Wróć

Wyginanie się PCB w procesie montażu

Jeśli profil temperaturowy pozostaje niezmienny, jakie mogą być przyczyny zjawiska łukowatego wyginania się PCB w procesie montażu?
Opublikowano: 2021-09-02

Matt Stevenson, dyrektor marketingu firmy Sunstone Circuits tłumaczy na jednym z blogów: ‘Istnieją czynniki zarówno w procesie produkcji PCB, jak i w procesie montażu, które mogą mieć wpływ na zachowanie płaskiej powierzchni PCB. Niektóre z tych czynników mogą być zmienne w czasie, co zależy głównie od środków kontroli stosowanych w procesie produkcji i montażu.

Po stronie produkcyjnej, wypaczanie się płytki może być spowodowane zmianami w używanym materiale, zmianą stosu płyt lub zmianami w procesie produkcji. Najczęstsze zmiany produkcyjne, które mogą być za to odpowiedzialne, to brak kontroli temperatury (tj. większe wahania) podczas laminowania, termicznego utwardzanie maski lutowniczej, procesu HAL lub wygrzewania w celu uzyskania płaskiej powierzchni na poziomie gotowej płytki.Wahania temperatury mogą powodować naprężenie lub odkształcenie się materiału, które ulegają rozprężeniu, gdy PCB ponownie jest podgrzewane, tym razem w procesie montażu.

Od czasu do czasu operatorzy wygrzewają PCB przed montażem, aby rozwiązać inne problemy z jakością, takie jak odgazowywanie itp., jednak etap ten również może powodować naprężenia wewnątrz PCB. Innym możliwym źródłem jest nieodpowiednie podparcie podczas etapu lutowania na fali (problem ten jest tym większy, im większa jest płytka).

Symulacja łukowatego ugięcia PCB wykonanna przez © Doosan Electronics

Ostatnim obszarem, który może spowodować wypaczanie się płytek, jest sam jej projekt. Jeśli w projekcie występuje brak równowagi miedzi (warstwa do warstwy) lub grubość dielektryka w całym projekcie jest niezrównoważona, może to również powodować naprężenia i obciążenia płyty. Pozytywny wpływ na odporność projektu na wypaczenia ma więc równomierne rozmieszczenia warstw płaskich i sygnałowych w konstrukcji, przy użyciu stałych grubości dielektryków (przynajmniej symetrycznie, od góry do dołu) i staranne rozłożenie miedzi na poszczególnych warstwach podczas rozrysowywania layoutu układu'.

Fritz Byle, inżynier procesu z firmy Astronautics, nieco rozszerza katalog potencjalnych źródeł problemów: ‘Istnieją cztery główne możliwe przyczyny, na które należy zwrócić uwagę:

  • Konstrukcja PCB (brak równowagi miedzi nierównowaga)
  • Produkcja PCB (błąd procesu)
  • Problemy z podparciem PCB (uginanie się pod wpływem grawitacji)
  • Naprężenia mechaniczne w przenośniku pieca'.

Nowością w zestawieniu Fritza Byle jest ten ostatni punkt, przenośnik pieca. Fritz wyjaśnia, jaka sytuacją ma na myśli: ‘Trzeba przyjrzeć się przenośnikowi pieca i upewnić się, że jeśli jest to przenośnik krawędziowy, to szerokość nie jest ustawiona zbyt ciasno. Nawet jeśli na wejściu pieca nie można dostrzec takiego problemu,  może on pojawić się wewnątrz pieca z dwóch powodów: nierównoległych szyn oraz minimalny wzrost rozmiarów PCB w efekcie ogrzewania. Z kolej jeśli piec ma podpórkę środkową, należy upewnić się, że jest ona prawidłowo ustawiona i nie powoduje podniesienia środka płytki’.

The Root Causes & Solutions for Warped PC Boards - Electronics Maker

Łukowato wygięta PCB podczas procesu montażu © Electronic Maker

Natomiast bardzo głęboko w problem budowy samego PCB wnika Michael J Gay z Isola Laminate Systems: ‘Miedź ma współczynnik CTE [tj. współczynnik rozszerzalności cieplnej] na poziomie 17 ppm w porównaniu z CTE w zakresie 11-24 ppm w osi x-y CTE dla laminatu. Dielektryki o niskiej zawartości żywicy mają niskie wartości CTE w osi x-y, a dielektryki o dużej zawartości żywicy mają wysokie CTE x-y. Może to prowadzić do następujących problemów:

  • Niezrównoważony rozkład miedzi w płaszczyźnie x-y
  • Niezrównoważona miedź, tj. ciężka warstwa miedzi kontra lekka w osi Z
  • Niezrównoważona konstrukcja dielektryczna lub stack up
  • Zastosowanie odmiennych [niekompatybilnych] materiałów – konstrukcja hybrydowa

Nawet jeśli niektóre z powyższych czynników rzeczywiście mają miejsce, proces produkcji może zniwelować ich wpływ i zmniejszyć lub zwiększyć skłonność PCB do wyginania się lub skręcania. Problemy mogą w szczególności wystąpić na etapie laminowania. Następujące problemy mogą prowadzić do wygięcia i skręcenia:

  • Zbyt szybkie chłodzenie od temperatury utwardzania, zwłaszcza w pierwszych minutach procesu chłodzenia w prasie. Problem ten jest dość powszechny podczas korzystania z zimnej prasy i zimnej wody. Zbyt szybkie schładzanie jest najczęstszą przyczyną wygięcia, jednak można go łatwo uniknąć, dostosowując proces do zaleceń producentów laminatów. Szczególnie ważna jest nie tyle średnia szybkość chłodzenia, co maksymalna szybkość w dowolnym momencie procesu.
  • Niewłaściwe ustawienia cyklu pracy prasy skutkują dużymi wahaniami temperatury stosie i nierównomiernym utwardzeniem poszczególnych warstw.
  • Usterki prasy, takie jak awaria elementu grzejnego, powodująca nieprawidłowy  rozkład temperatury na płycie prasy.
  • Nadmierna siła użyta do rozdzielania płytek z panelu może również powodować jego wypaczenie. Panele mają tendencję do sklejania się i często są siłą rozdzielane przez operatora.

I jeszcze jednak ważna uwago ze strony przedstawiciela producenta laminatu: ‘Jeśli naprawiasz wypaczone płytki i wygrzewasz je pod obciążeniem, należy je schładzać bardzo powoli, aby uzyskać ich łagodną relaksację. Istnieje wiele powodów, aby nie stosować tej metody do ratowania PCB, ale czasami jest to po prostu konieczne. Zawsze bierz też pod uwagę możliwość uszkodzenia wykończenia powierzchni i zmniejszenia lutowności’.

https://pbtechnik.com.pl/pl/produkty/wyposazenie-produkcji/stacje-naprawcze
https://pbtechnik.com.pl/pl/produkty/wyposazenie-produkcji/stacje-naprawcze