Pri výrobe a aplikácii dosiek plošných spojov je deformácia dôležitým faktorom ovplyvňujúcim ich výkon a spoľahlivosť. Deformovanie dosky plošných spojov môže viesť nielen k zlému spájkovaniu elektronických súčiastok, čo spôsobuje poruchy elektrického spojenia, ale môže tiež ovplyvniť celkovú presnosť montáže produktu a znížiť kvalitu produktu. Implementácia efektívnej schémy kontroly deformácie dosiek plošných spojov má preto zásadný význam pre zlepšenie kvality dosiek s plošnými spojmi a zabezpečenie stabilnej prevádzky elektronických zariadení.
1, Analýza príčin deformácie dosky plošných spojov
Materiálne faktory
Rozdiely v charakteristikách dosiek: Rôzne typy dosiek plošných spojov, ako napríklad bežné FR-4, CEM-3 atď., majú rôzne koeficienty tepelnej rozťažnosti. Počas procesu výroby dosiek plošných spojov, pri zváraní pri vysokej teplote a iných procesoch, môže nerovnomerná tepelná rozťažnosť každej vrstvy dosky ľahko spôsobiť vnútorné napätie, ktoré vedie k deformácii. Napríklad doska FR-4 má relatívne veľký koeficient tepelnej rozťažnosti v smere osi Z. V prostredí s vysokou teplotou je expanzia v smere osi Z väčšia ako v osiach X a Y. Táto charakteristika anizotropnej expanzie zvyšuje riziko deformácie.
Spojenie medenej fólie so substrátom: Medená fólia, ako kľúčová súčasť obvodov na prenášanie dosky plošných spojov, môže tiež ovplyvniť stupeň deformácie v dôsledku jej spojenia so substrátom. Ak je spojovacia sila medzi medenou fóliou a substrátom počas procesu laminácie nerovnomerná, môže dôjsť k oddeleniu alebo relatívnemu posunutiu medzi medenou fóliou a substrátom so zmenami teploty a mechanickým namáhaním počas následného spracovania a použitia, čo vedie k deformácii dosky plošných spojov.
Dizajnové faktory
Nerovnomerné usporiadanie obvodov: Nerovnomerné usporiadanie obvodov na doskách plošných spojov môže viesť k nerovnomernému rozloženiu napätia na doske. Ak je rozloženie medenej fólie v určitej oblasti príliš husté, zatiaľ čo iné oblasti sú relatívne riedke, počas tepelného spracovania oblasť s hustou medenou fóliou absorbuje viac tepla a vo väčšej miere sa roztiahne, čím sa vytvorí veľký rozdiel vo vnútornom napätí s riedkou oblasťou medenej fólie, čo podporuje deformáciu dosky plošných spojov. Napríklad v dizajne dosiek plošných spojov niektorých- elektronických produktov s vysokým výkonom má oblasť, kde sa sústreďujú napájacie zariadenia, veľkú plochu medenej fólie a hrubú hrúbku. Ak rozloženie nie je rozumné, môže ľahko spôsobiť deformáciu dosky v tejto oblasti.
Nesúlad medzi hrúbkou a veľkosťou dosky: Existuje určitý proporcionálny vzťah medzi hrúbkou a veľkosťou dosky plošných spojov. Keď je hrúbka dosky príliš tenká a veľkosť je príliš veľká, tuhosť dosky je nedostatočná a je ľahko ovplyvnená vonkajšími silami a tepelným namáhaním počas spracovania a používania, čo vedie k deformácii. Naopak, ak je hrúbka dosky príliš veľká a veľkosť je príliš malá, môže to zvýšiť náklady v dôsledku nadmerného dizajnu a môže tiež spôsobiť deformáciu počas spracovania v dôsledku koncentrácie napätia.
Faktory výrobného procesu
Problém procesu lisovania: Lisovanie je kritickým procesom pri výrobe dosiek plošných spojov. Ak teplota, tlak a čas lisovania nie sú správne kontrolované, môže to viesť k uvoľneniu alebo nerovnomernému spojeniu medzi vrstvami vo vnútri dosky, čo má za následok vnútorné napätie a deformáciu. Napríklad, ak je lisovacia teplota príliš vysoká alebo rýchlosť ohrevu je príliš vysoká, plech nadmerne zmäkne a bude náchylný na deformáciu pod tlakom; Nerovnomerný kompresný tlak môže viesť k nekonzistentnému spojeniu medzi rôznymi časťami dosky, čo vedie k deformácii.
