Nella produzione e nell'applicazione dei circuiti stampati, la deformazione è un fattore importante che ne influenza le prestazioni e l'affidabilità. La deformazione della scheda PCB può non solo portare a una scarsa saldatura dei componenti elettronici, causando guasti ai collegamenti elettrici, ma può anche influire sulla precisione complessiva dell'assemblaggio del prodotto e ridurne la qualità. Pertanto, l'implementazione di un efficace schema di controllo della deformazione della scheda PCB è di fondamentale importanza per migliorare la qualità della scheda PCB e garantire il funzionamento stabile dei dispositivi elettronici.
1, Analisi delle cause della deformazione della scheda PCB
Fattori materiali
Differenze nelle caratteristiche della scheda: diversi tipi di schede PCB, come le comuni FR-4, CEM-3, ecc., hanno diversi coefficienti di dilatazione termica. Durante il processo di produzione della scheda PCB, quando sottoposto a saldatura ad alta-temperatura e ad altri processi, l'espansione termica irregolare di ogni strato della scheda può facilmente generare stress interno, con conseguente deformazione. Ad esempio, la scheda FR-4 ha un coefficiente di espansione termica relativamente elevato nella direzione dell'asse Z. In ambienti ad alta temperatura, l'espansione nella direzione dell'asse Z è maggiore di quella negli assi X e Y. Questa caratteristica di espansione anisotropa aumenta il rischio di deformazione.
Legame del foglio di rame con il substrato: il foglio di rame, essendo una parte fondamentale dei circuiti portanti della scheda PCB, può anche influenzare il grado di deformazione a causa del suo legame con il substrato. Se la forza di adesione tra la lamina di rame e il substrato non è uniforme durante il processo di laminazione, potrebbe verificarsi la separazione o lo spostamento relativo tra la lamina di rame e il substrato con variazioni di temperatura e stress meccanico durante la lavorazione e l'uso successivi, portando alla deformazione della scheda PCB.
Fattori di progettazione
Layout del circuito non uniforme: il layout del circuito non uniforme sulle schede PCB può portare a una distribuzione non uniforme dello stress sulla scheda. Se la distribuzione del foglio di rame in una certa area è troppo densa, mentre altre aree sono relativamente sparse, durante il trattamento termico, l'area densa del foglio di rame assorbe più calore e si espande in misura maggiore, formando una grande differenza di stress interno con l'area sparsa del foglio di rame, che favorisce la deformazione della scheda PCB. Ad esempio, nella progettazione della scheda PCB di alcuni prodotti elettronici ad alta-potenza, l'area in cui sono concentrati i dispositivi di potenza presenta un'ampia superficie in lamina di rame e uno spessore elevato. Se la disposizione non è ragionevole, può facilmente causare la deformazione della tavola in quella zona.
Discrepanza tra spessore e dimensione della scheda: esiste una certa relazione proporzionale tra lo spessore e le dimensioni della scheda PCB. Quando lo spessore del pannello è troppo sottile e le dimensioni sono troppo grandi, la rigidità del pannello è insufficiente e viene facilmente influenzata dalle forze esterne e dallo stress termico durante la lavorazione e l'uso, con conseguente deformazione. Al contrario, se lo spessore del pannello è troppo grande e la dimensione è troppo piccola, ciò potrebbe aumentare i costi a causa di una progettazione eccessiva e potrebbe anche causare deformazioni durante la lavorazione a causa della concentrazione delle sollecitazioni.
Fattori del processo produttivo
Problema relativo al processo di pressatura: la pressatura è un processo critico nella produzione di schede PCB. Se la temperatura, la pressione e il tempo di pressatura non vengono controllati adeguatamente, si può verificare un legame allentato o irregolare tra gli strati all'interno del pannello, con conseguente stress interno e deformazione. Ad esempio, se la temperatura di pressatura è troppo elevata o la velocità di riscaldamento è troppo elevata, la lamiera si ammorbidirà eccessivamente e sarà soggetta a deformazione sotto pressione; Una pressione di compressione non uniforme può portare a un legame incoerente tra le diverse parti della tavola, con conseguente deformazione.
