Standardi ravnosti tiskanih vezij so zelo pomembni za dobro delovanje. Upogibanje in zvijanje sta načina, kako se lahko tiskano vezje upogne. Upogibanje pomeni, da se plošča ukrivi vzdolž svoje dolžine. Zvijanje pomeni, da so vogali na različnih višinah. Te težave lahko otežijo sestavljanje in poškodujejo delovanje tiskanega vezja. Standardi IPC-6011 pravijo, da morajo biti vezja uravnotežena in izdelana enako na obeh straneh. To pomaga preprečiti upogibanje in zvijanje. Ko je teža bakra 3 oz/ft² ali več, so potrebna strožja pravila. Nadzor ravnosti ohranja tiskano vezje stabilno in odpravlja potrebo po dodatnih podpornih delih.
Upogibanje in zvijanje spremenita, kako ploska je tiskana vezja, in odločata o tem, ali bo tiskano vezje prestalo stroge industrijske predpise.
Ključni izdelki
Upogibanje in zvijanje povzročita upogibanje tiskanih vezij, kar lahko škoduje njihovemu delovanju. Pomembno je nadzorovati upogibanje in zvijanje. – Uporaba orodij IPC-TM-650 preverja ravnost zgodaj. To pomaga hitro odkriti težave in zagotavlja, da plošče upoštevajo pravila. – Izdelava tiskanih vezij z enakomernim bakrom in pametnimi pikami na delih pomaga preprečiti upogibanje in zvijanje pri njihovi izdelavi. – Izbira dobrih materialov in prave debeline ohranja tiskana vezja močna. Zaradi tega se manj verjetno upognejo zaradi vročine ali vode. – Dober pogovor med proizvajalci in strankami pomaga hitreje odpraviti težave in izboljša tiskana vezja.
Standardi ravnosti tiskanih vezij
Lok in zasuk
Ploskost tiskanega vezja pomeni, kako gladka in enakomerna je plošča. Upogibanje in zvijanje sta glavna načina, kako lahko plošča izgubi ravnost. Upogibanje se pojavi, ko se vsi štirje vogali dotikajo mize, sredina pa se dvigne. Zvijanje se zgodi, ko se trije vogali dotikajo, vendar je en vogal višji ali nižji. Te težave se lahko pojavijo med izdelavo plošče, zlasti po segrevanju. Upogibanje je lahko do 0.47 mm in se spreminja glede na material plošče in toploto. Zvijanje se zgodi, ko se plošča obrne vzdolž diagonale, tako da je en vogal navzgor ali navzdol.
Upogibanje in zvijanje ne sledita običajnemu vzorcu. Te spremembe povzročajo različni materiali in toplota med spajkanjem. Ljudje uporabljajo posebne načine za preverjanje upogibanja in zvijanja. Pregledujejo ploščo, uporabljajo orodja za merjenje ravnosti in včasih 3D-skeniranje. Pravila, kot je IPC-TM-650 2.4.22, pojasnjujejo, kako izmeriti in sprejeti plošče glede upogibanja in zvijanja.
Spodnja tabela prikazuje največji dovoljeni upogib in zvijanje za vsako vrsto deske:
Vrsta plošče | Največji upogib in zasuk (%) |
|---|---|
Z napravami za površinsko montažo | 0.75% |
Brez SMD-ja | 1.5% |
Te omejitve izhajajo iz pravil IPC 2422-1 in IPC 2422-2. Zagotavljajo, da deske dobro delujejo, tudi če se nekoliko upognejo.
Zakaj je ravnost pomembna
Ploskost je zelo pomembna za delovanje tiskanega vezja. Ukrivljenost in zvijanje lahko otežita namestitev delov na ploščo. Če plošča ni ravna, se deli morda ne bodo pravilno prilegali in spajka se morda ne bo dobro prijela. To lahko povzroči odprta vezja ali šibke točke.
