Wat veroorzaakt kromtrekken van PCB's en hoe kunt u dit voorkomen?

Introductie

Kromtrekken van printplaten is een veelvoorkomend probleem dat zowel de prestaties als de betrouwbaarheid van je printplaat kan beïnvloeden. In deze blog leggen we je uit wat het is, waarom het ontstaat en hoe je het kunt voorkomen. Of je nu ontwerpt of assembleert, inzicht in kromtrekken is essentieel voor betere printplaatresultaten.

Wat is PCB-kromming?

PCB kromtrekken verwijst naar het buigen van de printplaat. U merkt dit mogelijk wanneer de printplaat niet vlak ligt. De randen of het midden kunnen iets opzwellen. Deze kromtrekking komt bij de meeste printplaten voor. Overmatige kromtrekking kan echter ernstige problemen veroorzaken. Het beïnvloedt de manier waarop componenten op de printplaat worden geplaatst. Soldeerverbindingen kunnen verzwakken of defect raken. De signaalkwaliteit kan afnemen. Zelfs kleine kromtrekkingen kunnen leiden tot plaatsingsproblemen tijdens de montage.

Kromming wordt meestal gemeten aan de hand van de stijging ten opzichte van een vlak oppervlak. IPC stelt de standaardlimieten vast. Voor printplaten met opbouwcomponenten is de limiet 0.75%. Voor andere printplaten is deze 1.5%. Deze strengere normen helpen te voldoen aan de eisen voor hoge snelheid en hoge precisie. Onnauwkeurige plaatsing of slechte soldeerverbindingen kunnen tot storingen leiden. Daarom is het belangrijk om kromtrekken vóór de productie te controleren.

Een vlakke printplaat biedt betere prestaties en is gemakkelijker te monteren . Door kromtrekken vroegtijdig te voorkomen, vermijd je vertragingen achteraf. Je bespaart tijd en vermindert fouten. Het is een kleine stap met een groot verschil.

PCB-krommingskarakterisering

Voor klasse 1 is een hoge mate van kromtrekken acceptabel. Voor zeer betrouwbare of bedrijfskritische toepassingen vereisen klasse 3 en klasse 4 echter een strengere controle – meestal minder dan 0.1%. Deze normen dienen als maatstaf voor kwaliteit en helpen ervoor te zorgen dat het eindproduct in zijn omgeving naar verwachting presteert.

Hoe u kromtrekken van een printplaat kunt controleren

Oorzaken van kromtrekken van PCB's

Niet-passende materialen en ongelijke lagen

Een van de meest voorkomende oorzaken van kromtrekking in een printplaat is het gebruik van materialen met ongelijke thermische eigenschappen. Wanneer lagen verschillende glasovergangstemperaturen (Tg) of thermische uitzettingscoëfficiënten (CTE) hebben, reageren ze ongelijkmatig op warmte tijdens het lamineren of reflow-proces. Dit verschil creëert interne spanning, wat kan leiden tot vervorming van de printplaat. Asymmetrische lagenopbouw draagt ​​ook bij aan dit probleem. Om het risico te minimaliseren, moet u ervoor zorgen dat uw materiaalkeuze thermisch compatibel is en een evenwichtige lagenopbouw over de hele printplaat handhaven.

Klemmen tijdens het solderen

Hoewel het vastzetten van een printplaat tijdens golf- of reflowsolderen nuttig lijkt, doet het vaak meer kwaad dan goed. Printplaten zetten uit bij hoge temperaturen. Klemmen beperkt de natuurlijke beweging en kan ervoor zorgen dat de printplaat na afkoeling vervormd raakt. Dit probleem doet zich vaker voor bij printplaten met grote of zware componenten. Het is het beste om de printplaat tijdens het proces vrij te laten uitzetten en krimpen.

Koper niet gelijkmatig verspreid

Een ongelijke koperverdeling tussen de lagen kan tijdens de productie thermische onevenwichtigheden veroorzaken. Wanneer een laag aanzienlijk meer koper bevat dan de tegenoverliggende laag, absorbeert en behoudt deze warmte anders. Dit kan leiden tot plaatselijke uitzetting en kromtrekking van de printplaat. Bij meerlaagse printplaten is een symmetrische koperverdeling aan te raden. Het afstemmen van de koperlagen over de gepaarde lagen zorgt voor consistent thermisch gedrag.

Bord te zwaar tijdens reflow

Tijdens reflow wordt de PCB zacht onder hoge temperaturen. Als de printplaat groot is of zware componenten draagt, kan het eigen gewicht ervoor zorgen dat deze in het midden doorbuigt. De randen fungeren als steunpunten, terwijl het midden onder belasting doorbuigt. Deze vervorming kan permanent worden zodra de printplaat afkoelt. Goede ontwerpondersteuning en lay-outbalans helpen dit risico te verminderen.

