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PCB技術

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PCBボードの変形は非常に害がありますが、なぜPCBボードの反りがあるのでしょうか。
2020-09-12
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Author:ipcb      Share

PCBボードの変形による害


自動表面実装ラインでは、回路基板が平坦でない場合、位置決めが不正確になり、部品を基板穴や表面実装パッドに挿入または取り付けできず、自動挿入機がクラッシュすることさえあります。コンポーネントを含む回路基板は溶接後に曲がっているため、コンポーネントのピンをトリミングするのは困難です。ボードはマシンのシャーシやソケットに取り付けることができないため、組立工場でもボードの反りが非常に心配です。現在、表面実装技術は高速性とインテリジェンスに向けて発展しており、さまざまなコンポーネントの本拠地であるPCBボードのより高い平坦性要件を提唱しています。


IPC規格では、SMDを使用したPCBボードの許容変形は0.75%、SMDを使用しないPCBボードの許容変形は1.5%であることが特に指摘されています。実際、高速および高速取り付けのニーズを満たすために、一部の電子アセンブリメーカーは変形に関してより厳しい要件を持っています。例えば、当社には許容変形0.5%を要求するお客様が複数いらっしゃいますが、個人のお客様も0.3%を要求する場合があります。


プリント基板は、銅箔、樹脂、ガラスクロスなどの素材で構成されています。各材料の物理的および化学的性質は異なります。一緒に押し付けられた後、それは必然的に残留熱応力を生成し、変形につながります。同時に、PCB処理のプロセスでは、高温、機械的切断、湿式処理、およびその他のプロセスもPCBの変形に重要な影響を及ぼします。つまり、PCBの変形の原因は複雑で多様です。さまざまな材料特性や処理によって引き起こされる変形をどのように低減または排除するかは、PCBメーカーが直面する複雑な問題の1つになっています。




PCBボードの 変形の原因分析


プリント基板の変形は、材料、構造、グラフィックスの分布、処理プロセスなどの観点から研究する必要があります。このペーパーでは、変形のさまざまな原因と改善方法を分析して詳しく説明します。


回路基板上の不均一な銅の表面積は、曲げや反りを悪化させます。


一般的な回路基板は、接地用に大面積の銅箔、場合によってはVCCで設計されます。これらの大面積の銅箔を同じ回路基板上に均等に分散できない場合、不均一な熱吸収と熱放散の問題が発生します。もちろん、回路基板も熱によって伸縮します。膨張と収縮を同時に達成できない場合、異なる応力と変形が発生します。このとき、ボードの温度がTG値に達すると、ボードが軟化し始め、変形します。


回路基板上の各層のビア(ビア)は、基板の膨張と収縮を制限します。


現在、ほとんどの回路基板は多層基板であり、層間にはリベットのような接続ポイント(ビア)があります。接続ポイントは、貫通穴、止まり穴、埋設穴に分けられます。接続点がある場合、ボードの伸縮の影響が限定され、ボードの曲げや反りが間接的に発生します




プリント基板の 変形の原因は次のとおりです。


(1)回路基板自体の重量により、基板がたるんだり変形したりすることがあります


一般に、はんだ付け炉はチェーンを使用して回路基板を駆動し、はんだ付け炉内を前進します。つまり、基板の両側が基板全体を支える支点として使用されます。ボードに重い部品がある場合、またはボードのサイズが大きすぎる場合、それ自体のシード量のために中央で凹みの現象が見られ、プレートが曲がります。


