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L'actualité PCB
Analyse des causes de la déformation des cartes PCB et comment les améliorer
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Analyse des causes de la déformation des cartes PCB et comment les améliorer

2021-12-28
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Author:pcb

Lorsque les cartes de circuits imprimés subissent une soudure par refusion, La plupart d'entre eux se plient et se déforment facilement. Dans les cas graves, Il peut même faire des composants vides. Comment le surmonter ?


(1). Les aléas de la déformation des circuits imprimés

Dans la ligne de montage en surface automatisée, si la carte de circuit imprimé n'est pas plate, cela entraînera un positionnement inexact, les composants ne peuvent pas être insérés ou montés sur les trous et les plots de montage en surface de la carte, et même la machine d'insertion automatique sera endommagée. La carte de circuit imprimé sur laquelle les composants sont installés est pliée après le soudage et les pieds des composants sont difficiles à couper proprement. La carte ne peut pas être installée sur le châssis ou la prise à l'intérieur de la machine. Alors..., L'usine de montage a rencontré une déformation de la carte de circuit. C'est très ennuyeux. La technologie actuelle de montage de surface est orientée vers, haute vitesse et intelligence, qui met en avant des exigences de planéité plus élevées pour les planches qui abritent divers composants. Dans les normes de la CIB, il est spécifiquement indiqué que la déformation admissible de la carte avec des dispositifs de montage en surface est de 0,75 %, et la déformation admissible des cartes PCB sans montage en surface est de 1,5 %. Afin de répondre aux exigences de haute précision et de placement à grande vitesse, certains fabricants d'assemblages électroniques ont des exigences plus strictes sur la quantité de déformation. La carte PCB est composée de feuille de cuivre, de résine, de Tissu de verre et d'autres matériaux. Les propriétés physiques et chimiques de chaque matériau sont différentes. Après avoir été pressés ensemble, des contraintes thermiques se produiront inévitablement, ce qui entraînera une déformation. En même temps, Pendant le traitement des PCB, il passera par haute température, Coupe mécanique, traitement humide, Attendez.. Divers procédés auront également un effet important sur la déformation de la carte. En bref, les raisons de la déformation de la carte PCB sont complexes et diverses. Comment réduire ou supprimer. une.


2. Analyse des causes de déformation

The deformation of PCB board needs to be studied from several aspects such as material, Structure, pattern distribution, Processus d'usinage, Attendez.. Cet article analysera et expliquera les causes possibles de déformation et les méthodes d'amélioration.. The uneven copper surface area on the circuit board will worsen the bending and warping of the board. En gros, a large area of copper foil is designed on the circuit board for grounding, Parfois, la couche VCC est mince, tandis que l'autre couche est une grande surface de feuille de cuivre. When these large-area copper foils are not evenly distributed on the same circuit board, Il provoque une absorption et une dissipation de chaleur inégales. Bien sûr., the circuit board will also expand. Rétrécissement à froid. If the expansion and contraction cannot be done at the same time, Il provoque différentes contraintes et déformations. En ce moment, Si la température de la carte de circuit a atteint la limite supérieure de la valeur Tg, the board will open.Commencer à ramollir, Provoquer une déformation. The connection points (vias, vias) of each layer on the circuit board will limit the expansion and contraction of the board. Today's circuit boards are mostly multi-layer boards, and there are connection points (vias) like rivets between the layers, and the connection points are again Divided into through holes, Trous aveugles et enfouis, where there are connection points, L'impact de l'expansion et de la contraction du Conseil d'administration sera limité., and it will also indirectly cause the board to bend and warp. Le poids de la planche déformera la dépression de la planche. En gros, Le four à reflux utilisera une chaîne pour conduire la carte de circuit vers l'avant dans le four à reflux., Oui., Les deux côtés de la plaque servent de pivot pour soutenir la plaque entière. If there are heavy parts on the board, Ou si la carte est trop grande, it will show a depression in the middle due to the amount of the board itself, Plier la carte de circuit. La profondeur de la coupe en V est essentiellement la même que la vidéo de la barre de connexion, V-Cut is the main culprit to destroy the board Structure. Parce que l'entaille en V coupe la rainure sur la grande feuille d'origine, Par conséquent, la position de l'entaille en V est facilement déformée..

