Dalam pembuatan dan penerapan papan sirkuit cetak, lengkungan merupakan faktor penting yang mempengaruhi kinerja dan keandalannya. Lengkungan papan PCB tidak hanya menyebabkan penyolderan komponen elektronik yang buruk, menyebabkan kegagalan sambungan listrik, tetapi juga mempengaruhi keakuratan perakitan produk secara keseluruhan dan mengurangi kualitas produk. Oleh karena itu, penerapan skema pengendalian kelengkungan papan PCB yang efektif sangat penting untuk meningkatkan kualitas papan PCB dan memastikan pengoperasian perangkat elektronik yang stabil.
1, Analisis penyebab lengkungan papan PCB
Faktor materi
Perbedaan karakteristik papan: Berbagai jenis papan PCB, seperti FR-4 umum, CEM-3, dll., memiliki koefisien muai panas yang berbeda. Selama proses pembuatan PCB, saat menjalani-pengelasan suhu tinggi dan proses lainnya, pemuaian termal yang tidak merata pada setiap lapisan papan dapat dengan mudah menimbulkan tekanan internal, yang menyebabkan lengkungan. Misalnya, papan FR-4 memiliki koefisien muai panas yang relatif besar pada arah sumbu Z. Pada lingkungan bersuhu tinggi, pemuaian pada arah sumbu Z lebih besar dibandingkan pemuaian pada sumbu X dan Y. Karakteristik ekspansi anisotropik ini meningkatkan risiko lengkungan.
Ikatan foil tembaga dengan substrat: Foil tembaga, sebagai bagian penting dari sirkuit pembawa papan PCB, juga dapat memengaruhi tingkat lengkungan karena ikatannya dengan substrat. Jika gaya ikatan antara foil tembaga dan substrat tidak merata selama proses laminasi, pemisahan atau perpindahan relatif antara foil tembaga dan substrat dapat terjadi seiring dengan perubahan suhu dan tekanan mekanis selama pemrosesan dan penggunaan selanjutnya, yang menyebabkan papan PCB melengkung.
Faktor desain
Tata letak sirkuit yang tidak rata: Tata letak sirkuit yang tidak rata pada papan PCB dapat menyebabkan distribusi tegangan yang tidak merata pada papan. Jika distribusi foil tembaga di area tertentu terlalu padat, sedangkan area lain relatif jarang, selama pemrosesan termal, area padat foil tembaga menyerap lebih banyak panas dan mengembang ke tingkat yang lebih besar, membentuk perbedaan tegangan internal yang besar dengan area foil tembaga yang jarang, yang menyebabkan papan PCB melengkung. Misalnya, dalam desain papan PCB pada beberapa-produk elektronik berdaya tinggi, area tempat terkonsentrasinya perangkat berdaya memiliki area foil tembaga yang besar dan ketebalan yang tebal. Jika tata letaknya tidak sesuai, dapat dengan mudah menyebabkan deformasi papan di area tersebut.
Ketidaksesuaian antara ketebalan dan ukuran papan: Ada hubungan proporsional tertentu antara ketebalan dan ukuran papan PCB. Jika ketebalan papan terlalu tipis dan ukurannya terlalu besar, kekakuan papan tidak mencukupi, dan mudah terpengaruh oleh gaya eksternal dan tekanan termal selama pemrosesan dan penggunaan, sehingga mengakibatkan lengkungan. Sebaliknya, jika ketebalan papan terlalu besar dan ukurannya terlalu kecil, hal ini dapat meningkatkan biaya karena desain yang berlebihan, dan juga dapat menyebabkan lengkungan selama pemrosesan karena konsentrasi tegangan.
Faktor proses manufaktur
Masalah proses pengepresan: Pengepresan adalah proses penting dalam pembuatan papan PCB. Jika suhu, tekanan, dan waktu pengepresan tidak dikontrol dengan baik, hal ini dapat menyebabkan ikatan yang longgar atau tidak merata antar lapisan di dalam papan, sehingga menimbulkan tegangan internal dan lengkungan. Misalnya, jika suhu pengepresan terlalu tinggi atau laju pemanasan terlalu cepat, lembaran akan melunak secara berlebihan dan rentan mengalami deformasi di bawah tekanan; Tekanan kompresi yang tidak merata dapat menyebabkan ikatan yang tidak konsisten antara bagian-bagian papan yang berbeda, sehingga mengakibatkan lengkungan.
