שורש הליבה של עיוות PCB הוא חלוקת מתח לא אחידה ושחרור מתח לא עקבי בתוך משטח הלוח. באמצעות שיתוף פעולה מלא בשרשרת של בחירת חומרים, אופטימיזציה של עיצוב ובקרת תהליכים, ניתן לשלוט בעקימה ביציבות במסגרת דרישות התקן בתעשייה.
מקור הליבה של עיוות
אי-התאמה של מאפייני החומר: מקדם ההתפשטות התרמית (CTE) של רדיד נחושת, שרף פיברגלס ומצע בתדר גבוה משתנה באופן משמעותי, ושיעורי ההתפשטות וההתכווצות במחזוריות טמפרטורה שונים, וכתוצאה מכך עיוות הנגרם על ידי מתח פנימי מצטבר. ה-CTE בכיוון Z של מצע FR-4 רגיל יכול להגיע ל-50-70ppm/מעלה, וזה שונה באופן משמעותי מה-CTE של רדיד נחושת ב-17ppm/מעלה. הסיכון לחוסר איזון מתח גבוה יותר בתרחישי לחץ מעורב.
פגמים בפריסת העיצוב: מבנה הערמה א-סימטרי, הבדל משמעותי בכיסוי רדיד הנחושת בין הצדדים הקדמיים והאחוריים, פיזור לא אחיד של הנחושת על פני שטח גדול, עלול להוביל ישירות להתכווצות לא עקבית משני הצדדים במהלך תהליך הקירור, שהוא הגורם המרכזי בתכנון לעיוות לוח רב-שכבתי.
מתח תהליך ייצור: קצב חימום/קירור מוגזם בשלב הלחיצה, חריטה לא אחידה, חימום וקירור פתאומי של פילוס הלחמה באוויר חם וזחילת הלוח מעל נקודת ה-Tg במהלך אפיית מסכת הלחמה יכניסו כמות גדולה של מתח שיורי, אשר ישתחרר בהדרגה ויגרום לעיוות במהלך העיבוד הבא.
השפעות סביבתיות ואחסון: PCBs חשופים לסביבות לחות גבוהה במשך זמן רב וסופגים לחות. כאשר נתון להלחמה חוזרת בטמפרטורות גבוהות, הלחות מתרחבת במהירות, פוגעת במבנה הבין-שכבתי ומגדילה באופן משמעותי את ההסתברות לעיוות או אפילו דלמינציה.
ערכת בקרת עיוות ממדי מלא
1. בקרת מקור בבחירת החומר
יש לתת עדיפות לשילובי מצע התואמים את מקדם ההתפשטות התרמית (CTE). בתרחישי דחיסה מעורבת בתדר גבוה, יש לבחור חומרים עם CTE דומה בציר Z ככל האפשר, כגון Rogers RO4835 בשילוב עם FR-4, שיכול לשלוט על העקמומיות תוך 0.7%. מסנן בקפדנות מצעים בעלי יציבות גבוהה עם מבנה פנימי אחיד וערך Tg גדול או שווה ל-170 מעלות כדי להפחית את הסיכון לדפורמציה מרמה בסיסית.
2. איזון מתחים בשלב התכנון
יש ליישם בקפדנות את עיצוב הערימה הסימטרית, להשיג סימטריה של מראה סביב מרכז עובי הצלחת, ולהתאים בצורה מושלמת את עובי לוחית הליבה, מספר היריעות המגוונות למחצה ופיזור שכבות הנחושת. עבור לוחות רב-שכבתיים, מומלץ להשתמש במבנה הכריך "FR-4/high-frequency core/FR-4" כדי לנטרל מתח תרמי.
שלטו על יחס שטח הנחושת בין הצדדים הקדמיים והאחוריים בתוך 1.1:1 כדי למנוע הנחת נחושת מרוכזת בצד אחד. איזון את קצב הנחושת השיורי על פני הלוח על ידי הוספת נחושת מקומית, ולבטל את הבעיה של ספיגת ופיזור חום לא אחיד.
3. אופטימיזציה מדויקת של תהליכי ייצור
תהליך הלחיצה מאמץ תהליך חימום מפולח, המותאם אישית עם עקומת טמפרטורה ייעודית המבוססת על נתוני ניסוי DOE, שולט במדויק על קצב החימום וזמן הבידוד, מבטיח זרימת שרף אחידה ומונע ריכוז מתח מקומי.
לאחר הדחיסה, מתווסף טיפול לשחרור חום, ואפייה שלבית מתבצעת בטווח הטמפרטורות של 150-180 מעלות כדי לקדם צלב וריפוי מלא של השרף, לשחרר מראש מתח פנימי שיורי ולהפחית משמעותית את הסיכון לעיוות במהלך העיבוד הבא.
לפני היציאה לאינטרנט, יש לייבש את ה-PCB ולאפות ב-150 מעלות/8 שעות כדי למנוע לחלוטין את סכנת ההתעוותות הנגרמת מספיגת הלחות של הלוח ולהתאים את עצמו לתנאי הטמפרטורה הגבוהים של הלחמה חוזרת נטולת עופרת.
4. איתור ובקרת עזר
באמצעות גלאי לייזר עיוות, המבוסס על תקני IPC, בדיקות שטוחות מתבצעות לאחר כל תהליך קריטי כדי לבסס מערכת עקיבות מלאה לאיכות התהליך. עבור לוחות דק בגודל גדול ולוחות הרכבה בצפיפות גבוהה, הוא נתמך על ידי מנשא מיוחד להלחמה חוזרת כדי למנוע דפורמציה עקב משקל עצמי בטמפרטורה גבוהה.