Normy płaskości PCB są bardzo ważne dla zapewnienia dobrej wydajności. Wygięcie i skręcenie to czynniki, które mogą powodować wyginanie się płytki drukowanej. Wygięcie występuje, gdy płytka jest wygięta wzdłuż swojej długości. Skręcenie występuje, gdy rogi znajdują się na różnych wysokościach. Problemy te mogą utrudniać montaż i negatywnie wpływać na działanie płytki PCB. Normy IPC-6011 stanowią, że obwody powinny być zrównoważone i zbudowane tak samo po obu stronach. Pomaga to zapobiegać wyginaniu i skręceniu. W przypadku miedzi o masie 3 uncji/stopę kwadratową (XNUMX g/ft²) lub większej, konieczne są bardziej rygorystyczne zasady. Kontrola płaskości zapewnia stabilność płytki PCB i eliminuje potrzebę stosowania dodatkowych elementów podporowych.
Wygięcia i skręcenia zmieniają płaskość płytki PCB i decydują o tym, czy spełni ona surowe wymogi branżowe.
Na wynos
Wygięcia i skręcenia powodują wygięcia płytek PCB, co może negatywnie wpływać na ich działanie. Ważne jest, aby kontrolować wygięcia i skręcenia. – Narzędzia IPC-TM-650 pozwalają na wczesną kontrolę płaskości. Pomaga to szybko wykrywać problemy i zapewnia zgodność płytek z zasadami. – Wykonywanie płytek PCB z równomierną miedzią i inteligentnymi punktami rozmieszczenia elementów pomaga zapobiegać wygięciu i skręceniu podczas produkcji. – Wybór dobrych materiałów i odpowiedniej grubości zapewnia wytrzymałość płytek PCB. Dzięki temu są one mniej podatne na wygięcia pod wpływem ciepła lub wody. – Dobra komunikacja między producentami a klientami pomaga szybciej rozwiązywać problemy i poprawia jakość płytek PCB.
Normy płaskości PCB
Łuk i skręcanie
Płaskość płytki PCB oznacza, jak gładka i równa jest płytka. Wygięcie i skręcenie to główne przyczyny utraty płaskości płytki. Wygięcie występuje, gdy wszystkie cztery rogi stykają się ze sobą, ale środek jest uniesiony. Skręcenie występuje, gdy trzy rogi stykają się, ale jeden z nich jest wyżej lub niżej. Problemy te mogą pojawić się podczas produkcji płytki, szczególnie po nagrzaniu. Wygięcie może sięgać nawet 0.47 mm i zmienia się w zależności od materiału płytki i temperatury. Skręcenie występuje, gdy płytka obraca się po przekątnej, tak że jeden z rogów jest uniesiony lub opuszczony.
Wygięcie i skręcenie nie przebiegają zgodnie z normalnym schematem. Różne materiały i temperatura podczas lutowania powodują te zmiany. Ludzie stosują specjalne metody sprawdzania wygięcia i skręcenia. Obserwacja płytki, używanie narzędzi do pomiaru płaskości, a czasami skanowanie 3D. Przepisy takie jak IPC-TM-650 2.4.22 wyjaśniają, jak mierzyć i akceptować płytki pod kątem wygięcia i skręcenia.
Poniższa tabela przedstawia maksymalny kąt wygięcia i skręcenia dozwolony dla każdego typu deski:
Rodzaj płyty | Maksymalny łuk i skręt (%) |
|---|---|
Z urządzeniami do montażu powierzchniowego | 0.75% |
Bez SMD | 1.5% |
Te ograniczenia wynikają z przepisów IPC 2422-1 i IPC 2422-2. Gwarantują one prawidłowe działanie płyt, nawet jeśli lekko się wyginają.
Dlaczego płaskość ma znaczenie
Płaskość jest bardzo ważna dla prawidłowego działania płytki PCB. Wygięcia i skręcenia mogą utrudniać umieszczanie elementów na płytce. Jeśli płytka nie jest płaska, elementy mogą nie pasować idealnie, a lutowie może nie przylegać dobrze. Może to prowadzić do powstawania przerw w obwodach lub słabych punktów.
