Trong sản xuất và ứng dụng bảng mạch in, hiện tượng cong vênh là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của chúng. Sự cong vênh của bo mạch pcb không chỉ có thể dẫn đến việc hàn các linh kiện điện tử kém, gây ra lỗi kết nối điện mà còn ảnh hưởng đến độ chính xác lắp ráp tổng thể của sản phẩm và làm giảm chất lượng sản phẩm. Do đó, việc thực hiện kế hoạch kiểm soát cong vênh bo mạch pcb hiệu quả có tầm quan trọng đặc biệt để cải thiện chất lượng bo mạch pcb và đảm bảo hoạt động ổn định của các thiết bị điện tử.
1, Phân tích nguyên nhân cong vênh bo mạch pcb
Yếu tố vật chất
Sự khác biệt về đặc điểm của bo mạch: Các loại bo mạch pcb khác nhau, chẳng hạn như FR-4, CEM-3 thông thường, v.v., có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau. Trong quá trình sản xuất pcb, khi trải qua-hàn ở nhiệt độ cao và các quy trình khác, sự giãn nở nhiệt không đều của từng lớp bo mạch có thể dễ dàng tạo ra ứng suất bên trong, dẫn đến cong vênh. Ví dụ: bo mạch FR{10}}4 có hệ số giãn nở nhiệt tương đối lớn theo hướng trục Z. Trong môi trường nhiệt độ cao, độ giãn nở theo hướng trục Z lớn hơn độ giãn nở theo trục X và Y. Đặc tính giãn nở dị hướng này làm tăng nguy cơ cong vênh.
Liên kết lá đồng với chất nền: Lá đồng, là bộ phận quan trọng của mạch mang bo mạch pcb, cũng có thể ảnh hưởng đến mức độ cong vênh do liên kết của nó với chất nền. Nếu lực liên kết giữa lá đồng và chất nền không đồng đều trong quá trình cán, thì sự phân tách hoặc dịch chuyển tương đối giữa lá đồng và chất nền có thể xảy ra khi nhiệt độ thay đổi và ứng suất cơ học trong quá trình xử lý và sử dụng tiếp theo, dẫn đến cong vênh bảng mạch pcb.
Yếu tố thiết kế
Bố trí mạch không đồng đều: Bố trí mạch không đồng đều trên bo mạch pcb có thể dẫn đến sự phân bố ứng suất không đồng đều trên bo mạch. Nếu sự phân bố lá đồng ở một khu vực nhất định quá dày đặc, trong khi các khu vực khác tương đối thưa thớt, thì trong quá trình xử lý nhiệt, khu vực dày đặc lá đồng sẽ hấp thụ nhiều nhiệt hơn và giãn nở ở mức độ lớn hơn, tạo thành sự chênh lệch ứng suất bên trong lớn với lá đồng. Ví dụ: trong thiết kế bo mạch pcb của một số sản phẩm điện tử công suất cao-, khu vực tập trung các thiết bị điện có diện tích lá đồng lớn và độ dày dày. Nếu bố trí không hợp lý sẽ dễ gây biến dạng tấm ván ở khu vực đó.
Sự không phù hợp giữa độ dày và kích thước của bảng mạch: Có một mối quan hệ tỷ lệ nhất định giữa độ dày và kích thước của bảng mạch pcb. Khi độ dày của ván quá mỏng và kích thước quá lớn thì độ cứng của ván không đủ, dễ bị tác động bởi ngoại lực và ứng suất nhiệt trong quá trình gia công và sử dụng dẫn đến cong vênh. Ngược lại, nếu độ dày của tấm quá lớn và kích thước quá nhỏ có thể làm tăng chi phí do thiết kế quá mức, đồng thời cũng có thể gây cong vênh trong quá trình gia công do tập trung ứng suất.
Yếu tố quá trình sản xuất
Vấn đề về quy trình ép: Ép là một quá trình quan trọng trong sản xuất bo mạch pcb. Nếu nhiệt độ, áp suất và thời gian ép không được kiểm soát hợp lý có thể dẫn đến liên kết lỏng lẻo hoặc không đồng đều giữa các lớp bên trong bảng, dẫn đến ứng suất bên trong và cong vênh. Ví dụ, nếu nhiệt độ ép quá cao hoặc tốc độ gia nhiệt quá nhanh, tấm sẽ mềm quá mức và dễ bị biến dạng dưới áp suất; Áp suất nén không đồng đều có thể dẫn đến sự liên kết không đồng đều giữa các phần khác nhau của bo mạch, dẫn đến cong vênh.