2, schéma kontroly deformácie dosky plošných spojov
Optimalizácia výberu materiálu
Zodpovedajúci koeficient tepelnej rozťažnosti: Pri výbere dosiek plošných spojov sa snažte vybrať materiály s podobnými koeficientmi tepelnej rozťažnosti vo všetkých smeroch, aby ste znížili vnútorné napätie spôsobené rozdielmi v tepelnej rozťažnosti. Pre niektoré aplikačné scenáre, ktoré si vyžadujú extrémne vysokú deformáciu, ako sú dosky plošných spojov v elektronickom zariadení letectva, možno zvážiť materiály s nízkym koeficientom tepelnej rozťažnosti a izotropiou, ako sú keramické substráty. Pri bežných elektronických produktoch možno koeficient tepelnej rozťažnosti rôznych typov dosiek FR-4 skrínovať a porovnať, aby sa vybrala doska, ktorá je vhodnejšia pre požiadavky na dizajn produktu.
Zabezpečte kvalitu medenej fólie a substrátu: Vyberte spoľahlivú medenú fóliu a substrát, aby ste medzi nimi zabezpečili dobré spojenie. Počas procesu obstarávania sú prísne kontrolované štandardy kvality surovín a testujú sa parametre ako drsnosť a čistota medenej fólie, obsah živice v substráte a distribúcia sklenených vlákien. Napríklad použitie medenej fólie so špeciálne upraveným povrchom môže zvýšiť jej priľnavosť k podkladu a znížiť riziko oddelenia medenej fólie od podkladu počas spracovania.
Prevencia vo fáze návrhu
Primerané rozloženie obvodov: Pri návrhu dosky plošných spojov by usporiadanie obvodov malo byť čo najjednotnejšie, aby sa zabránilo sústredeniu medenej fólie v určitej oblasti. V prípade komponentov s vysokým výkonom a vysokým vývinom tepla by mali byť primerane rozptýlené a usporiadané a na odvod tepla by sa mali použiť veľkoplošné medené plechy na odvádzanie tepla, pričom sa zabezpečí rovnomerné rozloženie medených plechov odvádzaných teplom, aby sa vyrovnalo namáhanie dosky počas tepelného spracovania. Napríklad pri navrhovaní základnej dosky počítača sú napájacie vedenia a medené plechy odvádzajúce teplo vysokovýkonných čipov, ako sú CPU a GPU, rovnomerne rozložené na základnej doske, aby sa znížilo skrútenie spôsobené lokálnou hustotou medenej fólie.
Optimalizujte pomer hrúbky dosky k veľkosti: Na základe skutočných požiadaviek na použitie dosky plošných spojov presne vypočítajte a určte optimálny pomer hrúbky dosky k veľkosti. Za predpokladu splnenia požiadaviek na elektrický výkon a mechanickú pevnosť zvoľte vhodnú hrúbku dosky na zlepšenie tuhosti dosky. V prípade väčších dosiek plošných spojov možno ich schopnosť proti deformácii zvýšiť pridaním výstužných rebier alebo použitím viacvrstvovej štruktúry dosky. Napríklad pri navrhovaní veľkých dosiek plošných spojov pre priemyselné riadiace zariadenia sú na okrajoch a kľúčových častiach dosky umiestnené výstužné rebrá, čím sa účinne zlepšuje celková tuhosť dosky a znižuje sa deformácia.
Zlepšenie výrobného procesu
Presné riadenie procesu lisovania: V procese lisovania sa na presné riadenie lisovacej teploty, tlaku a času používajú pokročilé lisovacie zariadenia a riadiace systémy. Vypracujte primeranú krivku procesu stláčania, aby ste zabezpečili, že sa doska počas procesu stláčania rovnomerne zahrieva a stláča a že každá vrstva je úplne spojená. Napríklad pri použití segmentovaného zahrievania a procesu spájania konštantným tlakom živica spočiatku prúdi pri nižšej teplote, aby sa vyplnili medzery medzi vrstvami dosky, a potom sa teplota postupne zvyšuje na teplotu vytvrdzovania, pričom sa udržiava stabilný tlak, aby sa doska úplne vytvrdila a znížilo sa vytváranie vnútorného napätia.