V-Cut verzwakt het paneel

V-vormige inkepingen of V-groeven zijn handig om planken van een paneel te scheiden, maar ze hebben ook een nadeel: ze kunnen de structurele sterkte aantasten. Deze groeven creëren zwakke plekken waar de plank onder druk sneller buigt of verdraait. Als een paneel begint te vervormen, begint dat vaak precies bij de V-vormige inkeping. Het is daarom belangrijk om goed na te denken over waar en hoeveel V-vormige inkepingen je maakt om de algehele integriteit van het paneel te behouden.

Stress door het persen

Het persproces van een printplaat is afhankelijk van zowel hitte als druk, wat interne spanning kan veroorzaken. Verschillende factoren spelen hierbij een rol, zoals de dikte van de printplaat, de verdeling van de lagen en het aantal gebruikte prepreg-vellen. Deze factoren kunnen allemaal bijdragen aan spanningsopbouw. Als deze spanning niet correct wordt verwerkt, kan dit leiden tot kromtrekken tijdens of na het lamineren. Om de printplaat vlak te houden, is een goed uitgebalanceerd ontwerp essentieel en moet er voldoende spanningsontlasting zijn.

Onjuiste opslag

Onjuiste opslag is een veelvoorkomende oorzaak van kromtrekken in printplaten. Wanneer printplaten ongelijkmatig worden gestapeld of op planken worden gelegd zonder goede ondersteuning, kunnen ze na verloop van tijd mechanisch vervormen. Dit probleem komt vooral voor bij dunnere printplaten of printplaten met oneffen koperoppervlakken. Om dit probleem te voorkomen, dient u uw printplaten op een vlakke, stabiele ondergrond te bewaren en er geen zware voorwerpen op te plaatsen.

Voorkomen van kromtrekken van printplaten

Het voorkomen van kromtrekken van PCB's begint met slimme ontwerpkeuzes en een correcte behandeling tijdens de productie. Kromtrekken kan leiden tot prestatieproblemen en zelfs tot uitval, vooral in toepassingen met een fijne spoed of hoge betrouwbaarheid. Hieronder vindt u een vereenvoudigde handleiding met veelvoorkomende preventietips en fabricagemethoden om de vlakheid van de printplaat te behouden.

• Kies de juiste materialen – Gebruik sterke, stabiele materialen zoals FR-4. Dunnere planken hebben minder kans op kromtrekken.
• Ontwerp het voor stabiliteit – Vermijd te grote of zware lay-outs. Plan V-snedes zorgvuldig om de spanning op het bord te verminderen.
• Voorzichtig behandelen en bewaren – Houd planken plat tijdens het opbergen. Stapel ze niet op, vooral niet als ze dun zijn.
• Beheer warmte goed – Droog de platen voor en na het lamineren. Laat ze na het solderen op natuurlijke wijze afkoelen.
• Maak de koperlagen gelijk – Verdeel het koper gelijkmatig over beide zijden van de plaat om hitte en spanning in balans te brengen.
• Ondersteun het bestuur tijdens het verwarmen – Gebruik lade-mallen of dragers om de printplaat recht te houden tijdens het reflow solderen.
• Beheer opslagomgeving – Gebruik vochtbestendige verpakking en houd de luchtvochtigheid in het magazijn laag.
• Natuurlijk afkoelen na het solderen – Laat de planken afkoelen op een vlakke ondergrond. Gebruik geen koud water.
• Controleer nogmaals op kromtrekken aan het einde – Controleer alle planken op vlakheid. Bak kromgetrokken planken opnieuw onder druk.
• Gebruik rollen voor dunne platen tijdens het verchromen – Klem dunne planken vast met rollen zodat ze niet doorbuigen.
• Gebruik rekken of bevestigingen in de oven – Verklein het bord of ondersteun de langere kant om doorzakken bij hoge temperaturen te voorkomen.
• Platen vlak maken met een machine – Machines kunnen helpen om platen vlak te persen. De resultaten variëren afhankelijk van het type plaat.
• Bakken na het persen van de lagen – Bak het vier uur lang op 150°C om interne spanningen te laten verdwijnen en de plaat volledig te laten uitharden.
• Houd dunne platen plat tijdens het plateren – Klem zeer dunne platen tussen de rollen tijdens galvaniseren om te voorkomen dat ze kromtrekken.
• Gebruik frezen in plaats van V-snedes – Scheid de planken met behulp van freesmachines, niet met V-zagen, om schade aan de structuur te voorkomen.
• Lijn de lagen van het bord correct uit – Plaats de interne lagen (prepreg) in de juiste richting om spanning en vervorming te verminderen.

Oplossing voor kromtrekken van PCB's

Controleer de warmte tijdens het solderen

Het handhaven van een constante temperatuur over de hele printplaat tijdens het solderen is essentieel om kromtrekken te verminderen. Ongelijkmatige hitte zorgt ervoor dat delen van de printplaat in verschillende mate uitzetten of afkoelen. Dit leidt tot buiging of vervorming. Het aanpassen van de soldeertemperatuur of overschakelen naar een meer gecontroleerde methode, zoals het gebruik van een reflowoven met de juiste profilering, kan helpen. Volledige bevochtiging van het soldeer voorkomt ook ingesloten luchtbellen of holtes, die de vlakheid na afkoeling kunnen beïnvloeden.

