De nos jours, les produits électroniques exigent une miniaturisation et une grande précision, de sorte que la miniaturisation des composants est devenue une tendance de développement essentielle. Lorsque des composants miniaturisés sont prêts à être assemblés sur des circuits imprimés de grande surface, des exigences bien plus élevées doivent être imposées à la planéité de la carte. Il est donc devenu un sujet essentiel pour les fabricants de circuits imprimés de réfléchir à la manière de réduire le degré de déformation (warpage) des PCB.
Selon les réglementations de fabrication confirmées par l’IPC-600, le gauchissement des circuits imprimés prêts à passer par l’assemblage SMT doit être au maximum de 0,75 %. Cependant, lorsqu’il s’agit de l’assemblage de petits composants sur des cartes de grande surface, cette réglementation ne s’applique plus. De manière générale, afin de répondre aux exigences de l’assemblage de composants miniaturisés sur des circuits imprimés de grande surface, le gauchissement des PCB doit être réduit à 0,5 % ou moins.
Analyse du gauchissement
Le problème de gauchissement sera d’abord analysé dans cette partie de l’article à l’aide d’un échantillon de PCB à 8 couches dont la taille est de 248 mm ± 0,25 x 162,2 ± 0,20. Le gauchissement de cette carte doit être de 0,5 %, mais son gauchissement réel après le premier lot de production se situe dans une plage allant de 2,5 % à 3,2 %.
La structure de couches d’un PCB à 8 couches est présentée ci-dessous.
Le taux de résidu de cuivre pour chaque couche est illustré dans la figure suivante.
Sur la base de l’analyse ci-dessus, la caractéristique saillante de cette carte d’échantillon est la répartition inégale du cuivre sur chaque couche. De plus, le cuivre est relativement épais. En conséquence, un gauchissement de la carte se produit.
Solutions pour éliminer le gauchissement des circuits imprimés
• Schéma n°1
La méthode principale pour équilibrer les résidus de cuivre entre les couches de la carte consiste à ajouter un plan de cuivre dans les zones vides.
Pour réduire les contraintes de déformation de la carte, il est judicieux de diminuer la taille du panneau en utilisant une méthode de panélisation avec rotation. Pour ce PCB d’exemple, la taille du panneau doit être modifiée de 610 mm x 520 mm à 610 mm x 356 mm. L’agencement de panneaux de la première configuration est de 3 x 2, tandis que celui de la seconde est de 2 x 2.
En raison des mesures d’amélioration mentionnées ci-dessus, le taux de résidus de cuivre est présenté dans la Figure 3 ci-dessous. Après ces modifications, le gauchissement a été ajusté pour se situer dans une plage de 2,0 % à 2,9 %, ce qui montre une amélioration évidente mais reste encore quelque peu éloigné de l’exigence de 0,5 %.
•Schéma n°2
Sur la base du schéma n°1, la rigidité de la carte est ajoutée. Après une telle modification, la structure en couches de la carte PCB peut être indiquée par la figure suivante.
La mise en œuvre de ce schéma entraîne une déformation du PCB comprise entre 2,0 % et 2,9 %. De toute évidence, ce schéma ne résout pas le problème de déformation, ce qui indique qu’il existe peu de corrélation entre la déformation et la rigidité de la carte. Nous devons continuer à optimiser le Schéma n°1, c’est-à-dire rechercher davantage de moyens d’équilibrer les résidus de cuivre.
•Schéma n°3
Sur la base du schéma n°1, la couche 2 et la couche 6 doivent être échangées l’une avec l’autre. Le taux de résidu de cuivre pour chaque couche du circuit imprimé après l’application du schéma n°3 est présenté sur la figure 5 ci‑dessous.
Conformément au schéma n°3, le gauchissement du PCB reste inférieur à 0,5 % et demeure à 0,5 % même après deux refusions, ce qui est compatible avec les exigences. En outre, une production d’essai de 300 pièces confirme la fiabilité de ce schéma. Par conséquent, le schéma n°3 offre les meilleures performances parmi tous les schémas.
Selon les expériences ci-dessus, puisque la répartition entre toutes les couches diélectriques est uniforme, c’est la répartition inégale du cuivre qui conduit à la déformation (warpage) du PCB. En équilibrant la quantité de cuivre résiduel sur chaque couche de la carte PCB, la déformation de la carte est réduite d’une plage de 2,5 % à 3,2 % à une plage inférieure à 0,5 %, ce qui indique que la solution fondamentale au problème de déformation du PCB réside dans l’équilibrage du cuivre résiduel entre les couches diélectriques et les couches de cuivre. En conséquence, en ce qui concerne la déformation pendant le processus d’assemblage, l’égalisation doit être obtenue par la disposition des composants, la répartition thermique et la répartition de l’assemblage, de sorte que la déformation de la carte puisse être réduite tout en garantissant la qualité du produit.
Avec la poursuite de la miniaturisation et de la précision, la réduction du gauchissement des PCB est devenue impérative, en particulier pour les cartes à forte densité de petits composants. Alors que l’IPC-600 définit le gauchissement à 0,75 %, des exigences plus strictes le ramènent à 0,5 %. Nos recherches sur un PCB à 8 couches ont indiqué qu’une répartition non uniforme du cuivre est l’une des principales causes de gauchissement. En appliquant des plans ciblés, en particulier puisque le schéma n°3 a été concluant, nous avons réussi à minimiser le gauchissement, ce qui souligne l’importance de maintenir une répartition équitable du cuivre pour une stabilité maximale des cartes.
Pour garantir que vos circuits imprimés répondent à des normes de haute performance, il est important de se concentrer sur la répartition, absolument cruciale, du cuivre. De telles améliorations peuvent considérablement réduire le gauchissement, ce qui se traduit par une meilleure qualité de produit. Demandez un devis à PCBCart dès aujourd’hui et découvrez comment ces approches sur mesure peuvent être appliquées à votre prochain projet pour en améliorer la fiabilité et les performances.
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Ressources utiles
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