Стандарты плоскостности печатной платы очень важны для хорошей производительности. Изгиб и скручивание — это способы, которыми печатная плата может сгибаться. Изгиб — это когда плата изгибается по своей длине. Скручивание — это когда углы находятся на разной высоте. Эти проблемы могут усложнить сборку и навредить работе печатной платы. Стандарты IPC-6011 гласят, что схемы должны быть сбалансированы и построены одинаково с обеих сторон. Это помогает предотвратить изгиб и скручивание. Когда вес меди составляет 3 унции/фут² или более, необходимы более строгие правила. Контроль плоскостности обеспечивает устойчивость печатной платы и устраняет необходимость в дополнительных опорных деталях.
Изгибы и повороты изменяют плоскостность печатной платы и определяют, будет ли печатная плата соответствовать жестким отраслевым нормам.
Основные выводы
Изгиб и скручивание заставляют печатные платы изгибаться, что может навредить их работе. Важно контролировать изгиб и скручивание. – Использование инструментов IPC-TM-650 позволяет проверить плоскостность на ранней стадии. Это помогает быстро находить проблемы и гарантирует, что платы соответствуют правилам. – Изготовление печатных плат с ровными медными и интеллектуальными пятнами деталей помогает предотвратить изгиб и скручивание при их изготовлении. – Выбор хороших материалов и правильной толщины сохраняет прочность печатных плат. Это снижает вероятность их изгиба от тепла или воды. – Хорошее общение между производителями и клиентами помогает быстрее устранять проблемы и улучшает качество печатных плат.
Стандарты плоскостности печатных плат
Лук и твист
Плоскостность печатной платы означает, насколько гладкая и ровная плата. Изгиб и скручивание — основные способы, которыми плата может потерять плоскостность. Изгиб происходит, когда все четыре угла касаются стола, но середина поднимается вверх. Скручивание происходит, когда три угла касаются, но один угол выше или ниже. Эти проблемы могут проявиться во время изготовления платы, особенно после этапов нагрева. Изгиб может достигать 0.47 мм и меняется в зависимости от материала платы и нагрева. Скручивание происходит, когда плата поворачивается по своей диагонали, так что один угол оказывается вверху или внизу.
Изгиб и скручивание не следуют обычному шаблону. Различные материалы и тепло во время пайки вызывают эти изменения. Люди используют специальные способы проверки изгиба и скручивания. Они смотрят на плату, используют инструменты для проверки плоскостности и иногда 3D-сканирование. Такие правила, как IPC-TM-650 2.4.22, объясняют, как измерять и принимать платы для изгиба и скручивания.
В таблице ниже показаны максимально допустимые прогибы и скручивания для каждого типа доски:
Тип платы | Максимальный изгиб и скручивание (%) |
|---|---|
С устройствами для поверхностного монтажа | 0.75%. |
Без SMD-монтажа | 1.5%. |
Эти ограничения исходят из правил IPC 2422-1 и IPC 2422-2. Они гарантируют, что доски будут работать хорошо, даже если они немного прогнутся.
Почему плоскостность имеет значение
Плоскостность очень важна для того, насколько хорошо работает печатная плата. Изгибы и скручивания могут затруднить размещение деталей на плате. Если плата не плоская, детали могут не подойти как следует, а припой может плохо прилипнуть. Это может привести к разрывам цепей или появлению слабых мест.
Исследования показывают, что плоские печатные платы служат дольше и работают лучше. Слишком большой изгиб или скручивание создает нагрузку на паяные соединения. То, как вы крепите плату, например, куда вы вставляете болты, изменяет степень ее изгиба. Болты, расположенные далеко от важных деталей, помогают паяным соединениям служить дольше. Если болты соединяют печатную плату с вещами, которые по-разному расширяются при нагревании, паяные соединения могут разрушиться на 60% раньше. Тесты и компьютерные модели показывают, что планы поддержки изменяют место начала трещин и продолжительность службы паяных соединений.
Исследователи обнаружили, что более плоские печатные платы дают лучшие результаты при изготовлении плат. Платы с меньшей копланарностью имеют меньше проблем с пайкой. Например, при копланарности 0.177 мм вероятность разрыва пайки составляет около 1%. Платы, которые проходят тесты, обычно более плоские, чем те, которые не проходят. То, где плата находится на панели и как она отламывается, также имеет значение, но баланс меди и материал не сильно меняют ситуацию.
