Akar penyebab utama kelengkungan PCB adalah distribusi tegangan yang tidak merata dan pelepasan tegangan yang tidak konsisten di dalam permukaan papan. Melalui kolaborasi rantai penuh pemilihan material, optimalisasi desain, dan kontrol proses, warpage dapat dikontrol secara stabil sesuai persyaratan standar industri.
Sumber inti warpage
Ketidakcocokan karakteristik material: Koefisien ekspansi termal (CTE) dari foil tembaga, resin fiberglass, dan substrat frekuensi tinggi sangat bervariasi, dan laju ekspansi dan kontraksi di bawah siklus suhu berbeda, mengakibatkan deformasi yang disebabkan oleh akumulasi tekanan internal. CTE arah Z pada substrat FR-4 biasa dapat mencapai 50-70ppm/ derajat , yang sangat berbeda dengan CTE foil tembaga pada 17ppm/ derajat . Risiko ketidakseimbangan stres lebih tinggi pada skenario tekanan campuran.
Cacat tata letak desain: Struktur penumpukan asimetris, perbedaan signifikan dalam cakupan foil tembaga antara sisi depan dan belakang, distribusi tembaga yang tidak merata di area yang luas, dapat secara langsung menyebabkan penyusutan yang tidak konsisten di kedua sisi selama proses pendinginan, yang merupakan penyebab desain inti dari lengkungan papan multi-lapis.
Stres proses manufaktur: Laju pemanasan/pendinginan yang berlebihan selama tahap pengepresan, pengetsaan yang tidak rata, pemanasan dan pendinginan mendadak pada perataan solder udara panas, dan creep papan di atas titik Tg selama pemanggangan masker solder akan menimbulkan tegangan sisa dalam jumlah besar, yang secara bertahap akan terlepas dan menyebabkan lengkungan selama pemrosesan selanjutnya.
Dampak lingkungan dan penyimpanan: PCB terpapar pada lingkungan dengan kelembapan tinggi dalam waktu lama dan menyerap kelembapan. Ketika dilakukan penyolderan reflow pada suhu tinggi, uap air dengan cepat mengembang, merusak struktur antar lapisan dan secara signifikan meningkatkan kemungkinan lengkungan atau bahkan delaminasi.
Skema kontrol warpage dimensi penuh
1. Pengendalian sumber pemilihan material
Prioritas harus diberikan pada kombinasi substrat yang sesuai dengan koefisien muai panas (CTE). Dalam skenario kompresi campuran frekuensi tinggi, material dengan CTE sumbu Z yang serupa harus dipilih sebanyak mungkin, seperti Rogers RO4835 yang dipasangkan dengan FR-4, yang dapat mengontrol lengkungan dalam 0,7%. Saring secara ketat substrat berstabilitas tinggi dengan struktur internal seragam dan nilai Tg lebih besar dari atau sama dengan 170 derajat untuk mengurangi risiko deformasi dari tingkat fundamental.
2. Keseimbangan tekanan selama fase desain
Terapkan desain penumpukan simetris secara ketat, capai simetri cermin di sekitar bagian tengah ketebalan pelat, dan sesuaikan dengan ketebalan pelat inti, jumlah lembaran setengah kering, dan distribusi lapisan tembaga dengan sempurna. Untuk papan multi-lapis, disarankan untuk menggunakan struktur sandwich "FR-4/pelat inti frekuensi tinggi/FR-4" untuk melawan tekanan termal.
Kontrol rasio area tembaga antara sisi depan dan belakang dalam 1,1:1 untuk menghindari penumpukan tembaga terkonsentrasi di satu sisi. Seimbangkan kadar sisa tembaga pada permukaan papan dengan menambahkan tembaga secara lokal, dan hilangkan masalah penyerapan dan pembuangan panas yang tidak merata.
3. Optimalisasi proses manufaktur yang tepat
Proses pengepresan mengadopsi proses pemanasan tersegmentasi, disesuaikan dengan kurva suhu khusus berdasarkan data eksperimen DOE, secara akurat mengontrol laju pemanasan dan waktu insulasi, memastikan aliran resin seragam, dan menghindari konsentrasi tegangan lokal.
Setelah kompresi, perlakuan pelepasan panas ditambahkan, dan pemanggangan bertahap dilakukan dalam kisaran suhu 150-180 derajat untuk meningkatkan ikatan silang dan pengawetan resin secara menyeluruh, melepaskan tegangan internal sisa terlebih dahulu, dan secara signifikan mengurangi risiko deformasi selama pemrosesan selanjutnya.
Sebelum online, PCB harus dihilangkan kelembapannya dan dipanggang pada suhu 150 derajat /8 jam untuk sepenuhnya menghilangkan bahaya lengkungan yang disebabkan oleh penyerapan kelembapan pada papan dan beradaptasi dengan kondisi suhu tinggi dari penyolderan reflow bebas timah.
4. Deteksi dan kontrol tambahan
Dengan menggunakan detektor lengkungan laser, berdasarkan standar IPC, pengujian kerataan dilakukan setelah setiap proses penting untuk membangun sistem ketertelusuran kualitas proses yang lengkap. Untuk pelat tipis berukuran besar dan papan rakitan berdensitas tinggi, didukung oleh pembawa khusus penyolderan reflow untuk menghindari deformasi akibat berat sendiri pada suhu tinggi.