Normy rovinnosti desky plošných spojů (PCB) jsou velmi důležité pro dobrý výkon. Prohnutí a zkroucení jsou způsoby, jakými se deska plošných spojů může ohýbat. Prohnutí je stav, kdy se deska zakřivuje podél své délky. Zkroucení je stav, kdy jsou rohy v různých výškách. Tyto problémy mohou ztížit montáž a poškodit fungování desky plošných spojů. Normy IPC-6011 říkají, že obvody by měly být vyvážené a vyrobeny stejně na obou stranách. To pomáhá zabránit prohnutí a zkroucení. Pokud je hmotnost mědi 3 oz/ft² nebo více, jsou nutná přísnější pravidla. Kontrola rovinnosti udržuje desku plošných spojů stabilní a eliminuje potřebu dalších podpůrných dílů.
Ohýbání a kroucení mění, jak plochá je deska plošných spojů, a rozhodují o tom, zda deska plošných spojů splní přísná průmyslová pravidla.
Key Takeaways
Prohýbání a kroucení způsobuje ohýbání desek plošných spojů, což může negativně ovlivnit jejich fungování. Je důležité kontrolovat prohýbání a kroucení. – Používání nástrojů IPC-TM-650 kontroluje rovinnost včas. To pomáhá rychle odhalit problémy a zajišťuje, aby desky splňovaly pravidla. – Výroba desek plošných spojů s rovnoměrným poměrem mědi a inteligentními místy propojení pomáhá zabránit prohýbání a kroucení při jejich výrobě. – Výběr dobrých materiálů a správné tloušťky udržuje desky plošných spojů pevné. Díky tomu je méně pravděpodobné, že se ohnou vlivem tepla nebo vody. – Dobrá komunikace mezi výrobci a zákazníky pomáhá rychleji řešit problémy a vylepšuje desky plošných spojů.
Standardy rovinnosti desek plošných spojů
Bow and Twist
Rovinnost desky plošných spojů (PCB) znamená, jak hladká a rovnoměrná je deska. Prohnutí a zkroucení jsou hlavní způsoby, jak může deska ztratit rovinnost. Prohnutí nastává, když se všechna čtyři rohy dotýkají desky, ale střed se zvedá. Zkroucení nastává, když se dotýkají tři rohy, ale jeden roh je výše nebo níže. Tyto problémy se mohou projevit během výroby desky, zejména po zahřívání. Prohnutí může být až 0.47 mm a mění se v závislosti na materiálu desky a teple. Zkroucení nastává, když se deska otáčí podél své diagonály, takže jeden roh je nahoru nebo dolů.
Prohnutí a zkroucení se nevyskytují podle běžného vzoru. Tyto změny způsobují různé materiály a teplo během pájení. Lidé používají speciální metody ke kontrole prohnutí a zkroucení. Prohlížejí si desku, používají nástroje pro kontrolu rovinnosti a někdy i 3D skenování. Pravidla jako IPC-TM-650 2.4.22 vysvětlují, jak měřit a schvalovat desky z hlediska prohnutí a zkroucení.
Níže uvedená tabulka ukazuje maximální povolené prohnutí a zkroucení pro každý typ prkna:
Typ desky | Maximální úklon a zkroucení (%) |
|---|---|
S povrchově montovanými zařízeními | 0.75% |
Bez SMD | 1.5% |
Tato omezení vycházejí z pravidel IPC 2422-1 a IPC 2422-2. Zajišťují, aby desky fungovaly dobře, i když se trochu ohnou.
Proč je rovinnost důležitá
Rovinnost je velmi důležitá pro fungování desky plošných spojů. Prohnutí a zkroucení může ztěžovat umisťování součástek na desku. Pokud deska není rovná, součástky nemusí správně pasovat a pájka nemusí dobře držet. To může způsobit přerušené obvody nebo slabá místa.