Контроль изгиба и скручивания — это не просто следование правилам. Он помогает каждой печатной плате работать хорошо и служить дольше в реальной жизни.
Методы измерения
ИПК-ТМ-650
Инженеры используют разные способы проверки плоскостности печатной платы. Стандарт IPC-TM-650 объясняет, как проверить ее на изгиб и скручивание. Для этого вы кладете плату на плоскую поверхность. Затем вы измеряете самые высокие и самые низкие точки. Для этого используются инструменты или специальные камеры. Некоторые распространенные инструменты — это теневой муар, проекция полос и конфокальное измерение. Эти инструменты могут обнаружить очень маленькие изменения высоты, иногда такие крошечные, как 5 микрометров. Некоторые проектировщики хотят еще более точные проверки, например, 1 или 3 микрометра.
Для измерения плоскостности необходимо выполнить несколько шагов:
Сначала обжарьте доску, чтобы удалить воду.
Покрасьте доску в белый цвет, чтобы камерам было лучше видно.
Разрежьте доску так, чтобы она поместилась в духовку.
Размещайте термопары вблизи зоны испытания, но не внутри нее.
Используйте медленно повышающееся тепло — от 0.5°C до 1.0°C в секунду.
Стандарт IPC-TM-650 также предписывает проверять большие панели перед тем, как разрезать их на более мелкие платы. Это позволяет убедиться, что все платы в порядке, прежде чем их собирать.
Приемлемые пределы
Существуют четкие правила того, насколько плоской должна быть доска. Правильные цифры зависят от того, какой это вид доски и как она будет использоваться. В таблице ниже показаны основные ограничения:
Тип платы | Предел изгиба и скручивания (%) |
|---|---|
Печатные платы поверхностного монтажа | 0.75 |
Другие типы досок | 1.5 |
Доски также должны быть правильной толщины и иметь гладкие края. Если доска толще 31 мил, она должна быть в пределах ±10% от правильной толщины. Более тонкие доски могут отклоняться только на ±3 мила. Если доска прогибается более чем на 0.75%, это недопустимо для большинства работ. Эти правила помогают убедиться, что доски хорошо работают при изготовлении и использовании.
Следуя этим испытаниям на изгиб и скручивание, компании могут производить доски, которые соответствуют правилам и реже выходят из строя.
Факторы, влияющие на плоскостность печатной платы
Дизайн и макет
То, как вы проектируете и размещаете печатную плату, влияет на то, насколько плоской она остается. Инженеры стараются равномерно распределить медь с обеих сторон. Если на одной стороне больше меди, плата может согнуться. Это происходит, когда плата остывает. Сбалансированное наложение помогает решить эту проблему. Дорожки и плоскости размещаются для распределения напряжения. Большие вырезы или щели могут создавать слабые места. Эти слабые места делают изгиб или скручивание более вероятными во время ламинирования. То, где вы размещаете детали и отверстия, также имеет значение. Правильный выбор в конструкции помогает предотвратить изгиб. Это заставляет печатную плату работать лучше и служить дольше.
Совет: равномерное распределение меди и размещение деталей в нужных местах помогает предотвратить изгиб и скручивание при изготовление печатной платы.
Материалы и толщина
Материалы и толщина, которые вы выберете, определяют, насколько плоской будет печатная плата. Различные материалы по-разному ведут себя с теплом и водой. FR4, тефлон и гибкие подложки имеют особые характеристики. FR4 имеет средний КТР, но КТР тефлона намного выше. Гибкие подложки требуют особого ухода, чтобы оставаться плоскими. Когда эти материалы нагреваются во время ламинирования, они увеличиваются и уменьшаются с разной скоростью. Это может привести к изгибу или скручиванию платы.