Badania pokazują, że płaskie płytki PCB są trwalsze i działają lepiej. Zbyt duże wygięcie lub skręcenie powoduje naprężenia w połączeniach lutowanych. Sposób mocowania płytki, np. miejsca przykręcenia śrub, wpływa na stopień jej wygięcia. Śruby umieszczone z dala od ważnych elementów wydłużają żywotność połączeń lutowanych. Jeśli śruby łączą płytkę PCB z elementami, które rozszerzają się inaczej pod wpływem ciepła, połączenia lutowane mogą pękać nawet o 60% szybciej. Testy i modele komputerowe pokazują, że plany podpór zmieniają miejsce powstawania pęknięć i trwałość połączeń lutowanych.
Naukowcy odkryli, że płaskie płytki PCB dają lepsze rezultaty w produkcji płytek. Płytki o mniejszej współpłaszczyznowości mają mniej problemów z lutowaniem. Na przykład, przy współpłaszczyznowości 0.177 mm, prawdopodobieństwo rozszczelnienia lutu wynosi około 1%. Płytki, które przeszły testy, są zazwyczaj bardziej płaskie niż te, które nie przeszły. Miejsce, w którym płytka jest umieszczona na panelu i sposób, w jaki się odłamuje, również ma znaczenie, ale balans miedzi i materiał nie mają na to większego wpływu.
Kontrola łuku i skrętu to nie tylko kwestia przestrzegania zasad. Pomaga ona każdej płytce drukowanej działać prawidłowo i dłużej w praktyce.
Metody pomiarowe
IPC-TM-650
Inżynierowie stosują różne metody sprawdzania płaskości płytki drukowanej. Norma IPC-TM-650 wyjaśnia, jak testować wygięcie i skręcenie. Aby to zrobić, należy umieścić płytkę na płaskiej powierzchni. Następnie mierzy się jej najwyższe i najniższe punkty. Do tego celu używa się narzędzi lub specjalnych kamer. Do popularnych narzędzi należą mora cieniowa, projekcja prążków i pomiar konfokalny. Narzędzia te pozwalają wykryć bardzo małe zmiany wysokości, czasami nawet do 5 mikrometrów. Niektórzy projektanci potrzebują jeszcze dokładniejszych kontroli, np. z dokładnością do 1 lub 3 mikrometrów.
Aby zmierzyć płaskość, należy wykonać następujące czynności:
Najpierw upiecz deskę, aby pozbyć się wody.
Pomaluj tablicę na biało, aby kamery mogły lepiej ją zobaczyć.
Przytnij deskę tak, aby zmieściła się w piekarniku.
Umieść termopary blisko, ale nie wewnątrz obszaru testowego.
Stosuj ogrzewanie, którego temperatura wzrasta powoli, o 0.5°C do 1.0°C na sekundę.
Norma IPC-TM-650 zaleca również sprawdzenie dużych paneli przed pocięciem ich na mniejsze płytki. Pozwala to upewnić się, że wszystkie płytki są w dobrym stanie przed ich połączeniem.
Dopuszczalne limity
Istnieją jasne zasady dotyczące tego, jak płaska powinna być deska. Prawidłowe wartości zależą od rodzaju deski i sposobu jej użytkowania. Poniższa tabela przedstawia główne ograniczenia:
Rodzaj płyty | Limit łuku i skrętu (%) |
|---|---|
Płytki drukowane do montażu powierzchniowego | 0.75 |
Inne typy płyt | 1.5 |
Deski muszą mieć również odpowiednią grubość i gładkie krawędzie. Jeśli deska jest grubsza niż 31 mil, jej grubość musi mieścić się w granicach ±10% od prawidłowej grubości. Cieńsze deski mogą odbiegać od normy tylko o ±3 mil. Jeśli deska wygina się o więcej niż 0.75%, nie nadaje się do większości zastosowań. Te zasady pomagają zapewnić prawidłowe działanie desek podczas produkcji i użytkowania.
Dzięki stosowaniu się do tych testów wyginania i skręcania firmy mogą produkować deski zgodne z przepisami i rzadziej ulegające awariom.