2, skema kontrol lengkungan papan PCB
Optimalisasi pemilihan material
Mencocokkan koefisien muai panas: Saat memilih papan PCB, usahakan memilih bahan dengan koefisien muai panas yang sama ke segala arah untuk mengurangi tekanan internal yang disebabkan oleh perbedaan muai panas. Untuk beberapa skenario aplikasi yang memerlukan lengkungan yang sangat tinggi, seperti papan PCB pada peralatan elektronik dirgantara, material dengan koefisien muai panas dan isotropi rendah seperti substrat keramik dapat dipertimbangkan. Untuk produk elektronik biasa, koefisien muai panas berbagai jenis papan FR-4 dapat disaring dan dibandingkan untuk memilih papan yang lebih sesuai dengan persyaratan desain produk.
Pastikan kualitas foil tembaga dan substrat: Pilih foil tembaga dan substrat yang andal untuk memastikan ikatan yang baik di antara keduanya. Selama proses pengadaan, standar kualitas bahan baku dikontrol secara ketat, dan parameter seperti kekasaran dan kemurnian kertas tembaga, kandungan resin pada substrat, dan distribusi serat kaca diuji. Misalnya, menggunakan kertas tembaga dengan permukaan yang diberi perlakuan khusus dapat meningkatkan daya rekatnya pada media dan mengurangi risiko pemisahan antara kertas tembaga dan media selama pemrosesan.
Pencegahan selama fase desain
Tata letak sirkuit yang masuk akal: Dalam desain papan PCB, tata letak sirkuit harus seragam mungkin untuk menghindari foil tembaga terkonsentrasi di area tertentu. Untuk komponen dengan daya tinggi dan pembangkitan panas tinggi, komponen tersebut harus tersebar dan diatur secara wajar, dan-lembar tembaga pembuangan panas dengan area luas harus digunakan untuk pembuangan panas, sekaligus memastikan distribusi lembaran tembaga pembuangan panas yang seragam untuk menyeimbangkan tekanan pada papan selama pemrosesan termal. Misalnya, saat mendesain motherboard komputer, jalur catu daya dan lembaran tembaga pembuangan panas dari chip berdaya tinggi seperti CPU dan GPU didistribusikan secara merata pada motherboard untuk mengurangi lengkungan yang disebabkan oleh kepadatan foil tembaga lokal.
Optimalkan rasio ketebalan papan terhadap ukuran: Berdasarkan persyaratan penggunaan aktual papan PCB, hitung secara akurat dan tentukan rasio optimal ketebalan papan terhadap ukuran. Dengan alasan memenuhi persyaratan kinerja listrik dan kekuatan mekanik, pilih ketebalan pelat yang sesuai untuk meningkatkan kekakuan pelat. Untuk papan PCB yang lebih besar, kemampuan anti lengkungannya dapat ditingkatkan dengan menambahkan rusuk penguat atau mengadopsi struktur papan multi-lapisan. Misalnya, dalam desain papan PCB besar untuk peralatan kontrol industri, rusuk penguat dipasang di tepi dan bagian penting papan, yang secara efektif meningkatkan kekakuan papan secara keseluruhan dan mengurangi lengkungan.
Perbaikan proses manufaktur
Kontrol proses pengepresan yang tepat: Dalam proses pengepresan, peralatan pengepresan canggih dan sistem kontrol digunakan untuk mengontrol suhu, tekanan, dan waktu pengepresan secara tepat. Kembangkan kurva proses kompresi yang masuk akal untuk memastikan bahwa papan dipanaskan dan dikompresi secara merata selama proses kompresi, dan setiap lapisan terikat sepenuhnya. Misalnya, dengan menggunakan pemanasan tersegmentasi dan proses pengikatan tekanan konstan, resin awalnya dialirkan pada suhu yang lebih rendah untuk mengisi celah di antara lapisan papan, dan kemudian suhu secara bertahap ditingkatkan ke suhu pengawetan sambil mempertahankan tekanan stabil untuk menyembuhkan papan sepenuhnya dan mengurangi timbulnya tekanan internal.