Al giorno d’oggi, i prodotti elettronici richiedono miniaturizzazione e alta precisione, così che la miniaturizzazione dei componenti è diventata una tendenza di sviluppo essenziale. Quando i componenti miniaturizzati sono pronti per essere assemblati su PCB di grande area, è necessario imporre requisiti molto più elevati sulla planarità della scheda. Di conseguenza, è diventato un tema fondamentale per i produttori di PCB considerare come ridurre il grado di deformazione (warpage) delle PCB.
Secondo le normative di produzione confermate dall’IPC-600, la deformazione (warpage) dei PCB pronti per passare all’assemblaggio SMT deve essere al massimo dello 0,75%. Tuttavia, quando si tratta dell’assemblaggio di componenti di piccole dimensioni su circuiti stampati di grande area, tale regolamento non risulta adeguato. In generale, per soddisfare i requisiti di assemblaggio di componenti miniaturizzati su PCB di grande area, la deformazione del PCB dovrebbe essere ridotta allo 0,5% o inferiore.
Analisi della deformazione
Il problema della deformazione verrà analizzato per primo in questa parte dell’articolo con un campione di PCB a 8 strati delle dimensioni di 248 mm±0,25 x 162,2±0,20. La deformazione di questa scheda è richiesta pari allo 0,5%, ma la sua deformazione effettiva dopo il primo lotto di produzione rientra nell’intervallo dal 2,5% al 3,2%.
La struttura degli strati di un PCB a 8 strati è mostrata di seguito.
Il rapporto di residuo di rame per ciascun strato è mostrato nella figura seguente.
Sulla base dell’analisi di cui sopra, la caratteristica evidente di questo pannello campione è la distribuzione irregolare del rame in ciascun strato. Inoltre, lo spessore del rame è relativamente elevato. Di conseguenza, si verifica una deformazione (imbarcamento) del pannello.
Soluzioni per eliminare la deformazione delle PCB
• Schema n. 1
Il metodo principale per bilanciare i residui di rame tra gli strati della scheda consiste nell’aggiungere colate di rame nelle aree vuote.
Per ridurre la sollecitazione di deformazione della scheda, è una buona idea ridurre le dimensioni del pannello con un metodo di pannellizzazione ruotata. Per quanto riguarda questo PCB di esempio, le dimensioni del pannello dovrebbero essere modificate da 610 mm x 520 mm a 610 mm x 356 mm. La matrice del pannello precedente è 3x2, mentre quella del successivo è 2x2.
Grazie alle misure di miglioramento sopra descritte, il rapporto di residuo di rame è mostrato nella Figura 3 qui sotto. Dopo tali modifiche, l’imbarcamento è stato modificato per rientrare nell’intervallo dal 2,0% al 2,9%, ottenendo un evidente miglioramento ma rimanendo ancora un po’ distante dal requisito dello 0,5%.
•Schema n. 2
Sulla base dello Schema n. 1, è stata aggiunta la rigidità della scheda. Dopo tale modifica, la struttura a strati del circuito stampato può essere indicata dalla figura seguente.
L’implementazione di questo schema porta la deformazione del PCB in un intervallo compreso tra il 2,0% e il 2,9%. È evidente che questo schema non risolve il problema della deformazione, il che indica che esiste una scarsa correlazione tra deformazione e rigidità della scheda. Dobbiamo continuare a ottimizzare lo Schema n. 1, cioè cercare ulteriori modalità per bilanciare i residui di rame.
•Schema n. 3
In base allo Schema n.1, lo strato 2 e lo strato 6 devono essere scambiati tra loro. Il rapporto di residuo di rame per ciascuno strato del PCB dopo l’applicazione dello Schema n.3 è mostrato nella Figura 5 seguente.
In conformità con lo Schema n. 3, la deformazione del PCB rimane entro lo 0,5% e resta allo 0,5% anche dopo due rifusioni di saldatura, risultando conforme ai requisiti. Inoltre, una produzione di prova di 300 pezzi verifica l’affidabilità di questo schema. Di conseguenza, lo Schema n. 3 offre le prestazioni migliori tra tutti gli schemi.
Secondo gli esperimenti sopra riportati, poiché la distribuzione tra tutti gli strati dielettrici è uniforme, è la distribuzione non uniforme del rame che porta alla deformazione (warpage) del PCB. Bilanciando il residuo di rame su ciascuno strato del PCB, la deformazione della scheda si riduce dall’intervallo compreso tra il 2,5% e il 3,2% a un intervallo entro lo 0,5%, indicando che la soluzione fondamentale al problema della deformazione del PCB risiede nell’equilibrio del residuo di rame tra gli strati dielettrici e gli strati di rame. Di conseguenza, per quanto riguarda la deformazione durante il processo di assemblaggio, l’uguaglianza deve essere ottenuta tramite il layout dei componenti, la distribuzione termica e la distribuzione di assemblaggio, in modo che la deformazione della scheda possa essere ridotta garantendo al contempo la qualità del prodotto.
Con il perseguimento della miniaturizzazione e della precisione, la riduzione dell’imbarcamento dei PCB è diventata imprescindibile, in particolare per le schede ad alta densità con componenti di piccole dimensioni. Sebbene l’IPC-600 definisca l’imbarcamento come 0,75%, requisiti più rigorosi lo riducono allo 0,5%. Le nostre ricerche su un PCB a 8 strati hanno indicato che una distribuzione non uniforme del rame è una delle principali cause dell’imbarcamento. Adottando piani mirati, soprattutto poiché lo Schema n. 3 ha avuto successo, siamo riusciti a ridurre al minimo l’imbarcamento, a conferma dell’importanza di mantenere un’equa distribuzione del rame per garantire la massima stabilità delle schede.
Per garantire che le tue schede soddisfino elevati standard di prestazioni, è importante concentrarsi sulla distribuzione del rame, elemento assolutamente critico. Tali miglioramenti possono ridurre notevolmente la deformazione, portando a una qualità del prodotto superiore. Richiedi oggi un preventivo da PCBCart e scopri come queste soluzioni su misura possono essere applicate al tuo prossimo progetto per migliorarne affidabilità e prestazioni.
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Risorse utili
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•Fabbricazione di PCB multistrato
•Le principali regole di progettazione PCB che devi conoscere
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