2.1 Analysis of the influence of the material, structure, and graphics on the deformation of the plate
The PCB board is formed by pressing the core board and the prepreg and the outer copper foil. Déformation thermique du cœur et de la Feuille de cuivre sous pression. The amount of deformation depends on the coefficient of thermal expansion (CTE) of the two materials. The coefficient of thermal expansion of the copper foil ( CTE) is left and right, while ordinary FR-4 substrate is at the Z-direction CTE below the Tg point; above the TG point is (250~350)X10-6, Le cte dans la direction X est dû à la présence de tissu de verre, generally with copper foil is similar. Note sur le point TG: lorsque la température d'une carte imprimée à TG élevé augmente dans une zone, Le substrat passera du verre au caoutchouc, and the temperature at this time is called the glass transition temperature (Tg) of the board. Oui., Tg is the temperature (°C) at which the base material maintains rigidity. En d'autres termes,, ordinary PCB board substrate materials will not only soften, deform, melt, etc., at high temperatures.En même temps, it is also manifested in a sharp decline in mechanical and electrical characteristics. En gros, the Tg of the plate is more than 130 degrees, Un TG élevé est généralement supérieur à 170 degrés, and the medium Tg is about greater than 150 degrees. En règle générale, les PCB dont le TG est de 170 °C sont appelés PCB à TG élevé.. Avec l'augmentation de TG dans le substrat, the heat resistance, Résistance à l'humidité, chemical resistance, La stabilité et d'autres caractéristiques des planches imprimées seront constamment améliorées.The higher the TG value, Meilleure résistance à la température des circuits imprimés, especially in the lead-free process, Où les applications à forte teneur en TG sont plus courantes. High Tg refers to high heat resistance. Avec le développement rapide de l'industrie électronique, especially the electronic products represented by computers, Le développement de couches minces multifonctionnelles et multicouches élevées exige une plus grande résistance à la chaleur du substrat PCB, ce qui est une garantie importante.The emergence and development of the representative high-density mounting technology has made PCB boards more and more inseparable from the support of the high heat resistance of the
substrate in terms of small aperture, Câblage fin, and thinning. Alors..., the difference between general FR-4 and high Tg FR-4 is the mechanical strength, Stabilité dimensionnelle, adhesion, Absorption d'eau, and thermal decomposition of the material in the hot state, Surtout lorsqu'il est chauffé après absorption d'humidité. There are differences in various conditions such as expansion. Les produits à haute teneur en TG sont évidemment meilleurs que les substrats ordinaires de PCB. Expandtw1 les panneaux à noyau ayant des motifs intérieurs ont des Expansions différentes en raison de différences dans la distribution des motifs et l'épaisseur ou les propriétés du matériau des panneaux à noyau.. Lorsque la distribution du motif diffère de l'épaisseur du cœur ou des propriétés du matériau, it will be different. Lorsque la distribution des motifs est relativement uniforme, the material type is the same. Il va se déformer.. The asymmetry or uneven pattern distribution of the PCB board laminate structure will cause the CTE of different core boards to vary greatly, Déformation due au laminage. Le mécanisme de déformation peut être expliqué par les principes suivants:. Suppose there are two core boards with a large difference in CTE that are pressed together by a prepreg, Où la plaque centrale a cte est 1.5x10-5/℃, and the core board length is 1000 mm. Le procédé de pressage est utilisé comme prépreg pour la feuille adhésive, and the two core boards are bonded together through three stages of softening, Flux et graphiques complets, and curing. En ce moment, the deformation of the two core plates are respectively △LA=(180℃~30℃)x1.5x10 - 5M/℃X1000mm=2.25 mm; △LB=(180℃~30℃)X2.5X10-5M/„ x1000mm = 3.75 mm. Dans l'État libre, the two core plates are long and short, N'interférez pas les uns avec les autres., and have not yet deformed. Pendant la pression, it will be kept at high temperature for a period of time until the semi-cured is completely cured. At this time, the resin becomes a cured state and cannot flow at will. Ces deux panneaux de base sont combinés. When the temperature drops, S'il n'y a pas de liaison entre les couches de résine, the core The board will return to its original length without deformation. Les deux panneaux supérieurs sont collés par la résine de durcissement à haute température et ne peuvent pas être rétractés arbitrairement pendant le refroidissement.. Un panneau central doit être rétréci 3.75mm. En fait,, when the shrinkage is greater than 2.25 mm, it
will be hindered by the A core board. La force entre les deux carottes est équilibrée, the B core plate cannot shrink to 3.75mm, and the A core plate shrinks more than 2.25mm, so that the entire plate faces the B core plate.

