สาเหตุหลักของการบิดเบี้ยวของ PCB คือการกระจายความเค้นที่ไม่สม่ำเสมอและการปลดปล่อยความเค้นที่ไม่สอดคล้องกันภายในพื้นผิวบอร์ด ด้วยการทำงานร่วมกันแบบครบวงจรในการเลือกใช้วัสดุ การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ และการควบคุมกระบวนการ ทำให้สามารถควบคุมการบิดเบี้ยวได้อย่างเสถียรภายในข้อกำหนดมาตรฐานอุตสาหกรรม
แหล่งที่มาหลักของการบิดเบี้ยว
คุณลักษณะของวัสดุไม่ตรงกัน: ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน (CTE) ของฟอยล์ทองแดง เรซินไฟเบอร์กลาส และซับสเตรตความถี่สูงจะแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ และอัตราการขยายตัวและการหดตัวภายใต้การหมุนเวียนของอุณหภูมิจะแตกต่างกัน ส่งผลให้เกิดการเสียรูปที่เกิดจากความเครียดภายในที่สะสม CTE ทิศทาง Z ของวัสดุพิมพ์ FR-4 ธรรมดาสามารถเข้าถึง 50-70ppm/ องศา ซึ่งแตกต่างจาก CTE ของทองแดงฟอยล์อย่างมีนัยสำคัญที่ 17ppm/ องศา ความเสี่ยงของความไม่สมดุลของความเครียดจะสูงขึ้นในสถานการณ์ที่มีความกดดันแบบผสม
ข้อบกพร่องของเค้าโครงการออกแบบ: โครงสร้างการซ้อนที่ไม่สมมาตร ความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญของการครอบคลุมฟอยล์ทองแดงระหว่างด้านหน้าและด้านหลัง การกระจายของทองแดงที่ไม่สม่ำเสมอในพื้นที่ขนาดใหญ่ สามารถนำไปสู่การหดตัวที่ไม่สอดคล้องกันทั้งสองด้านโดยตรงในระหว่างกระบวนการทำความเย็น ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของการออกแบบที่ทำให้บอร์ดหลายชั้นบิดเบี้ยว
ความเครียดจากกระบวนการผลิต: อัตราการทำความร้อน/ความเย็นที่มากเกินไปในระหว่างขั้นตอนการกด การแกะสลักที่ไม่สม่ำเสมอ การให้ความร้อนและความเย็นอย่างกะทันหันของการปรับระดับการบัดกรีด้วยลมร้อน และการคืบของบอร์ดเหนือจุด Tg ระหว่างการอบหน้ากากประสานจะทำให้เกิดความเค้นตกค้างจำนวนมาก ซึ่งจะค่อยๆ คลายตัวและทำให้เกิดการบิดเบี้ยวในระหว่างการประมวลผลครั้งต่อไป
ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและการเก็บรักษา: PCB ต้องสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูงเป็นเวลานานและดูดซับความชื้น เมื่อถูกบัดกรีแบบรีโฟลว์ที่อุณหภูมิสูง ความชื้นจะขยายตัวอย่างรวดเร็ว ทำลายโครงสร้างชั้นระหว่างชั้น และเพิ่มความน่าจะเป็นที่จะเกิดการบิดเบี้ยวหรือการแยกชั้นได้อย่างมาก
รูปแบบการควบคุมการบิดเบี้ยวแบบเต็มมิติ
1. การควบคุมแหล่งที่มาของการเลือกใช้วัสดุ
ควรให้ความสำคัญกับการผสมวัสดุพิมพ์ที่ตรงกับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน (CTE) ในสถานการณ์การบีบอัดแบบผสมความถี่สูง ควรเลือกวัสดุที่มี CTE ในแกน Z คล้ายกันมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เช่น Rogers RO4835 ที่จับคู่กับ FR-4 ซึ่งสามารถควบคุมการบิดเบี้ยวภายใน 0.7% คัดกรองวัสดุพิมพ์ที่มีความเสถียรสูงอย่างเคร่งครัดด้วยโครงสร้างภายในที่สม่ำเสมอและค่า Tg มากกว่าหรือเท่ากับ 170 องศา เพื่อลดความเสี่ยงในการเสียรูปจากระดับพื้นฐาน
2. ความสมดุลของความเครียดในระหว่างขั้นตอนการออกแบบ
ใช้การออกแบบการวางซ้อนแบบสมมาตรอย่างเคร่งครัด ให้ได้ความสมมาตรของกระจกรอบๆ ศูนย์กลางของความหนาของแผ่น และจับคู่ความหนาของแผ่นแกน จำนวนแผ่นกึ่งแข็ง และการกระจายตัวของชั้นทองแดงอย่างสมบูรณ์แบบ สำหรับบอร์ดแบบหลายชั้น ขอแนะนำให้ใช้โครงสร้างแบบแซนวิช "FR-4/แผ่นแกนความถี่สูง/FR-4" เพื่อลดความเครียดจากความร้อน
ควบคุมอัตราส่วนพื้นที่ทองแดงระหว่างด้านหน้าและด้านหลังภายใน 1.1:1 เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ทองแดงเข้มข้นวางอยู่ด้านใดด้านหนึ่ง ปรับสมดุลอัตราทองแดงที่ตกค้างบนพื้นผิวบอร์ดโดยการเติมทองแดงในพื้นที่ และขจัดปัญหาการดูดซับและการกระจายความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ
3. การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิตอย่างแม่นยำ
กระบวนการกดใช้กระบวนการทำความร้อนแบบแบ่งส่วน ซึ่งปรับแต่งด้วยกราฟอุณหภูมิเฉพาะตามข้อมูลการทดลองของ DOE ควบคุมอัตราการให้ความร้อนและเวลาของฉนวนได้อย่างแม่นยำ รับประกันการไหลของเรซินที่สม่ำเสมอ และหลีกเลี่ยงความเข้มข้นของความเครียดในท้องถิ่น
หลังจากการบีบอัด จะมีการเพิ่มการบำบัดการระบายความร้อน และดำเนินการอบแบบขั้นบันไดในช่วงอุณหภูมิ 150-180 องศา เพื่อส่งเสริมการเชื่อมโยงข้ามและการบ่มเรซินโดยสมบูรณ์ ปล่อยความเครียดภายในที่ตกค้างล่วงหน้า และลดความเสี่ยงของการเสียรูปในระหว่างการประมวลผลในภายหลังได้อย่างมาก
ก่อนที่จะออนไลน์ PCB ควรถูกลดความชื้นและอบที่อุณหภูมิ 150 องศา /8 ชั่วโมง เพื่อขจัดอันตรายจากการบิดงอที่เกิดจากการดูดซับความชื้นของบอร์ดโดยสิ้นเชิง และปรับให้เข้ากับสภาวะอุณหภูมิสูงของการบัดกรีแบบรีโฟลว์แบบไร้สารตะกั่ว
4. การตรวจจับและการควบคุมเสริม
การใช้เครื่องตรวจจับการโก่งงอด้วยเลเซอร์ตามมาตรฐาน IPC การทดสอบความเรียบจะดำเนินการหลังจากแต่ละกระบวนการที่สำคัญ เพื่อสร้างระบบตรวจสอบย้อนกลับคุณภาพกระบวนการเต็มรูปแบบ สำหรับแผ่นบางขนาดใหญ่และบอร์ดประกอบที่มีความหนาแน่นสูง ได้รับการรองรับโดยพาหะพิเศษของการบัดกรีแบบรีโฟลว์เพื่อหลีกเลี่ยงการเสียรูปเนื่องจากน้ำหนักของตัวเองภายใต้อุณหภูมิสูง