Študije kažejo, da ravne tiskane plošče trajajo dlje in delujejo bolje. Preveč upogibanja ali zvijanja obremenjuje spajkalne spoje. Način pritrditve plošče, na primer kam namestite vijake, spremeni, koliko se upogne. Vijaki, nameščeni daleč od pomembnih delov, pomagajo, da spajkani spoji trajajo dlje. Če vijaki povezujejo tiskano vezje s stvarmi, ki se s toploto različno raztezajo, se lahko spajkani spoji zlomijo do 60 % prej. Testi in računalniški modeli kažejo, da načrti podpore spreminjajo, kje se razpoke začnejo in kako dolgo trajajo spajkani spoji.
Raziskovalci so ugotovili, da bolj ravni PCB-ji dajejo boljše rezultate pri izdelavi vezij. Plošče z manjšo koplanarnostjo imajo manj težav s spajkanjem. Na primer, pri koplanarnosti 0.177 mm je verjetnost odprtega spajkanja približno 1 %. Plošče, ki opravijo teste, so običajno bolj ravni kot tiste, ki ne opravijo. Pomembno je tudi, kje plošča leži na plošči in kako se odlomi, vendar ravnovesje bakra in material ne spremenita veliko stvari.
Nadzor upogibanja in zvijanja ni le upoštevanje pravil. Pomaga, da vsako tiskano vezje dobro deluje in traja dlje v resničnem življenju.
Metode merjenja
IPC-TM-650
Inženirji uporabljajo različne načine za preverjanje ravnine tiskanega vezja. Standard IPC-TM-650 pojasnjuje, kako preizkusiti upogibanje in zvijanje. To storite tako, da ploščo položite na ravno površino. Nato izmerite najvišjo in najnižjo točko. Za to uporabite orodja ali posebne kamere. Nekatera pogosta orodja so senčni moiré, projekcija obrob in konfokalne meritve. Ta orodja lahko zaznajo zelo majhne spremembe višine, včasih le 5 mikrometrov. Nekateri oblikovalci želijo še natančnejše preglede, na primer 1 ali 3 mikrometre.
Za merjenje ravnosti morate slediti nekaj korakom:
Najprej desko specite, da se znebite vode.
Pobarvajte tablo belo, da bodo kamere bolje videle.
Desko odrežite tako, da se prilega v pečico.
Termočlene namestite blizu preskusnega območja, vendar ne v njega.
Uporabljajte toploto, ki se počasi povečuje, med 0.5 °C in 1.0 °C na sekundo.
Standard IPC-TM-650 prav tako pravi, da je treba preveriti velike plošče, preden jih razrežete na manjše. S tem se zagotovi, da so vse plošče dobre, preden jih sestavite.
Sprejemljive meje
Obstajajo jasna pravila o tem, kako ravna mora biti deska. Pravilne številke so odvisne od vrste deske in načina uporabe. Spodnja tabela prikazuje glavne omejitve:
Vrsta plošče | Omejitev loka in zasuka (%) |
|---|---|
Tiskana vezja za površinsko montažo | 0.75 |
Druge vrste plošč | 1.5 |
Plošče morajo biti tudi prave debeline in imeti gladke robove. Če je plošča debelejša od 31 mil (10 mm), mora biti znotraj ±3 % prave debeline. Tanjše plošče se lahko upognejo le za ±0.75 mil (XNUMX mm). Če se plošča upogne za več kot XNUMX %, ni primerna za večino del. Ta pravila pomagajo zagotoviti, da plošče dobro delujejo med izdelavo in uporabo.
Z upoštevanjem teh testov upogibanja in zvijanja lahko podjetja izdelajo deske, ki izpolnjujejo pravila in ne odpovedo tolikokrat.