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2.2 Deformation caused during PCB processing
The reason for the deformation of the PCB board processing process is very complicated and can be divided into two types of stress: thermal stress and mechanical stress. Dont:, the thermal stress is mainly generated during the pressing process, Les contraintes mécaniques se produisent principalement pendant le gerbage, handling, Et une plaque de cuisson.. The following is a brief discussion in the order of the process. Revêtements en cuivre introduits: les revêtements en cuivre sont recto - latéraux, with symmetrical structure and no graphics. Le coefficient de dilatation thermique de la Feuille de cuivre et du tissu de verre est presque le même, so there is almost no deformation caused by the difference in CTE during the pressing process. Cependant,, the size of the copper clad laminate press is large, Différence de température dans différentes zones de la plaque chaude, which will cause slight differences in the curing speed and degree of the resin in different areas during the pressing process, Différentes augmentations de température. There are also large differences in dynamic viscosity at different speeds, Par conséquent, des contraintes locales peuvent également se produire en raison des différences dans le processus de durcissement.. En gros, this kind of stress will maintain balance after pressing, Mais il sera progressivement libéré et déformé dans le processus d'usinage futur.
Pressing: The PCB board pressing process is the main process that generates thermal stress. Les déformations dues à différents matériaux ou structures sont présentées dans l'analyse de la section précédente.. Similar to the pressing of copper clad laminates, Les différences dans le processus de durcissement peuvent également causer des contraintes locales. PCB boards have more thermal stress than copper clad laminates because of thicker thickness, Répartition de la diversité, Et plus de prépreg. The stress in the PCB board is released during subsequent drilling, Forme, or grilling processes, Provoque une déformation de la carte de circuit.
Baking process of solder mask, Les gens, etc.: parce que l'encre de résistance à la soudure ne peut pas s'empiler l'une sur l'autre pendant le durcissement, PCB boards will be placed in a rack for curing. La température du masque de soudage est d'environ 150 °C, which just exceeds the Tg point of medium and low Tg materials. La résine au - dessus du point TG est très élastique, and the plate is easily deformed under the action of its own weight or the strong wind of the oven.
Nivellement de la soudure à l'air chaud: la température du four à étain est de 225 mm ~ 265 mm, and the time is 3S-6S when the ordinary board hot-air solder leveling. La température de l'air chaud est de 280  ~ 300 . Après le nivellement de la soudure, La plaque entre dans le four à étain à partir de la température ambiante, and the post-treatment water washing at room temperature will be carried out within two minutes after being out of the furnace. Tout le processus de nivellement de la soudure à air chaud est un processus soudain de chauffage et de refroidissement.
Parce que le matériau de la carte de circuit est différent, Structure inégale. Thermal stress will inevitably occur in the process, Zone de déformation entraînant une déformation microscopique et une déformation globale.
Storage: The storage of PCB boards in the semi-finished product stage is generally firmly inserted in the shelf, Réglage incorrect de l'étanchéité du cadre, or the stacking of the boards during the storage process will cause mechanical deformation of the boards. En particulier pour les tôles inférieures à 2.0mm, Les effets sont plus graves. In addition to the above factors, De nombreux facteurs influencent la déformation des PCB.