Studie ukazují, že ploché desky plošných spojů vydrží déle a fungují lépe. Příliš velké ohnutí nebo zkroucení zatěžuje pájené spoje. Způsob upevnění desky, například umístění šroubů, ovlivňuje míru jejího ohybu. Šrouby umístěné daleko od důležitých součástí pomáhají pájeným spojům vydržet déle. Pokud šrouby spojují desku plošných spojů s věcmi, které se vlivem tepla odlišně roztahují, pájené spoje se mohou rozbít až o 60 % dříve. Testy a počítačové modely ukazují, že plány podpory mění místo, kde začínají trhliny, a jak dlouho vydrží pájené spoje.
Výzkumníci zjistili, že plošší desky plošných spojů (PCB) dávají lepší výsledky při výrobě desek. Desky s menší koplanaritou mají méně problémů s pájením. Například při koplanaritě 0.177 mm je šance na přerušení pájky asi 1 %. Desky, které testy projdou, jsou obvykle plošší než ty, které neuspějí. Záleží také na tom, kde deska na panelu sedí a jak se odlamuje, ale rovnováha mědi a materiál na tom moc nemění.
Ovládání úhlu a zkroucení není jen o dodržování pravidel. Pomáhá každé desce plošných spojů dobře fungovat a vydržet déle v reálném životě.
Metody měření
IPC-TM-650
Inženýři používají různé způsoby, jak zkontrolovat, jak plochá je deska plošných spojů. Norma IPC-TM-650 vysvětluje, jak testovat prohnutí a zkroucení. Za tímto účelem položíte desku na rovný povrch. Poté změříte nejvyšší a nejnižší bod. K tomu se používají nástroje nebo speciální kamery. Mezi běžné nástroje patří stínové moiré, projekce proužků a konfokální měření. Tyto nástroje dokáží zjistit velmi malé změny výšky, někdy až 5 mikrometrů. Někteří konstruktéři chtějí ještě přesnější kontroly, například 1 nebo 3 mikrometry.
Pro měření rovinnosti je nutné provést několik kroků:
Nejprve desku opečte, abyste se zbavili vody.
Natřete tabuli na bílo, aby ji kamery lépe viděly.
Ustřihněte prkénko tak, aby se vešlo do trouby.
Umístěte termočlánky blízko testované oblasti, ale ne do ní.
Používejte pomalu stoupající teplotu, mezi 0.5 °C a 1.0 °C za sekundu.
Norma IPC-TM-650 také uvádí, že je třeba zkontrolovat velké panely před jejich rozřezáním na menší desky. Tím se zajistí, že všechny desky jsou před jejich sestavením v pořádku.
Přijatelné limity
Existují jasná pravidla pro to, jak plochá by měla být deska. Správná čísla závisí na druhu desky a na tom, jak bude používána. Níže uvedená tabulka ukazuje hlavní limity:
Typ desky | Limit úklonu a zkroucení (%) |
|---|---|
Desky plošných spojů pro povrchovou montáž | 0.75 |
Jiné typy desek | 1.5 |
Desky musí mít také správnou tloušťku a hladké hrany. Pokud je deska silnější než 31 mil, musí se lišit o ±10 % od správné tloušťky. Tenčí desky se mohou lišit pouze o ±3 mil. Pokud se deska ohne o více než 0.75 %, není pro většinu prací vhodná. Tato pravidla pomáhají zajistit, aby desky při výrobě a používání dobře fungovaly.
Dodržováním těchto testů ohybu a kroucení mohou firmy vyrábět desky, které splňují pravidla a tolik selhávají.