Vplivni dejavniki na ravnost tiskanih vezij
Oblika in postavitev
Način načrtovanja in postavitve tiskanega vezja vpliva na to, kako ravno ostane. Inženirji poskušajo ohraniti baker enakomeren na obeh straneh. Če je na eni strani več bakra, se plošča lahko upogne. To se zgodi, ko se plošča ohladi. Uravnotežena razporeditev pomaga preprečiti to težavo. Sledi in ravnine so nameščene tako, da porazdelijo napetost. Veliki izrezi ali reže lahko ustvarijo šibke točke. Te šibke točke povečajo verjetnost upogibanja ali zvijanja med laminiranjem. Pomembno je tudi, kam postavite dele in luknje. Dobre izbire pri načrtovanju pomagajo preprečiti upogibanje. Zaradi tega tiskano vezje deluje bolje in traja dlje.
Nasvet: Če baker ostane enakomeren in deli so nameščeni na pametnih mestih, se prepreči upogibanje in zvijanje pri izdelavi tiskanega vezja.
Materiali in debelina
Izbrani materiali in debelina določajo, kako ravna bo tiskana plošča. Različni materiali se različno obnašajo na toploto in vodo. FR4, teflon in fleksibilni substrati imajo posebne lastnosti. FR4 ima srednji CTE, teflonski CTE pa je veliko višji. Fleksibilni substrati potrebujejo dodatno nego, da ostanejo ravni. Ko se ti materiali med laminiranjem segrejejo, rastejo in se krčijo z različnimi hitrostmi. Zaradi tega se lahko plošča upogne ali zvije.
Tudi debelina plošče je zelo pomembna. Tanke plošče se lažje upognejo ali zvijejo. Debele plošče se ne upognejo toliko, vendar so lahko pretoge. Spodnja tabela prikazuje, kako material in debelina vplivata na ravnost in toleranco:
parameter | Opis | Vpliv na ravnost in tolerance tiskanih vezij |
|---|---|---|
Material Type | FR4, teflon, fleksibilne podlage | Različni koeficienti toplotne obdelave (CTE) povzročijo, da se plošče ukrivijo ali skrčijo; teflon je težje ohranjati raven, fleksibilne podlage pa potrebujejo posebno nego. |
Razpon debeline (mm) | 0.2-0.4 | Toleranca ±0.1 mm; debele plošče izgubijo prožnost, tanke pa so šibke |
Razpon debeline (mm) | 0.5-1.0 | Toleranca ±0.2 mm; debele plošče upočasnjujejo visokohitrostne signale, tanke pa niso stabilne |
Razpon debeline (mm) | 1.0-1.5 | Toleranca ±0.3 mm; debele plošče je težko namestiti, tanke se lahko zlomijo |
Učinki toplotnega raztezanja | FR4 (14–16 ppm/°C), teflon (30–40 ppm/°C), poliimid (10–20 ppm/°C) | Višji CTE pomeni več upogibanja, kar škoduje ravnosti |
Okoljski dejavniki | Temperatura, Vlaga | Zaradi vročine in vode deske rastejo, se krčijo ali upogibajo |
Proizvodni procesi | Toplotna obremenitev pri spajkanju s ponovnim spajkanjem | Neenakomerno hlajenje upogiba plošče in premika dele |
Inženirji izbirajo materiale in debelino glede na potrebe tiskanega vezja. Upoštevajo tudi, kako se te izbire spremenijo upogib in zvijanje med izdelavo in uporabo plošče.
Število slojev
Število plasti na tiskanem vezju vpliva na to, koliko se plošča upogne. Več plasti pomeni več korakov laminiranja. Vsak korak uporablja toploto in pritisk. Zaradi teh korakov se lahko plošča upogne ali zvije, če ni uravnotežena. Več plasti lahko pomeni večjo obremenitev. Če plasti niso enake debeline ali vrste, se plošča po laminiranju lahko upogne.
Oblikovalci pri tem uporabljajo enakomerno zlaganje. Uskladijo plasti nad in pod sredino. To ohranja ploščo med izdelavo ravno. Če zlaganje ni enakomerno, se lahko plošča med laminiranjem upogne. Načrtovanje števila plasti in zlaganja pomaga preprečiti upogibanje in zvijanje.