(2)V-CUTと接続ストリップの深さは、パネルの変形に影響します


基本的に、V-CUTは元の大きなプレートに溝を切るため、V-CUTの場所が変形しやすいため、ボード構造を破壊する主な原因です。


2.1積層材料、構造、および形状がプレートの変形に及ぼす影響に関する分析


PCBボードは、コアボード、半硬化シート、および外側の銅箔で構成されています。コアボードと銅箔の変形は、2つの材料のCTEに依存します。


銅箔のCTEは約17x10-6です。


Z方向のFR-4基板のCTEは、TGポイントで(50〜70)x10-6です。


Tg点より(250〜350)×10-6上にあり、X方向のCTEはガラスクロスの存在により銅箔に似ています。




によって引き起こされる変形 PCBボード 処理


PCBの変形の原因は非常に複雑であり、熱応力と機械的応力に分けることができます。熱応力は主にプレスの過程で発生し、機械的応力は主に積み重ね、取り扱い、焼き付けの過程で発生します。以下は、プロセスの順序での簡単な説明です。


銅張積層板:銅張積層板はすべて対称構造の両面プレートであり、図はありません。銅箔はガラスクロスのCTEとほぼ同じであるため、プレス工程で異なるCTEによる変形は発生しません。ただし、銅張積層板プレスのサイズが大きく、ホットプレートの領域ごとに温度差があるため、プレスプロセス中の領域ごとに樹脂の硬化速度と硬化度にわずかな違いがあります。同時に、加熱速度の違いによる動粘度にも大きな違いがあるため、硬化過程の違いによる局所応力も発生します。一般的に、この種の応力はプレス後もバランスを保ちますが、将来の処理で徐々に解放されて変形します。


ラミネーション:PCBラミネーションプロセスは、熱応力を生成するための主要なプロセスです。異なる材料または構造による変形は、前のセクションで分析されます。銅張積層板と同様に、硬化過程の違いによる局所応力も発生します。より厚い厚さ、多様なパターン分布、およびより多くの半硬化チップのために、PCBの熱応力はCCLの熱応力よりも除去するのがますます困難になっています。PCBボードの応力は、次の穴あけ、形状、またはバーベキュープロセスで解放され、ボードの変形を引き起こします。


ソルダーマスク、キャラクターベーキングプロセス:ソルダーレジストインクは硬化中に互いに積み重なることができないため、PCBボードは硬化のために棚に垂直に配置されます。はんだ抵抗温度は約150℃で、中・低Tg材料のTGポイントをわずかに上回っています。Tg点以上の樹脂は弾性が高く、自重やオーブン内の強風によりボードが変形しやすい状態です。


熱風はんだレベリング:スズ炉の温度は225℃〜265℃で、時間は3秒から6秒です。熱風の温度は280℃〜300℃です。はんだが平準化されると、プレートは室温からスズ炉に供給され、室温での後処理水洗浄は、排出後2分以内に実行されます。熱風はんだレベリングプロセス全体は、突然の加熱および冷却プロセスです。回路基板のさまざまな材料と不均一な構造により、熱応力は必然的に低温および高温プロセスで発生し、微小ひずみと全体的な変形ワーピングゾーンが発生します。


保管:半製品段階のPCBボードは、通常、棚にしっかりと挿入されます。保管中の棚の気密性の不適切な調整またはボードの積み重ねは、ボードの機械的変形を引き起こします。特に2.0mm未満のシートの場合、影響はより深刻です。




上記の要因に加えて、PCBの変形に影響を与える多くの要因があります。


の予防 PCBボードの 反り


プリント基板の反りは、プリント基板の製造に大きな影響を与えます。反りも回路基板製造の過程で重要な問題の1つです。コンポーネントのあるボードは溶接後に曲がり、コンポーネントの脚がきれいになりにくいです。ボードをシャーシまたはマシンのソケットに取り付けることはできないため、回路基板の反りは、後続のプロセス全体の通常の動作に影響を与えます。現在、プリント基板は表面実装とチップ実装の時代に入り、PCB反りの要件はますます高まっています。したがって、ギャングの途中でワープが発生している理由を調べる必要があります。