Czynniki wpływające na płaskość PCB
Projekt i układ
Sposób projektowania i układania płytki PCB wpływa na jej płaskość. Inżynierowie starają się, aby miedź była równomierna po obu stronach. Jeśli jedna strona ma więcej miedzi, płytka może się wygiąć. Dzieje się tak po ostygnięciu płytki. Zrównoważony układ warstw pomaga zapobiec temu problemowi. Ścieżki i płaszczyzny są rozmieszczone w celu rozłożenia naprężeń. Duże wycięcia lub szczeliny mogą stanowić słabe punkty. Te słabe punkty zwiększają prawdopodobieństwo wygięcia lub skręcenia podczas laminowania. Ważne jest również rozmieszczenie elementów i otworów. Odpowiednie dobranie projektu pomaga zapobiegać wyginaniu. Dzięki temu płytka PCB działa lepiej i jest trwalsza.
Wskazówka: Równomierne rozmieszczenie miedzi i umieszczenie części w odpowiednich miejscach pomaga zapobiegać wyginaniu się i skręcaniu podczas wykonanie płytki drukowanej.
Materiały i grubość
Wybrane materiały i grubość decydują o tym, jak płaska będzie płytka PCB. Różne materiały zachowują się inaczej pod wpływem ciepła i wody. FR4, teflon i podłoża elastyczne mają swoje specyficzne cechy. FR4 ma średni współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE), ale teflon jest znacznie wyższy. Podłoża elastyczne wymagają szczególnej uwagi, aby zachować płaską powierzchnię. Gdy te materiały nagrzewają się podczas laminowania, rosną i kurczą się z różną prędkością. Może to spowodować wygięcie lub skręcenie płytki.
Grubość deski również ma duże znaczenie. Cienkie deski wyginają się lub skręcają łatwiej. Grube deski nie wyginają się tak mocno, ale mogą być zbyt sztywne. Poniższa tabela pokazuje, jak materiał i grubość wpływają na płaskość i tolerancję:
Parametr | OPIS | Wpływ na płaskość i tolerancje PCB |
|---|---|---|
Rodzaj materiału | FR4, Teflon, Podłoża elastyczne | Różne współczynniki rozszerzalności cieplnej powodują odkształcanie się lub kurczenie płyt; teflon trudniej utrzymać płasko, elastyczne podłoża wymagają specjalnej pielęgnacji |
Zakres grubości (mm) | 0.2-0.4 | Tolerancja ±0.1 mm; grube płyty tracą elastyczność, cienkie są słabe |
Zakres grubości (mm) | 0.5-1.0 | Tolerancja ±0.2 mm; grube płytki spowalniają sygnały o dużej prędkości, cienkie nie są stabilne |
Zakres grubości (mm) | 1.0-1.5 | Tolerancja ±0.3 mm; grube płyty są trudne w montażu, cienkie mogą pękać |
Efekty rozszerzalności cieplnej | FR4 (14-16 ppm/°C), teflon (30-40 ppm/°C), poliimid (10-20 ppm/°C) | Wyższy współczynnik CTE oznacza większe odkształcenie, które pogarsza płaskość |
Czynniki środowiskowe | Temperatura, wilgotność | Ciepło i woda powodują, że deski rosną, kurczą się lub odkształcają |
Proces produkcji | Naprężenie cieplne lutowania rozpływowego | Nierównomierne chłodzenie powoduje wyginanie płyt i przesuwanie części |
Inżynierowie dobierają materiały i grubość na podstawie wymagań płytki PCB. Biorą również pod uwagę, jak te wybory wpływają na wygięcie i skręcenie płytki podczas jej produkcji i użytkowania.
Liczba warstw
Liczba warstw w płytce PCB zmienia stopień jej wygięcia. Więcej warstw oznacza więcej etapów laminowania. Każdy etap wymaga użycia ciepła i ciśnienia. Te etapy mogą spowodować wygięcie lub skręcenie płytki, jeśli nie są zrównoważone. Więcej warstw może oznaczać większe naprężenia. Jeśli warstwy nie mają tej samej grubości lub rodzaju, płytka może się wygiąć po laminowaniu.
Projektanci stosują równomierne układanie warstw, aby temu zaradzić. Dopasowują warstwy nad i pod środkiem. Dzięki temu deska pozostaje płaska podczas produkcji. Jeśli układanie warstw nie jest równomierne, deska może się wyginać podczas laminowania. Zaplanowanie liczby warstw i układania warstw pomaga zapobiec wyginaniu i skręcaniu.