Manufacturing Process
Način izdelave tiskanega vezja vpliva na to, kako ravna bo na koncu. Vsak korak, kot sta laminiranje in spajkanje, lahko povzroči težave. Laminiranje uporablja toploto in pritisk za lepljenje plasti. Če toplota ali pritisk nista enakomerna, se plošča lahko upogne. Ohlajanje, ki po laminiranju ni enakomerno, prav tako povzroči upogibanje. Med spajkanjem s ponovnim plovljenjem se plošča ponovno segreje. Zaradi te toplote se lahko plošča upogne, še posebej, če materiali rastejo z različnimi hitrostmi.
Proizvajalci uporabljajo previdne ukrepe za preprečevanje teh težav. Med laminiranjem spremljajo toploto in tlak. Pred spajkanjem plošče pečejo, da se posušijo. Ti koraki pomagajo preprečiti upogibanje in zvijanje. Ekipe med izdelavo večkrat preverijo ravnost. Zgodnji pregledi odkrijejo težave pred naslednjim korakom. Dober nadzor nad procesom ohranja tiskano vezje ravno in zmanjšuje možnost težav.
Opomba: Med izdelavo in laminiranjem je zelo pomembno, da postopek ostane stabilen, da se prepreči upogibanje in zvijanje vsake tiskane plošče.
Zagotavljanje skladnosti s tiskanimi veziji
Najboljše prakse
Proizvajalci uporabljajo različne načine za ohranjanje ravnosti tiskanih vezij. Izbirajo površinske obdelave, kot sta ENIG ali ENEPIG. Te obdelave pomagajo, da blazinice ostanejo enakomerne in močne. Spajkalne maske s suhim filmom lahko naredijo plošče zelo ravne, do 5-7 mikrometrov. Inženirji načrtujejo sloje, ki so na obeh straneh enaki. Uravnotežijo baker, da preprečijo upogibanje in zvijanje. Prazna bakrena mesta se zapolnijo, da ostane prevleka enakomerna. Med laminiranjem spremljajo toploto in pritisk, da preprečijo upogibanje. Spodnja tabela navaja nekaj pomembnih številk:
Vidik | Podrobnosti / Numerične primerjalne vrednosti |
|---|---|
Omejitve IPC deformacije | 0.1 % za plošče razreda 3; 0.05 % za razred 4; 0.2 % za razred 1 |
Debelina jedra | 1.6 mm pomaga, da velike plošče ostanejo toge, če so večje od 400 mm |
Distribucija bakra | Uravnotežen baker zmanjša tveganje upogibanja za 15–20 % |
Izbor materiala | Visokotemperaturni material FR-4 (>170 °C) ali poliimid (do 260 °C) zmanjša raztezanje za približno 20 %. |
Nasvet: Zgodnje sodelovanje z izdelovalci in izdelava hitrih testnih plošč lahko odkrije do 80 % težav z ravnostjo, preden se izdela veliko plošč.
Komunikacija med proizvajalcem in stranko
Dobra komunikacija med proizvajalci in strankami pomaga pri skladnosti s predpisi za tiskana vezja . Obe strani se morata pred izdelavo tiskanih vezij dogovoriti o pravilih ravnosti. Z izmenjavo načrtov zlaganja, izbire materialov in korakov laminiranja se preprečijo presenečenja. Proizvajalci lahko pokažejo računalniške teste, ki pojasnjujejo, kako se bo tiskano vezje obnašalo med sestavljanjem. Stranke naj proizvajalcem sporočijo vse težave, ugotovljene pri testiranju. To timsko delo pomaga izboljšati tako načrtovanje kot tudi izdelavo.
Redni sestanki poskrbijo, da so vsi obveščeni.
Deljenje rezultatov testov in vzorcev pomaga hitro odpraviti težave.
Pogovor o težavah pri izdelavi vodi do hitrejših rešitev.
