Na fabricação e aplicação de placas de circuito impresso, o empenamento é um fator importante que afeta seu desempenho e confiabilidade. O empenamento da placa PCB pode não apenas levar à soldagem deficiente dos componentes eletrônicos, causando falhas na conexão elétrica, mas também afetar a precisão geral da montagem do produto e reduzir a qualidade do produto. Portanto, a implementação de um esquema eficaz de controle de empenamento da placa PCB é de importância crucial para melhorar a qualidade da placa PCB e garantir a operação estável dos dispositivos eletrônicos.
1, Análise das causas do empenamento da placa PCB
Fatores materiais
Diferenças nas características da placa: Diferentes tipos de placas PCB, como FR-4 comum, CEM-3, etc., têm diferentes coeficientes de expansão térmica. Durante o processo de fabricação da placa de circuito impresso, ao passar por soldagem-de alta temperatura e outros processos, a expansão térmica desigual de cada camada da placa pode facilmente gerar tensão interna, levando ao empenamento. Por exemplo, a placa FR-4 tem um coeficiente de expansão térmica relativamente grande na direção do eixo Z. Em ambientes de alta temperatura, a expansão na direção do eixo Z é maior do que nos eixos X e Y. Esta característica de expansão anisotrópica aumenta o risco de empenamento.
Ligação da folha de cobre ao substrato: A folha de cobre, como parte fundamental dos circuitos de transporte da placa PCB, também pode afetar o grau de empenamento devido à sua ligação ao substrato. Se a força de ligação entre a folha de cobre e o substrato for irregular durante o processo de laminação, a separação ou deslocamento relativo entre a folha de cobre e o substrato pode ocorrer com mudanças de temperatura e estresse mecânico durante o processamento e uso subsequente, levando ao empenamento da placa PCB.
Fatores de projeto
Layout de circuito irregular: O layout desigual do circuito em placas PCB pode levar a uma distribuição desigual de tensão na placa. Se a distribuição da folha de cobre em uma determinada área for muito densa, enquanto outras áreas são relativamente esparsas, durante o processamento térmico, a área densa da folha de cobre absorve mais calor e se expande em maior extensão, formando uma grande diferença de tensão interna com a área esparsa da folha de cobre, o que faz com que a placa PCB se deforme. Por exemplo, no projeto da placa PCB de alguns produtos eletrônicos de alta-potência, a área onde os dispositivos de energia estão concentrados tem uma grande área de folha de cobre e espessura espessa. Se o layout não for razoável, pode facilmente causar deformação da placa nessa área.
Incompatibilidade entre a espessura e o tamanho da placa: Existe uma certa relação proporcional entre a espessura e o tamanho da placa PCB. Quando a espessura da placa é muito fina e o tamanho é muito grande, a rigidez da placa é insuficiente e é facilmente afetada por forças externas e tensões térmicas durante o processamento e uso, resultando em empenamento. Pelo contrário, se a espessura da placa for muito grande e o tamanho muito pequeno, pode aumentar os custos devido ao design excessivo, podendo também causar empenamentos durante o processamento devido à concentração de tensões.
Fatores do processo de fabricação
Problema no processo de prensagem: A prensagem é um processo crítico na fabricação de placas PCB. Se a temperatura, a pressão e o tempo de prensagem não forem controlados adequadamente, isso pode levar a uma ligação solta ou irregular entre as camadas dentro da placa, resultando em tensão interna e empenamento. Por exemplo, se a temperatura de prensagem for muito alta ou a taxa de aquecimento for muito rápida, a folha amolecerá excessivamente e ficará propensa à deformação sob pressão; A pressão de compressão desigual pode levar a uma ligação inconsistente entre as diferentes partes da placa, resultando em empenamento.
2, esquema de controle de empenamento da placa pcb
Otimização da seleção de materiais
Coeficiente de expansão térmica correspondente: Ao selecionar placas PCB, tente escolher materiais com coeficientes de expansão térmica semelhantes em todas as direções para reduzir o estresse interno causado pelas diferenças na expansão térmica. Para alguns cenários de aplicação que exigem empenamento extremamente alto, como placas PCB em equipamentos eletrônicos aeroespaciais, podem ser considerados materiais com baixo coeficiente de expansão térmica e isotropia, como substratos cerâmicos. Para produtos eletrônicos comuns, o coeficiente de expansão térmica de diferentes tipos de placas FR-4 pode ser avaliado e comparado para selecionar a placa mais adequada aos requisitos de design do produto.
Garanta a qualidade da folha de cobre e do substrato: Selecione uma folha de cobre e substrato confiáveis para garantir uma boa ligação entre eles. Durante o processo de aquisição, os padrões de qualidade das matérias-primas são rigorosamente controlados e parâmetros como rugosidade e pureza da folha de cobre, teor de resina do substrato e distribuição das fibras de vidro são testados. Por exemplo, o uso de folha de cobre com uma superfície especialmente tratada pode aumentar sua adesão ao substrato e reduzir o risco de separação entre a folha de cobre e o substrato durante o processamento.
Prevenção durante a fase de design
Layout razoável dos circuitos: No projeto da placa PCB, o layout do circuito deve ser o mais uniforme possível para evitar que a folha de cobre se concentre em uma determinada área. Para componentes com alta potência e alta geração de calor, eles devem ser razoavelmente dispersos e dispostos, e folhas de cobre de dissipação de calor de grande área devem ser usadas para dissipação de calor, garantindo ao mesmo tempo uma distribuição uniforme de folhas de cobre de dissipação de calor para equilibrar o estresse na placa durante o processamento térmico. Por exemplo, ao projetar uma placa-mãe de computador, as linhas de fonte de alimentação e as folhas de cobre de dissipação de calor de chips de alta potência, como CPU e GPU, são distribuídas uniformemente na placa-mãe para reduzir o empenamento causado pela densidade local da folha de cobre.
Otimize a proporção entre a espessura e o tamanho da placa: com base nos requisitos reais de uso da placa PCB, calcule e determine com precisão a proporção ideal entre a espessura e o tamanho da placa. Partindo da premissa de atender aos requisitos de desempenho elétrico e resistência mecânica, escolha a espessura adequada da placa para melhorar a rigidez da placa. Para placas PCB maiores, sua capacidade anti-deformação pode ser aprimorada adicionando nervuras de reforço ou adotando uma estrutura de placa multi-camadas. Por exemplo, no projeto de grandes placas PCB para equipamentos de controle industrial, nervuras de reforço são colocadas nas bordas e nas partes principais da placa, melhorando efetivamente a rigidez geral da placa e reduzindo o empenamento.
Melhoria do processo de fabricação
Controle preciso do processo de prensagem: No processo de prensagem, equipamentos avançados de prensagem e sistemas de controle são usados para controlar com precisão a temperatura, pressão e tempo de prensagem. Desenvolva uma curva de processo de compressão razoável para garantir que a placa seja aquecida e comprimida uniformemente durante o processo de compressão e que cada camada esteja totalmente ligada. Por exemplo, usando um processo de aquecimento segmentado e ligação de pressão constante, a resina flui inicialmente a uma temperatura mais baixa para preencher as lacunas entre as camadas da placa e, em seguida, a temperatura é aumentada gradualmente até a temperatura de cura, mantendo uma pressão estável para curar completamente a placa e reduzir a geração de tensão interna.