Proces produkcji
Sposób wykonania płytki PCB wpływa na jej płaskość na końcu. Każdy etap, taki jak laminowanie i lutowanie, może powodować problemy. Laminowanie wykorzystuje ciepło i nacisk do sklejania warstw. Jeśli ciepło lub nacisk nie są równomierne, płytka może się wygiąć. Nierównomierne chłodzenie po laminowaniu również powoduje wygięcie. Podczas lutowania rozpływowego płytka ponownie się nagrzewa. To ciepło może spowodować wygięcie płytki, zwłaszcza jeśli materiały rosną w różnym tempie.
Producenci stosują odpowiednie środki ostrożności, aby zapobiec tym problemom. Kontrolują temperaturę i ciśnienie podczas laminowania. Wygrzewają płytki przed lutowaniem, aby je wysuszyć. Te kroki pomagają zapobiec wyginaniu i skręcaniu. Zespoły wielokrotnie sprawdzają płaskość podczas produkcji. Wczesne kontrole wykrywają problemy przed kolejnym krokiem. Dobra kontrola procesu utrzymuje płytkę PCB w płaskiej formie i zmniejsza ryzyko wystąpienia problemów.
Uwaga: Utrzymanie stabilnego procesu w trakcie produkcji i laminowania jest bardzo ważne, aby zapobiec wyginaniu się i skręcaniu każdej płytki PCB.
Zapewnienie zgodności PCB
Najlepsze praktyki
Producenci stosują różne sposoby, aby zachować płaskość PCB. Wybierają wykończenia powierzchni, takie jak ENIG lub ENEPIG. Te wykończenia pomagają utrzymać równe i mocne pady. Maseczki lutownicze z suchą warstwą mogą sprawić, że płytki będą bardzo płaskie, nawet do 5-7 mikrometrów. Inżynierowie projektują układy warstw, które są takie same po obu stronach. Równoważą miedź, aby zapobiec wyginaniu i skręcaniu. Puste miejsca miedzi są wypełniane, aby zapewnić równomierne pokrycie. Podczas laminowania kontrolują temperaturę i ciśnienie, aby zapobiec odkształcaniu. Poniższa tabela zawiera kilka ważnych wartości:
WYGLĄD | Szczegóły / Wartości odniesienia numerycznego |
|---|---|
Limity odkształceń IPC | 0.1% dla tablic klasy 3; 0.05% dla klasy 4; 0.2% dla klasy 1 |
Grubość rdzenia | Grubość 1.6 mm pomaga zachować sztywność dużych paneli o szerokości powyżej 400 mm |
Dystrybucja miedzi | Zrównoważona miedź zmniejsza ryzyko odkształceń o 15-20% |
Wybór materiałów | Wysoka temperatura zeszklenia FR-4 (>170°C) lub poliimid (do 260°C) zmniejsza rozszerzalność o około 20% |
Wskazówka: Wczesna współpraca z producentami i szybkie wykonanie płytek testowych pozwala wykryć do 80% problemów z płaskością przed rozpoczęciem produkcji dużej liczby płytek.
Komunikacja producent-klient
Dobra komunikacja między producentami a klientami pomaga zgodność z PCBObie strony powinny uzgodnić zasady płaskości przed rozpoczęciem produkcji płytek. Udostępnienie planów układania płytek, wyboru materiałów i etapów laminowania zapobiega niespodziankom. Producenci mogą pokazać testy komputerowe, aby wyjaśnić, jak płytka PCB będzie się zachowywać podczas montażu. Klienci powinni informować producentów o wszelkich problemach wykrytych podczas testów. Taka praca zespołowa pomaga usprawnić zarówno projektowanie, jak i proces produkcji.
Dzięki regularnym spotkaniom wszyscy są na bieżąco.
Udostępnianie wyników testów i próbek pomaga szybko rozwiązywać problemy.
Rozmowa o problemach w prowadzeniu do szybszych rozwiązań.