Reševanje težav
Ko se pojavijo težave z ravnostjo, ekipe sledijo korakom za njihovo odpravo. Najprej preverijo, ali je baker uravnotežen in ali je zlaganje enakomerno. Nato preverijo, ali so bili uporabljeni pravi materiali in debelina. Če je težavo povzročila laminacija ali spajkanje, spremenijo nastavitve postopka. Včasih med sestavljanjem uporabijo posebna držala, da preprečijo upogibanje plošč. Študije primerov kažejo, da lahko preizkušanje novih zasnov ali spreminjanje načina pritrditve delov odpravi resne težave. Na primer, evropski projekt senzorjev je izboljšal ravnost s testiranjem treh novih zasnov. To jim je pomagalo izdelati več plošč. Pri medicinskih pripomočkih je izdelava številnih testnih plošč in pridobitev pomoči pri oblikovanju privedla do boljših rezultatov in močnejših plošč.
Ekipe, ki zgodaj odkrijejo težave in izboljšajo svoj proces, imajo manj težav z ravnostjo in boljšo zmogljivost tiskanih vezij.
Poznavanje standardov tiskanih vezij in dejavnikov, ki vplivajo na kakovost, pomaga inženirjem izdelovati dobre izdelke. Dobra zasnova, izbira pravih materialov in previdni koraki preprečujejo upogibanje plošč. To pomaga tudi pri boljšem nameščanju delov na ploščo. Spodnja tabela prikazuje dva načina rezanja plošč. Prikazuje, kako vsak način spremeni rob in napetost:
Vidik | Odstranjevanje luknje za žig | Depaneliranje V-Scoringa |
|---|---|---|
Stroški obdelave | Poceni in enostavno za narediti | Drago in zahteva več dela |
Kakovost odstranjevanja plošč | Robovi so hrapavi in jih je treba obrezati | Robovi so gladki in lepo izgledajo |
Stres pri odstranjevanju panelov | Ni veliko stresa, dobro za krhke dele | Veliko stresa, zato deli potrebujejo zaščito |
Prožna zasnova | Deluje za številne oblike in modele | Deluje samo za preproste, pravilne oblike |
Primerni scenariji | Dobro za manjša dela in testne plošče | Najboljše za izdelavo veliko desk, ki morajo biti ravne |
Za dodatno pomoč preverite pravila IPC-6012 in IPC-2221. Pogosto preverjanje tabel in sodelovanje pomagata vsem doseči boljše rezultate.
FAQ
Kaj povzroči izgubo ravnosti tiskanega vezja?
Številni dejavniki lahko povzročijo, da tiskano vezje ni ravno. Če baker ni enakomerno razporejen, se lahko plošča upogne. Težave povzroča tudi izbira napačnih materialov. Toplota med izdelavo plošče lahko povzroči upogibanje ali zvijanje. Oblikovalci in izdelovalci morajo biti pozorni na te stvari, da plošča ostane ravna.
Kako inženirji merijo ravnost tiskanih vezij?
Inženirji uporabljajo posebna orodja za preverjanje ravnosti. Nekatera orodja so senčni moiré, projekcija obrob in konfokalne meritve. Sledijo pravilom iz IPC-TM-650. Plošča se položi na ravno mizo. Nato preverijo najvišje in najnižje točke. To pomaga zagotoviti, da je plošča dovolj dobra za uporabo.
Kaj se zgodi, če tiskano vezje ne izpolnjuje standardov ravnosti?
Če tiskano vezje ni dovolj ravno, lahko povzroči težave. Deli se morda ne bodo pravilno prilegali na ploščo. Spajkalne povezave lahko oslabijo in se zlomijo. Zaradi tega plošča lahko preneha delovati ali pa ne bo dolgo zdržala. Proizvajalci morajo težavo odpraviti, preden ploščo uporabijo.
Ali lahko spremembe v zasnovi izboljšajo ravnost tiskanih vezij?
Da, spremembe v zasnovi lahko pomagajo ohranjati plošče ravne. Inženirji uravnotežijo bakrene plasti in izberejo dobre materiale. Načrtujejo enakomerno razporeditev. Ne uporabljajo velikih izrezov in dele namestijo na pametna mesta. Ti koraki pomagajo preprečiti upogibanje in zvijanje pri izdelavi plošče.