Faktory ovlivňující rovinnost desek plošných spojů
Design a rozvržení
Způsob, jakým navrhujete a rozmístíte desku plošných spojů, ovlivňuje, jak plochá zůstane. Inženýři se snaží udržet měď rovnoměrně na obou stranách. Pokud je na jedné straně více mědi, deska se může ohnout. K tomu dochází, když deska chladne. Vyvážené uspořádání pomáhá tomuto problému předcházet. Vodicí lišty a roviny se umisťují tak, aby rozložily napětí. Velké výřezy nebo drážky mohou vytvářet slabá místa. Tato slabá místa zvyšují pravděpodobnost prohnutí nebo zkroucení během laminace. Důležité je také místo, kam umístíte součástky a otvory. Dobrá volba designu pomáhá zabránit ohýbání. Díky tomu deska plošných spojů funguje lépe a vydrží déle.
Tip: Udržování rovnoměrného povrchu mědi a umístění součástek na chytrých místech pomáhá zabránit prohýbání a kroucení při výrobě desky plošných spojů.
Materiály a tloušťka
Materiály a tloušťka, které si vyberete, určují, jak plochá bude deska plošných spojů. Různé materiály se chovají odlišně v teple a vodě. FR4, teflon a flexibilní substráty mají své specifické vlastnosti. FR4 má střední součinitel tepelné roztažnosti (CTE), ale teflon je mnohem vyšší. Flexibilní substráty vyžadují zvláštní péči, aby zůstaly ploché. Když se tyto materiály během laminace zahřívají, zvětšují se a zmenšují různou rychlostí. To může vést k ohnutí nebo zkroucení desky.
Také tloušťka desky hodně záleží. Tenké desky se snáze ohýbají nebo kroutí. Silné desky se sice tolik neohýbají, ale mohou být příliš tuhé. Níže uvedená tabulka ukazuje, jak materiál a tloušťka ovlivňují rovinnost a toleranci:
Parametr | Popis | Vliv na rovinnost a tolerance desek plošných spojů |
|---|---|---|
Typ materiálu | FR4, teflon, flexibilní substráty | Různé součinitele tepelné roztažnosti (CTE) způsobují desky deformace nebo smrštění; teflon se hůře udržuje v rovině, flexibilní podklady vyžadují zvláštní péči. |
Rozsah tloušťky (mm) | 0.2-0.4 | Tolerance ±0.1 mm; silné desky ztrácejí flexibilitu, tenké jsou slabé |
Rozsah tloušťky (mm) | 0.5-1.0 | Tolerance ±0.2 mm; silné desky zpomalují vysokorychlostní signály, tenké desky nejsou stabilní |
Rozsah tloušťky (mm) | 1.0-1.5 | Tolerance ±0.3 mm; silné desky se obtížně montují, tenké se mohou zlomit |
Účinky tepelné roztažnosti | FR4 (14–16 ppm/°C), teflon (30–40 ppm/°C), polyimid (10–20 ppm/°C) | Vyšší CTE znamená větší deformaci, což negativně ovlivňuje rovinnost |
Environmentální faktory | Teplota, Vlhkost | Teplo a voda způsobují růst, smršťování nebo deformaci desek |
Výrobní proces | Tepelné namáhání při pájení reflow | Nerovnoměrné chlazení ohýbá desky a posouvá součástky |
Inženýři vybírají materiály a tloušťku na základě toho, co deska plošných spojů potřebuje. Také zohledňují, jak se tyto volby projeví v průhybu a zkroucení desky během její výroby a používání.
Počet vrstev
Počet vrstev v desce plošných spojů ovlivňuje míru jejího ohybu. Více vrstev znamená více kroků laminace. Každý krok využívá teplo a tlak. Tyto kroky mohou desku ohnout nebo zkroutit, pokud nejsou vyvážené. Více vrstev může znamenat větší namáhání. Pokud vrstvy nemají stejnou tloušťku nebo typ, deska se může po laminaci ohnout.
Designéři k tomu používají rovnoměrné vrstvení. Srovnávají vrstvy nad a pod středem. Díky tomu zůstává deska během výroby rovná. Pokud vrstvení není rovnoměrné, může se deska během laminace ohnout. Plánování počtu vrstev a vrstvení pomáhá zabránit prohýbání a kroucení.