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3. Improvement measures
So how can we prevent the board from bending and warping when the PCB board passes through the reflow furnace?
1) Reduce the influence of temperature on the stress of the board: Since temperature is the main stress of the board, as long as the temperature of the reflow furnace is reduced or the rate of heating and cooling of the board in the reflow furnace is slowed down, La flexion et l'épaisseur de la plaque peuvent être considérablement réduites. The situation of warping happened. Mais il peut y avoir d'autres effets secondaires.
2) Using high Tg plates: Tg is the glass transition temperature, that is, the temperature at which the material changes from glass to rubber. Plus la valeur TG est faible, the faster the plate starts to soften after entering the reflow furnace. And the time
to become soft rubber state will be longer, of course the deformation of the board will be more serious. L'utilisation de TG plus élevés augmente la contrainte et la déformation des tôles, But the price of materials is relatively high.
3) Increase the thickness of the circuit board: In order to achieve the purpose of lighter and thinner for many electronic products, the thickness of the board has been left 1.0mm, 0.8mm, Même 0.6 mm thickness. Cette épaisseur doit être telle que la carte de circuit arrière du four à Reflow ne soit pas déformée., which is really difficult. Si la luminosité et la finesse ne sont pas requises, il est recommandé, the board can be used with a thickness of 1.6mm, which can be greatly reduced.Risque de flexion et de déformation des tôles.
4) Reduce the size of the circuit board and reduce the number of panels: Since most of the reflow furnaces use chains to drive the circuit board forward, En raison du poids de la planche elle - même, plus la taille de la planche est grande, plus les bosses dans le four de Reflow sont grandes , So try to put the long side of the circuit board as the side of the board on the chain of the reflow furnace, Cela réduit les dépressions et les déformations causées par le poids de la carte elle - même., and to put the board together. C'est également pour cette raison que le volume a diminué., that is, Lors du passage du four, try to use the narrow side to be perpendicular to the direction of the furnace to achieve the amount of depression deformation.
5) Used furnace tray fixture: If the above methods are difficult to achieve, the furnace tray is used to reduce the amount of deformation. Le plateau réduit la flexion de la tôle d'acier en raison de sa dilatation thermique ou de sa contraction à froid., It is hoped that the tray can hold the circuit board and wait until the temperature of the circuit board is lower than the Tg value and start to harden again, Pour maintenir la taille du jardin. If the single-layer support. Le plateau ne réduit pas la déformation de la carte de circuit, so it is necessary to add a layer of cover to clamp the circuit board with the upper and lower trays, so as to greatly reduce the problem of the deformation of the
circuit board through the reflow furnace. However, Les plateaux de four sont chers, and manual placement and recycling of the trays are required.
6) Use real connections and stamp holes instead of V-Cut's sub-board: Since V-Cut will destroy the structural strength of the board between the circuit boards, Essayez de ne pas utiliser de sous - panneaux V - cut, or reduce V -Cut depth. Optimisation des PCB. production engineering: The influence of different materials on the deformation of the board will be counted for the rate of defects in the board of different materials. Déformation des matériaux à faible Tg. The sinking rate is higher than that of high Tg materials. Les matériaux à haute teneur en TG énumérés dans le tableau ci - dessus sont du type emballage., and the CTE is less than that of low Tg materials. En même temps, during the processing after pressing, Température de cuisson 150 °C. The impact will definitely be greater than that of medium and high Tg materials. La conception technique doit éviter autant que possible l'asymétrie structurelle., material asymmetry, Conception asymétrique et graphique pour réduire la déformation. En même temps, Au cours de l'étude, it was also found that the core plate directly laminated structure is easier to deform than the copper foil laminated structure. Dans la conception technique, the frame form of the jigsaw panel also has a greater impact on the deformation.
Generally, PCB factories will have a continuous large copper frame and a non-continuous copper dot or copper block frame, Il y a des différences.. The reason why the deformation of the two frame forms is different is because of the strength of the continuous copper frame High, Grande rigidité dans le processus de sertissage, so that the residual stress in the plate is not easy to release, Après l'usinage de la forme, relâchez l'ensemble, resulting in more serious deformation. Le cadre discontinu en cuivre libère progressivement des contraintes pendant le pressage et l'usinage ultérieur., and the veneer deforms less after the shape. Ce sont quelques - uns des facteurs d'influence qui peuvent être impliqués dans la conception technique..Soyez flexible à l'époque. It can reduce the influence of deformation caused by the design.