Толщина доски также имеет большое значение. Тонкие доски легче гнутся или скручиваются. Толстые доски не так сильно гнутся, но могут быть слишком жесткими. Таблица ниже показывает, как материал и толщина изменяют плоскостность и допуск:
Параметр | Описание | Влияние на плоскостность и допуски печатной платы |
|---|---|---|
Тип материала | FR4, Тефлон, Гибкие подложки | Различные коэффициенты теплового расширения приводят к деформации или усадке плат; тефлон сложнее сохранять плоским, гибкие подложки требуют особого ухода. |
Диапазон толщины (мм) | 0.2-0.4 | Допуск ±0.1 мм; толстые доски теряют гибкость, тонкие — непрочные |
Диапазон толщины (мм) | 0.5-1.0 | Допуск ±0.2 мм; толстые платы замедляют высокоскоростные сигналы, тонкие нестабильны |
Диапазон толщины (мм) | 1.0-1.5 | Допуск ±0.3 мм; толстые платы трудно монтировать, тонкие могут сломаться |
Эффекты теплового расширения | FR4 (14-16 ppm/°C), Тефлон (30-40 ppm/°C), Полиимид (10-20 ppm/°C) | Более высокий КТР означает большую деформацию, что ухудшает плоскостность. |
Факторы окружающей среды | Температура, влажность | Тепло и вода заставляют доски расти, сжиматься или деформироваться. |
Производственные процессы | Термическое напряжение при пайке оплавлением | Неравномерное охлаждение изгибает платы и смещает детали |
Инженеры выбирают материалы и толщину на основе того, что нужно печатной плате. Они также думают о том, как эти выборы изменяют изгиб и скручивание во время изготовления и использования платы.
Количество слоев
Количество слоев в печатной плате влияет на то, насколько она изгибается. Больше слоев означает больше этапов ламинирования. На каждом этапе используется тепло и давление. Эти этапы могут заставить плату изгибаться или скручиваться, если они не сбалансированы. Больше слоев может означать большее напряжение. Если слои не одинаковой толщины или типа, плата может изгибаться после ламинирования.
Дизайнеры используют ровные стопки, чтобы помочь в этом. Они сопоставляют слои выше и ниже середины. Это сохраняет доску плоской во время изготовления. Если стопка неровная, доска может согнуться во время ламинирования. Планирование количества слоев и стопки помогает предотвратить изгиб и скручивание.
Производственный процесс
То, как сделана печатная плата, меняет то, насколько она плоская в конце. Каждый шаг, как ламинирование и пайка, может вызвать проблемы. Ламинирование использует тепло и давление для склеивания слоев. Если тепло или давление неравномерны, плата может погнуться. Неравномерное охлаждение после ламинирования также приводит к изгибу. Во время пайки оплавлением плата снова нагревается. Это тепло может заставить плату погнуться, особенно если материалы растут с разной скоростью.
Производители предпринимают осторожные шаги, чтобы остановить эти проблемы. Они следят за температурой и давлением во время ламинирования. Они выпекают платы перед пайкой, чтобы высушить их. Эти шаги помогают остановить изгиб и скручивание. Команды проверяют плоскостность много раз во время изготовления. Ранние проверки обнаруживают проблемы до следующего шага. Хороший контроль процесса сохраняет печатную плату плоской и снижает вероятность возникновения проблем.
Примечание: Очень важно поддерживать постоянный процесс изготовления и ламинирования, чтобы исключить изгиб и скручивание каждой печатной платы.
Обеспечение соответствия печатным платам
Лучшие практики
Производители используют разные способы сохранения плоскостности печатной платы. Они выбирают поверхностная отделка типа ENIG или ENEPIG. Эти покрытия помогают площадкам оставаться ровными и прочными. Сухие пленочные паяльные маски могут сделать платы очень плоскими, вплоть до 5-7 микрометров. Инженеры проектируют стеки, которые одинаковы с обеих сторон. Они балансируют медь, чтобы предотвратить изгиб и скручивание. Пустые медные пятна заполняются, чтобы покрытие оставалось ровным. Во время ламинирования они следят за температурой и давлением, чтобы предотвратить деформацию. В таблице ниже приведены некоторые важные цифры:
Аспект | Подробности / Численные показатели |
|---|---|
Пределы коробления IPC | 0.1% для плат класса 3; 0.05% для класса 4; 0.2% для класса 1 |
Толщина сердечника | 1.6 мм помогает большим панелям оставаться жесткими, если их толщина превышает 400 мм |
Распределение меди | Сбалансированная медь снижает риск коробления на 15–20 % |
Выбор материала | Высокотемпературный FR-4 (>170°C) или полиимид (до 260°C) снижает расширение примерно на 20% |
Совет: Раннее сотрудничество с производителями и быстрое изготовление тестовых плат может помочь обнаружить до 80% проблем с плоскостностью до изготовления большого количества плат.