2, schema di controllo della deformazione della scheda PCB
Ottimizzazione della selezione dei materiali
Coefficiente di dilatazione termica corrispondente: quando si scelgono le schede PCB, provare a scegliere materiali con coefficienti di dilatazione termica simili in tutte le direzioni per ridurre lo stress interno causato dalle differenze di dilatazione termica. Per alcuni scenari applicativi che richiedono una deformazione estremamente elevata, come le schede PCB nelle apparecchiature elettroniche aerospaziali, possono essere presi in considerazione materiali con basso coefficiente di dilatazione termica e isotropia come i substrati ceramici. Per i prodotti elettronici ordinari, il coefficiente di espansione termica di diversi tipi di schede FR-4 può essere esaminato e confrontato per selezionare la scheda più adatta ai requisiti di progettazione del prodotto.
Garantire la qualità del foglio di rame e del substrato: selezionare un foglio di rame e un substrato affidabili per garantire un buon legame tra loro. Durante il processo di approvvigionamento, gli standard di qualità delle materie prime vengono rigorosamente controllati e vengono testati parametri quali la ruvidità e la purezza del foglio di rame, il contenuto di resina del substrato e la distribuzione delle fibre di vetro. Ad esempio, l'utilizzo di un foglio di rame con una superficie trattata in modo speciale può aumentare la sua adesione al substrato e ridurre il rischio di separazione tra il foglio di rame e il substrato durante la lavorazione.
Prevenzione in fase di progettazione
Disposizione ragionevole dei circuiti: nella progettazione della scheda PCB, la disposizione del circuito dovrebbe essere il più uniforme possibile per evitare che il foglio di rame si concentri in una determinata area. Per i componenti ad alta potenza e generazione di calore, è necessario che siano ragionevolmente dispersi e disposti e che si debbano utilizzare fogli di rame di dissipazione del calore su-area ampia per la dissipazione del calore, garantendo al tempo stesso una distribuzione uniforme dei fogli di rame di dissipazione del calore per bilanciare lo stress sulla scheda durante il trattamento termico. Ad esempio, quando si progetta la scheda madre di un computer, le linee di alimentazione e i fogli di rame per la dissipazione del calore dei chip ad alta-potenza come CPU e GPU sono distribuiti uniformemente sulla scheda madre per ridurre la deformazione causata dalla densità locale della lamina di rame.
Ottimizza il rapporto tra spessore della scheda e dimensioni: in base ai requisiti di utilizzo effettivi della scheda PCB, calcola e determina con precisione il rapporto ottimale tra spessore della scheda e dimensioni. Con la premessa di soddisfare i requisiti di prestazioni elettriche e resistenza meccanica, scegliere lo spessore della piastra appropriato per migliorare la rigidità della piastra. Per le schede PCB più grandi, la loro capacità antideformazione può essere migliorata aggiungendo nervature di rinforzo o adottando una struttura della scheda multi-strato. Ad esempio, nella progettazione di schede PCB di grandi dimensioni per apparecchiature di controllo industriale, vengono posizionate nervature di rinforzo sui bordi e sulle parti chiave della scheda, migliorando efficacemente la rigidità complessiva della scheda e riducendo la deformazione.
Miglioramento del processo produttivo
Controllo preciso del processo di pressatura: nel processo di pressatura vengono utilizzati apparecchiature di pressatura avanzate e sistemi di controllo per controllare con precisione la temperatura, la pressione e il tempo di pressatura. Sviluppare una curva ragionevole del processo di compressione per garantire che il pannello venga riscaldato e compresso uniformemente durante il processo di compressione e che ogni strato sia completamente incollato. Ad esempio, utilizzando un processo di riscaldamento segmentato e incollaggio a pressione costante, la resina viene inizialmente fatta scorrere a una temperatura inferiore per riempire gli spazi tra gli strati del pannello, quindi la temperatura viene gradualmente aumentata fino alla temperatura di indurimento mantenendo una pressione stabile per polimerizzare completamente il pannello e ridurre la generazione di stress interno.