechů, aby se vyrovnalo namáhání desky během tepelného zpracování. Například při navrhování základní desky počítače jsou napájecí vedení a měděné plechy odvádějící teplo u vysoce výkonných čipů, jako je CPU a GPU, rovnoměrně rozmístěny na základní desce, aby se snížilo deformování způsobené místní hustotou měděné fólie.
Optimalizujte poměr tloušťky desky k velikosti: Na základě skutečných požadavků na použití desky PCB přesně vypočítejte a určete optimální poměr tloušťky desky k velikosti. Za předpokladu splnění požadavků na elektrický výkon a mechanickou pevnost zvolte vhodnou tloušťku desky pro zlepšení tuhosti desky. U větších desek plošných spojů lze jejich schopnost proti zborcení zvýšit přidáním výztužných žeber nebo použitím vícevrstvé struktury desky. Například při návrhu velkých desek plošných spojů pro průmyslová řídicí zařízení jsou na okrajích a klíčových částech desky nastavena výztužná žebra, což účinně zlepšuje celkovou tuhost desky a snižuje deformaci.
Zlepšení výrobního procesu
Přesné řízení procesu lisování: V procesu lisování se používají pokročilé lisovací zařízení a řídicí systémy k přesné kontrole lisovací teploty, tlaku a času. Vytvořte přiměřenou křivku procesu lisování, abyste zajistili, že se deska během procesu lisování rovnoměrně zahřívá a stlačuje a že každá vrstva je plně spojena. Například při použití segmentovaného ohřevu a procesu spojování konstantním tlakem se pryskyřice zpočátku teče při nižší teplotě, aby se vyplnily mezery mezi vrstvami desky, a pak se teplota postupně zvyšuje na vytvrzovací teplotu, přičemž se udržuje stabilní tlak, aby se deska úplně vytvrdila a snížilo se vytváření vnitřního napětí.