Rozwiązywanie problemów
Gdy pojawiają się problemy z płaskością, zespoły podejmują kroki, aby je rozwiązać. Najpierw sprawdzają, czy miedź jest zrównoważona, a ułożenie warstw jest równomierne. Następnie sprawdzają, czy zastosowano odpowiednie materiały i grubości. Jeśli przyczyną problemu była laminacja lub lutowanie, zmieniają ustawienia procesu. Czasami podczas montażu używają specjalnych uchwytów, aby zapobiec wyginaniu się płytek. Studia przypadków pokazują, że testowanie nowych projektów lub zmiana sposobu mocowania części może rozwiązać poważne problemy. Na przykład, europejski projekt czujnika poprawił płaskość, testując trzy nowe projekty. To pomogło im w stworzeniu większej liczby płytek. W urządzeniach medycznych, wykonanie wielu płytek testowych i skorzystanie z pomocy projektanta doprowadziło do lepszych rezultatów i wytrzymałości płytek.
Zespoły, które wcześnie wykrywają problemy i udoskonalają swoje procesy, mają mniej problemów z płaskością płytek PCB i lepszą wydajność.
Znajomość standardów PCB i czynników wpływających na jakość pomaga inżynierom tworzyć dobre produkty. Dobry projekt, dobór odpowiednich materiałów i staranne wykonanie zapobiegają wyginaniu się płytek. Pomaga to również lepiej układać elementy na płytce. Poniższa tabela przedstawia dwa sposoby rozcinania płytek. Pokazuje, jak każdy z nich zmienia krawędź i naprężenia:
WYGLĄD | Depanelowanie otworów stemplowych | Depanelowanie V-Scoring |
|---|---|---|
Koszt przetwarzania | Tanie i łatwe do zrobienia | Drogie i wymagające więcej pracy |
Jakość depanelowania | Krawędzie są szorstkie i wymagają przycięcia | Krawędzie są gładkie i ładnie wyglądają |
Stres depanelowy | Niewielki stres, dobry dla delikatnych części | Dużo stresu, więc części wymagają ochrony |
Elastyczność projektu | Pasuje do wielu kształtów i wzorów | Działa tylko w przypadku prostych, regularnych kształtów |
Odpowiednie scenariusze | Nadaje się do małych prac i tablic testowych | Najlepiej nadaje się do tworzenia dużej liczby desek, które muszą być płaskie |
Aby uzyskać więcej pomocy, zapoznaj się z zasadami IPC-6012 i IPC-2221. Częste sprawdzanie tablic i wspólna praca pomagają wszystkim osiągać lepsze wyniki.
FAQ
Co powoduje utratę płaskości płytki PCB?
Wiele czynników może sprawić, że płytka PCB będzie nierówna. Jeśli miedź nie jest równomiernie rozłożona, płytka może się wygiąć. Dobór niewłaściwych materiałów również może powodować problemy. Ciepło podczas produkcji płytki może powodować jej wygięcie lub skręcenie. Projektanci i producenci muszą zwracać na to uwagę, aby płytka była płaska.
Jak inżynierowie mierzą płaskość płytek PCB?
Inżynierowie używają specjalnych narzędzi do sprawdzania płaskości. Niektóre z nich to mora cieniowa, projekcja prążków i pomiar konfokalny. Postępują zgodnie z zasadami IPC-TM-650. Płytkę umieszcza się na płaskim stole. Następnie sprawdza się najwyższe i najniższe punkty. Pomaga to upewnić się, że płytka nadaje się do użytku.
Co się stanie, jeśli płytka PCB nie spełni norm płaskości?
Jeśli płytka PCB nie jest wystarczająco płaska, może to powodować problemy. Elementy mogą nie pasować idealnie do płytki. Połączenia lutownicze mogą ulec osłabieniu i pęknięciu. Może to spowodować, że płytka przestanie działać lub nie będzie działać długo. Producenci muszą rozwiązać ten problem przed oddaniem płytki do użytku.
Czy zmiany w projekcie mogą poprawić płaskość płytki PCB?
Tak, zmiany w projekcie mogą pomóc utrzymać płytki w płaskiej formie. Inżynierowie dobierają odpowiednie warstwy miedzi i dobierają odpowiednie materiały. Planują równomierny układ warstw. Nie stosują dużych wycięć i umieszczają elementy w przemyślanych miejscach. Te kroki pomagają zapobiec wyginaniu się i skręcaniu płytki podczas jej produkcji.