1.エンジニアリング設計:PCB設計で注意が必要な事項:a。層間プリプレグの配置は対称的である必要があります。たとえば、1〜2層と5〜6層の厚さ、およびプリプレグのシート数は一定である必要があります。そうしないと、ラミネート後に反りやすくなります。B.同じサプライヤーの製品を多層コアボードとプリプレグに使用するものとします。C.外側のA面とB面の回路図の面積はできるだけ近くする必要があります。銅面が大きく、B面が数本しかない場合、エッチング後のプリント基板は反りやすくなります。2つの辺の線面積の差が大きすぎる場合は、スパース側にいくつかの独立したグリッドを追加してバランスを取ることができます。


2.切断前のプレートの乾燥:ブランキング前の銅張積層板の乾燥(150℃で8±2時間)の目的は、プレート内の水分を除去すると同時に、プレート内の樹脂を完全に固化させることです。プレートに残っている応力を取り除きます。これは、ボードの反りを防ぐのに役立ちます。現在、多くの両面および多層ボードは、ブランキングの前後のベーキングのステップにまだ準拠しています。ただし、一部のボード工場にはいくつかの例外もあります。現在、各PCBファクトリーの乾燥時間は一貫しておらず、4時間から10時間の範囲です。製造されるプリント回路基板のグレードと顧客の反り要件に応じて、乾燥時間を決定することをお勧めします。2つの方法が実行可能であり、ボードをカットして乾燥させることをお勧めします。


3.プリプレグの縦方向と横糸方向:ラミネート後、縦糸と横糸の収縮率が異なるため、ブランキングとラミネートの際に縦糸と横糸を区別する必要があります。そうしないと、ラミネート後に完成したボードの反りが発生しやすく、乾燥ボードに圧力を加えても修正が困難になります。多層基板の反りの理由の多くは、ランダムな積み重ねによって引き起こされる、ラミネーション中にプリプレグの縦糸と横糸の方向が明確に区別されないことです。経度と緯度を区別する方法は?銅箔の場合、長辺は緯度で、短辺は経度です。不明な場合は、メーカーまたはサプライヤーにお問い合わせください。


オーブンで樹脂を4時間粉砕した後、摂氏4度後にラミネートから応力を取り除きます。


5.電気めっきの際は、薄板を真っ直ぐにする必要があります。板表面電気めっきおよびグラフィック電気めっきに0.4〜0.6 mmの極薄多層基板を使用する場合は、特殊なクランプローラーを作成する必要があります。自動電気めっきラインのフライングバスに薄板をクランプした後、電気めっき後のプレートが変形しないように、フライングバス全体のクランプローラーを丸棒で接続して、ローラー上のすべてのプレートを真っ直ぐにします。 。そのような対策がないと、20〜30ミクロンの銅層を電気めっきした後、薄板が曲がり、修復が困難になります。


6.熱風レベリング後のボード冷却:PCBは、熱風レベリング中にはんだ槽の高温(約250℃)の影響を受けます。取り出した後は、平らな大理石または鋼板の上に置いて自然冷却し、後処理機に送って清掃してください。これは、ボードの反り防止に適しています。鉛やスズの表面の明るさを高めるために、一部の工場では、熱風レベリングの直後にボードを冷水に入れ、数秒後に取り出して後処理します。1つの高温と1つの低温の影響により、一部のタイプのボードで反り、層間剥離、または膨れが発生する場合があります。また、冷却装置にエアフローティングベッドを設置することもできます。


7.ワーピングボード処理:整然と管理されている工場では、最終検査でプリント基板の100%平坦度検査が行われます。認定されていないボードはすべて取り出してオーブンに入れ、150℃で高圧下で3〜6時間乾燥させ、高圧下で自然冷却します。次に、圧力解放によってボードを取り出し、平坦度を確認します。このようにして、一部のボードを保存できます。一部のボードは、平らにするために2〜3回乾燥およびプレスする必要があります。ShanghaiHuabaoエージェントの空気圧ボード整経矯正機はShanghaiBellによって使用されており、PCBの反りの修復に非常に優れた効果があります。上記の反り防止プロセス対策が実施されていない場合、一部のボードは役に立たず、廃棄することしかできません。