3.3 Compression research
The effect of pressing on deformation is very important. Paramètres raisonnables, press selection and stacking methods can effectively reduce stress. Pour les panneaux généraux à structure symétrique, it is generally necessary to pay attention to the symmetrical stacking of panels when pressing, Et positionner symétriquement la plaque d'outils, le matériau tampon et d'autres outils auxiliaires. At the same time, Le choix d'une presse intégrée à froid et à chaud pour l'estampage peut évidemment également aider à réduire la contrainte thermique.. In order for the hot and cold split press to transfer the plates to the cold press at high temperatures (above GT temperature), La perte de pression et le refroidissement rapide du matériau au - dessus du point TG entraîneront une libération rapide des contraintes thermiques et des déformations., while the cold and hot integrated press can Realize the temperature reduction at the end of the hot pressing to avoid the pressure loss of the plate under high temperature. At the same time, for the special needs of customers, Il est inévitable qu'il y ait des plaques avec des matériaux ou des structures asymétriques. At this time, La déformation causée par les différents cte analysés dans l'article précédent sera très évidente. For this problem, Nous pouvons essayer de résoudre ce problème en utilisant la méthode de superposition asymétrique. Le principe est d'atteindre la carte PCB en utilisant le placement asymétrique du matériau tampon. The double-sided heating speed is different, Par conséquent, l'expansion et le rétrécissement des cyprès à noyau cte dans les phases de chauffage et de refroidissement sont affectés, et le problème de déformation incohérente est résolu.. It is the test result on a certain structural asymmetric plate of our company. Par superposition asymétrique, and adding a post-curing process after pressing, Et niveler avant l'expédition, this board finally meets the customer's 2.Exigence de 0 mm.

3.4 Other production processes
In the PCB board production process, in addition to pressing, Il existe plusieurs procédés de traitement à haute température pour les masques soudés, characterization and hot air leveling. Dont:, the temperature of the solder mask and the baking board after the character is 150 ℃. Comme indiqué ci - dessus, this temperature is in the ordinary Tg material. Au - dessus du point Tg, the material is in a highly elastic state and is easily deformed under external force. Therefore, avoid stacking the plates to prevent the lower plate from being bent when drying the plates, Assurez - vous que les assiettes sont propres lorsque vous les séchez.. The direction of the piece is parallel to the blowing direction. Pendant le nivellement à l'air chaud, it is necessary to ensure that the plate is placed in the tin furnace for cooling for more than 30 seconds to avoid sudden cold deformation caused by cold water washing after post-processing at high temperature. En plus du processus de production, the storage of PCB boards at each station also has a certain impact on the deformation. Dans certains fabricants, due to the large number of products to be produced and the small space, Empiler plusieurs planches ensemble pour le stockage. This will also cause the board to be deformed by external forces. Parce que les PCB ont aussi une certaine plasticité, these deformations will not be 100% restored in the subsequent leveling process.

3.5 Leveling before shipment
Most PCB board manufacturers will have a leveling process before shipment. Ceci est dû au fait que la déformation de la plaque due à la chaleur ou à la force mécanique est in évitable pendant l'usinage., and the board will be leveled by mechanical leveling or thermal baking before shipment. Peut être amélioré efficacement. Affected by the heat resistance of the solder mask and the surface coating layer, En général, la température de la plaque de cuisson est inférieure à 140 mm ƒ ~ 150 mm ƒ., TG Temperature exceeded for Common Materials, which is very beneficial to the leveling of ordinary boards, Mais pour les matériaux à forte teneur en TG, l'effet de nivellement n'est pas évident., so on individual high Tg boards with serious board warping, La température de la plaque de cuisson peut être augmentée correctement, but the main Ink and coating quality. At the same time, the method of pressing the plate during drying and increasing the cooling time with the furnace also has a certain effect on the deformation. From the test results of the leveling effect of the PCB board, it can be seen that increasing the weight and extending the furnace cooling time have a significant effect on the leveling of the deformation.