Связь между производителем и потребителем
Хорошая коммуникация между производителями и клиентами помогает соответствие печатной плате. Обе стороны должны согласовать правила плоскостности перед изготовлением плат. Обмен планами укладки, выбором материалов и этапами ламинирования предотвращает сюрпризы. Производители могут показать компьютерные тесты, чтобы объяснить, как печатная плата будет вести себя во время сборки. Клиенты должны сообщать производителям о любых проблемах, обнаруженных при тестировании. Такая командная работа помогает улучшить как этапы проектирования, так и этапы изготовления.
Регулярные встречи позволяют всем быть в курсе событий.
Обмен результатами тестов и образцами помогает быстро исправить ситуацию.
Обсуждение проблем в производстве приводит к более быстрому их решению.
Решение проблем
Когда возникают проблемы с плоскостностью, команды выполняют шаги по их устранению. Сначала они проверяют, сбалансирована ли медь и ровная ли укладка. Затем они смотрят, были ли использованы правильные материалы и толщина. Если проблема была вызвана ламинированием или пайкой, они меняют настройки процесса. Иногда они используют специальные держатели во время сборки, чтобы платы не изгибались. Исследования показывают, что тестирование новых конструкций или изменение способа крепления деталей может решить сложные проблемы. Например, в европейском проекте по созданию датчиков удалось добиться лучшей плоскостности, протестировав три новых конструкции. Это помогло им изготовить больше плат. В медицинских приборах изготовление множества тестовых плат и получение помощи в проектировании привели к лучшим результатам и более прочным платам.
Команды, которые обнаруживают проблемы на ранних стадиях и совершенствуют свой процесс, имеют меньше проблем с плоскостностью и более высокую производительность печатных плат.
Знание стандартов печатных плат и того, что влияет на качество, помогает инженерам создавать хорошие продукты. Хорошая конструкция, выбор правильных материалов и осторожные шаги предотвращают изгибы плат. Это также помогает лучше размещать детали на плате. В таблице ниже показаны два способа разрезания плат. Она показывает, как каждый из способов изменяет край и напряжение:
Аспект | Штамп Отверстие Депанелирование | V-скоринг |
|---|---|---|
Стоимость обработки | Дешево и легко сделать | Дорого и требует больше работы |
Качество депанеляции | Края неровные и их нужно подрезать. | Края гладкие и выглядят красиво. |
Стресс от депанели | Не слишком сильное напряжение, хорошо подходит для хрупких деталей | Большая нагрузка, поэтому детали нуждаются в защите |
Гибкость дизайна | Подходит для многих форм и дизайнов. | Работает только для простых, правильных форм. |
Подходящие сценарии | Подходит для небольших работ и тестовых плат. | Лучше всего подходит для изготовления большого количества досок, которые должны быть ровными. |
Для получения дополнительной помощи ознакомьтесь с правилами IPC-6012 и IPC-2221. Частая проверка досок и совместная работа помогают всем добиться лучших результатов.
FAQ
Что приводит к потере плоскостности печатной платы?
Многое может сделать печатную плату неровной. Если медь распределена неравномерно, плата может погнуться. Выбор неправильных материалов также создает проблемы. Нагрев во время изготовления платы может привести к изгибу или скручиванию. Проектировщики и производители должны следить за этими вещами, чтобы плата оставалась плоской.
Как инженеры измеряют плоскостность печатной платы?
Инженеры используют специальные инструменты для проверки плоскостности. Некоторые инструменты — это теневой муар, проекция полос и конфокальное измерение. Они следуют правилам IPC-TM-650. Плата помещается на плоский стол. Затем они проверяют самые высокие и самые низкие точки. Это помогает убедиться, что плата достаточно хороша для использования.
Что произойдет, если печатная плата не соответствует стандартам плоскостности?
Если печатная плата недостаточно плоская, это может вызвать проблемы. Детали могут не подойти к плате. Паяные соединения могут ослабнуть и сломаться. Это может привести к тому, что плата перестанет работать или прослужит недолго. Производители должны устранить проблему перед использованием платы.
Могут ли изменения в конструкции улучшить плоскостность печатной платы?
Да, изменения в конструкции могут помочь сохранить платы плоскими. Инженеры балансируют медные слои и выбирают хорошие материалы. Они планируют, чтобы наложение было ровным. Они не используют большие вырезы и размещают детали в разумных местах. Эти шаги помогают предотвратить изгиб и скручивание при изготовлении платы.