Výrobní proces
Způsob, jakým je deska plošných spojů vyrobena, ovlivňuje její konečnou plochost. Každý krok, jako je laminace a pájení, může způsobit problémy. Laminace využívá teplo a tlak ke spojení vrstev. Pokud teplo nebo tlak nejsou rovnoměrné, deska se může ohnout. Ohýbání způsobuje i nerovnoměrné ochlazení po laminaci. Během pájení reflow se deska opět zahřeje. Toto teplo může desku ohnout, zejména pokud materiály rostou různou rychlostí.
Výrobci používají pečlivé kroky k zabránění těmto problémům. Během laminace sledují teplotu a tlak. Před pájením desky vypalují, aby se vysušily. Tyto kroky pomáhají zabránit prohýbání a kroucení. Týmy během výroby mnohokrát kontrolují rovinnost. Včasné kontroly odhalí problémy před dalším krokem. Dobrá kontrola procesu udržuje desku plošných spojů rovnou a snižuje pravděpodobnost problémů.
Poznámka: Udržování stabilního procesu během výroby a laminace je velmi důležité, aby se zabránilo ohýbání a kroucení každé desky plošných spojů.
Zajištění shody s předpisy pro plošné spoje (PCB)
Doporučené postupy
Výrobci používají různé způsoby, jak udržet rovinnost desek plošných spojů. Volí povrchové úpravy, jako je ENIG nebo ENEPIG. Tyto úpravy pomáhají udržet plošky rovné a pevné. Suché pájecí masky mohou desky velmi ploché, až do 5-7 mikrometrů. Inženýři navrhují vrstvy, které jsou na obou stranách stejné. Vyvažují měď, aby se zabránilo prohýbání a kroucení. Prázdná měděná místa se vyplňují, aby se udržel rovnoměrný pokov. Během laminace sledují teplo a tlak, aby se zabránilo deformaci. Níže uvedená tabulka uvádí některá důležitá čísla:
Vzhled | Detaily / Numerické benchmarky |
|---|---|
Limity deformace IPC | 0.1 % pro desky třídy 3; 0.05 % pro třídu 4; 0.2 % pro třídu 1 |
Tloušťka jádra | 1.6 mm pomáhá velkým panelům zůstat tuhými, pokud jsou delší než 400 mm |
Distribuce mědi | Vyvážená měď snižuje riziko deformace o 15–20 % |
Výběr materiálu | Vysokoteplotní FR-4 (>170 °C) nebo polyimid (až 260 °C) snižuje roztažnost přibližně o 20 % |
Tip: Včasná spolupráce s výrobci a rychlé testování desek může odhalit až 80 % problémů s rovinností před výrobou velkého množství desek.
Komunikace mezi výrobcem a zákazníkem
Dobrá komunikace mezi výrobci a zákazníky pomáhá s dodržováním předpisů pro desky plošných spojů . Obě strany by se měly před výrobou desek plošných spojů dohodnout na pravidlech rovinnosti. Sdílení plánů skládání, výběru materiálů a kroků laminace zabraňuje překvapením. Výrobci mohou ukázat počítačové testy, aby vysvětlili, jak se deska plošných spojů bude chovat během montáže. Zákazníci by měli výrobcům sdělit jakékoli problémy zjištěné při testování. Tato týmová práce pomáhá zlepšit jak návrh, tak i výrobní kroky.
Pravidelné schůzky udržují všechny v obraze.
Sdílení výsledků testů a vzorků pomáhá věci rychle vyřešit.
Mluvení o problémech při výrobě vede k rychlejším řešením.