2, sơ đồ kiểm soát cong vênh bảng pcb
Tối ưu hóa lựa chọn vật liệu
Phù hợp với hệ số giãn nở nhiệt: Khi chọn bo mạch pcb, hãy cố gắng chọn vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt tương tự theo mọi hướng để giảm ứng suất bên trong do sự chênh lệch về độ giãn nở nhiệt gây ra. Đối với một số tình huống ứng dụng yêu cầu độ cong vênh cực cao, chẳng hạn như bo mạch pcb trong thiết bị điện tử hàng không vũ trụ, có thể xem xét các vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt thấp và tính đẳng hướng như chất nền gốm. Đối với các sản phẩm điện tử thông thường, có thể sàng lọc và so sánh hệ số giãn nở nhiệt của các loại bảng FR-4 khác nhau để chọn ra bảng phù hợp hơn với yêu cầu thiết kế sản phẩm.
Đảm bảo chất lượng của lá đồng và chất nền: Chọn lá đồng và chất nền đáng tin cậy để đảm bảo liên kết tốt giữa chúng. Trong quá trình mua sắm, các tiêu chuẩn chất lượng của nguyên liệu thô được kiểm soát chặt chẽ và các thông số như độ nhám và độ tinh khiết của lá đồng, hàm lượng nhựa của chất nền và sự phân bố của sợi thủy tinh đều được kiểm tra. Ví dụ, sử dụng lá đồng có bề mặt được xử lý đặc biệt có thể tăng độ bám dính của nó với chất nền và giảm nguy cơ tách rời giữa lá đồng và chất nền trong quá trình xử lý.
Phòng ngừa trong giai đoạn thiết kế
Bố trí mạch hợp lý: Trong thiết kế bo mạch pcb, bố trí mạch phải đồng nhất nhất có thể để tránh lá đồng tập trung ở một khu vực nhất định. Đối với các thành phần có công suất lớn và sinh nhiệt cao, chúng phải được phân tán và bố trí hợp lý, đồng thời nên sử dụng các tấm đồng tản nhiệt có diện tích lớn{1}}để tản nhiệt, đồng thời đảm bảo phân bố đồng đều các tấm đồng tản nhiệt để cân bằng ứng suất trên bo mạch trong quá trình xử lý nhiệt. Ví dụ: khi thiết kế bo mạch chủ máy tính, các đường cấp nguồn và tấm đồng tản nhiệt của các chip công suất cao-như CPU và GPU được phân bổ đều trên bo mạch chủ để giảm hiện tượng cong vênh do mật độ lá đồng cục bộ gây ra.
Tối ưu hóa tỷ lệ độ dày tấm so với kích thước: Dựa trên yêu cầu sử dụng thực tế của bo mạch pcb, tính toán chính xác và xác định tỷ lệ độ dày tấm so với kích thước tối ưu. Trên cơ sở đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất điện và độ bền cơ học, hãy chọn độ dày tấm thích hợp để cải thiện độ cứng của tấm. Đối với các bo mạch pcb lớn hơn, khả năng chống cong vênh của chúng có thể được nâng cao bằng cách thêm các gân gia cố hoặc sử dụng cấu trúc bảng nhiều{2}}lớp. Ví dụ, trong thiết kế bo mạch pcb lớn cho thiết bị điều khiển công nghiệp, các gân gia cố được đặt ở các cạnh và các bộ phận chính của bo mạch, cải thiện hiệu quả độ cứng tổng thể của bo mạch và giảm hiện tượng cong vênh.
Cải tiến quy trình sản xuất
Kiểm soát chính xác quá trình ép: Trong quá trình ép, thiết bị ép và hệ thống điều khiển tiên tiến được sử dụng để kiểm soát chính xác nhiệt độ, áp suất và thời gian ép. Phát triển đường cong quy trình nén hợp lý để đảm bảo rằng tấm ván được làm nóng và nén đồng đều trong quá trình nén và mỗi lớp được liên kết hoàn toàn. Ví dụ, bằng cách sử dụng quá trình gia nhiệt phân đoạn và liên kết áp suất không đổi, nhựa ban đầu được chảy ở nhiệt độ thấp hơn để lấp đầy khoảng trống giữa các lớp của tấm ván, sau đó nhiệt độ được tăng dần lên nhiệt độ đóng rắn trong khi vẫn duy trì áp suất ổn định để xử lý hoàn toàn tấm ván và giảm sự phát sinh ứng suất bên trong.