Доказанные стратегии устранения искривления печатных плат для надёжной эксплуатации

Современные электронные изделия требуют миниатюризации и высокой точности, поэтому миниатюризация компонентов стала ключевым трендом. При монтаже миниатюрных компонентов на печатные платы большой площади к гладкости платы предъявляются гораздо более высокие требования. Естественно, снижение степени искривления печатных плат стало важной темой для производителей.

Согласно производственным нормам IPC-600, искривление печатных плат, готовых к SMT-монтажу, не должно превышать 0,75%. Однако при монтаже мелких компонентов на платы большой площади это правило не работает. Обычно для удовлетворения требований монтажа миниатюрных компонентов на платах большой площади искривление должно быть снижено до 0,5% или ниже.

Анализ искривления

Проблема искривления анализируется на примере 8-слойной платы размером 248±0,25 × 162,2±0,20 мм. Требуемое искривление — 0,5%, но фактическое после первой партии производства составило 2,5–3,2%.

Слоёная структура 8-слойной платы показана ниже.

Остаточное отношение меди для каждого слоя показано на следующем рисунке.

На основе анализа выявляется выделяющаяся характеристика образца: неравномерное распределение меди по слоям. Кроме того, медь относительно толстая. В результате возникает искривление платы.

Решения для устранения искривления печатных плат

• Схема №1

Основной метод балансировки остаточного отношения меди между слоями — добавление полигона меди в пустых областях.

Для снижения деформационных напряжений целесообразно уменьшить размер панели с методом ротационной панелизации. Для данной платы размер панели изменён с 610×520 мм на 610×356 мм. Массив панели был 3×2, стал 2×2.

После этих мер остаточное отношение меди показано на рисунке 3. Искривление улучшилось до 2,0–2,9%, но всё ещё далеко от требуемого 0,5%.

• Схема №2

На основе схемы №1 добавлена жёсткость платы. Слоёная структура после модификации показана ниже.

Искривление осталось в диапазоне 2,0–2,9%. Эта схема не работает, указывая на малую корреляцию между искривлением и жёсткостью платы. Нужно оптимизировать схему №1 — искать больше способов балансировки остаточного отношения меди.

• Схема №3

На основе схемы №1 слои 2 и 6 меняются местами. Остаточное отношение меди по слоям после схемы №3 показано на рисунке 5.

Согласно схеме №3, искривление остаётся в пределах 0,5% и сохраняется на этом уровне даже после двойной рефлоу-пайки, что соответствует требованию. Испытательное производство 300 штук подтвердило надёжность схемы. Схема №3 оказалась лучшей среди всех.

По результатам экспериментов, поскольку распределение среди всех диэлектрических слоёв равномерно, именно неравномерное распределение меди вызывает искривление печатной платы. Балансировка остаточного отношения меди на каждом слое снижает искривление с 2,5–3,2% до предела 0,5%, что указывает: ключевое решение проблемы искривления — уравновешивание остаточного отношения меди между диэлектрическими и медными слоями. Соответственно, во время монтажа уравновешивание должно достигаться через размещение компонентов, тепловое распределение и распределение монтажа, чтобы снизить искривление и гарантировать качество продукта.

Полезные ресурсы:
• Factors Determining the Number of Layers and Layer Distribution in PCBs
• Multilayer PCB Fabrication
• The Key PCB Design Rules You Have to Know
• PCB Design Elements Influencing SMT Manufacturing