Řešení problémů
Když se objeví problémy s rovinností, týmy postupují podle kroků k jejich opravě. Nejprve zkontrolují, zda je měď vyvážená a zda je naskládaná rovnoměrně. Poté zkontrolují, zda byly použity správné materiály a tloušťka. Pokud problém způsobila laminace nebo pájení, změní nastavení procesu. Někdy během montáže používají speciální držáky, aby se zabránilo ohýbání desek. Případové studie ukazují, že vyzkoušení nových návrhů nebo změna způsobu upevnění součástí může vyřešit složité problémy. Například evropský projekt senzorů dosáhl lepší rovinnosti testováním tří nových návrhů. To jim pomohlo vyrobit více desek. V oblasti zdravotnických prostředků vedlo vytváření mnoha testovacích desek a získání pomoci s návrhem k lepším výsledkům a pevnějším deskám.
Týmy, které včas odhalí problémy a zlepší své procesy, mají méně problémů s rovinností a lepší výkon desek plošných spojů.
Znalost standardů pro desky plošných spojů a toho, co ovlivňuje kvalitu, pomáhá inženýrům vyrábět dobré produkty. Dobrý návrh, výběr správných materiálů a pečlivé kroky zabraňují ohýbání desek. To také pomáhá lépe umisťovat součástky na desku. Níže uvedená tabulka ukazuje dva způsoby řezání desek. Ukazuje, jak každý způsob mění hranu a napětí:
Vzhled | Depanelizace otvoru pro razítko | Depaneling V-Scoringu |
|---|---|---|
Náklady na zpracování | Levné a snadné | Drahé a vyžaduje více práce |
Kvalita při odstraňování panelů | Okraje jsou drsné a je třeba je oříznout | Okraje jsou hladké a vypadají hezky |
Depanelingový stres | Bez velkého namáhání, dobré pro křehké díly | Velké namáhání, takže součásti potřebují ochranu |
Pružnost designu | Funguje pro mnoho tvarů a designů | Funguje pouze pro jednoduché, pravidelné tvary |
Vhodné scénáře | Vhodné pro malé úlohy a testovací desky | Nejlepší pro výrobu velkého množství desek, které musí být rovné |
Pro další pomoc si prostudujte pravidla IPC-6012 a IPC-2221. Častá kontrola tabulí a spolupráce pomáhají všem dosáhnout lepších výsledků.
Nejčastější dotazy
Co způsobuje ztrátu rovinnosti desky plošných spojů?
Mnoho věcí může způsobit, že deska plošných spojů nebude plochá. Pokud není měď rovnoměrně rozprostřena, může se deska ohnout. Výběr nesprávných materiálů také způsobuje problémy. Teplo během výroby desky může způsobit její prohnutí nebo zkroucení. Návrháři a výrobci si musí tyto věci dávat pozor, aby deska zůstala plochá.
Jak inženýři měří rovinnost desek plošných spojů?
Inženýři používají speciální nástroje ke kontrole rovinnosti. Mezi nástroje patří stínové moiré, projekce proužků a konfokální měření. Řídí se pravidly z IPC-TM-650. Deska se položí na rovný stůl. Poté se zkontrolují nejvyšší a nejnižší místa. To pomáhá zajistit, aby deska byla dostatečně kvalitní pro použití.
Co se stane, když deska plošných spojů nesplňuje normy pro rovinnost?
Pokud deska plošných spojů není dostatečně plochá, může to způsobit problémy. Součástky nemusí na desku správně pasovat. Pájené spoje mohou zeslabnout a zlomit se. To může způsobit, že deska přestane fungovat nebo že deska nevydrží dlouho. Výrobci musí problém před použitím desky vyřešit.
Mohou změny v designu zlepšit rovinnost desky plošných spojů?
Ano, změny v designu mohou pomoci udržet desky rovné. Inženýři vyvažují měděné vrstvy a vybírají vhodné materiály. Plánují rovnoměrné vrstvení. Nepoužívají velké výřezy a umisťují součástky na chytrá místa. Tyto kroky pomáhají zabránit prohýbání a kroucení při výrobě desky.