Verbeter de lay-out en structuur van het bord

De manier waarop je je printplaat ontwerpt, heeft direct invloed op hoe deze warmte verwerkt. Een slechte lay-out kan ervoor zorgen dat thermische spanning ongelijkmatig wordt opgebouwd. Deze spanning zorgt ervoor dat de printplaat tijdens het solderen verdraait of kromtrekt. Om dit te minimaliseren, kun je je structuur herzien. Het herpositioneren van soldeerpunten of het herverdelen van warmtegevoelige zones kan de thermische belasting tijdens het proces verminderen.

Versterk de printplaat

Als een printplaat al het risico loopt te buigen tijdens het solderen, is het wellicht een goed idee om wat versteviging toe te voegen. Je kunt bijvoorbeeld een steun onder de printplaat plaatsen of extra soldeerpunten toevoegen op plekken die gevoelig zijn voor kromtrekken. Deze extra steunen helpen de spanning gelijkmatiger te verdelen, waardoor de printplaat stabiel blijft, zowel tijdens als na het solderen.

Schakel over naar beter materiaal

Als structurele of thermische oplossingen het probleem niet oplossen, overweeg dan om het basismateriaal te vervangen. Sommige materialen hebben een lagere thermische uitzetting en reageren beter op warmte. Door laminaten van hogere kwaliteit te gebruiken of over te stappen op materialen met geschiktere thermische eigenschappen, kunt u de kans op kromtrekken door solderen aanzienlijk verkleinen.

Conclusie

Dit artikel legt de oorzaken van kromtrekken van printplaten uit en hoe dit te voorkomen. Het behandelt belangrijke kwesties zoals materiaalmismatch, warmte-onbalans, slechte structuur en onjuiste opslag. Het biedt ook praktische manieren om kromtrekken te verminderen door een beter ontwerp, betere procesbeheersing en betere materiaalkeuze, wat bijdraagt aan betrouwbare en hoogwaardige printplaten.

Heeft u hulp nodig bij het beheersen van PCB-vervorming voor uw project? PCBTok staat voor u klaar. Of uw printplaat nu moet voldoen aan de IPC Klasse 1, 2 of 3 normen, wij zorgen ervoor dat deze precies aan uw eisen voldoet. U kunt ons altijd bereiken via sales@pcbtok.com . Stuur ons uw Gerber-bestanden en wij voeren een gratis DFM-controle en een gedetailleerde offerte voor u uit. Ons team werkt nauw met u samen om ervoor te zorgen dat uw printplaten vlak, betrouwbaar en productieklaar blijven.

Veelgestelde Vragen / FAQ

• Kan een kromgetrokken plank gerepareerd worden?

Ik zou zeggen dat het ervan afhangt, maar meestal is het niet waar, je kunt een kromgetrokken printplaat niet echt repareren. Als de kromtrekking is ontstaan tijdens de productie van de kale printplaat, is het meestal permanent. In dat geval moet de printplaat mogelijk worden weggegooid. Als de printplaat echter door het solderen is gekomen en er krom uitkomt, is hij waarschijnlijk gebogen tijdens het reflowproces of was hij al krom vóór de montage. In beide gevallen is het riskant om de printplaat achteraf te proberen te "platmaken". Dit kan soldeerpunten of componenten beschadigen.

• Kan een kromgetrokken printplaat opnieuw worden geperst?

Ja, maar alleen onder de juiste omstandigheden. Een productiebedrijf kan een kromgetrokken, kale plaat opnieuw persen door deze boven de Tg te verhitten en gelijkmatige druk uit te oefenen met een vlakke metaalpers. De plaat moet vervolgens op natuurlijke wijze afkoelen onder druk. Deze methode is niet gegarandeerd en werkt niet goed op geassembleerde platen.

• Wat is de acceptabele kromtrekking van een printplaat?

De acceptabele kromming is afhankelijk van het type printplaat. Voor printplaten met SMD-componenten is de limiet doorgaans 0.75%. Voor printplaten met alleen doorsteekcomponenten is tot 1.5% toegestaan . Deze waarden volgen de IPC-6012-normen . Het naleven van deze limieten draagt ​​bij aan een correcte assemblage en een langdurige betrouwbaarheid van de printplaat.

• Hoe kan ik kromtrekken van de printplaat meten na montage?

Na de montage wordt het meten van kromtrekken van de printplaat lastiger. Tools zoals PARMI werken goed voor kale printplaten, maar hun nauwkeurigheid neemt af zodra de componenten gemonteerd zijn. Voor geassembleerde printplaten is het beter om digitale beeldcorrelatie of geautomatiseerde optische inspectie (AOI) te gebruiken. Deze methoden zorgen voor een nauwkeurige oppervlaktemapping zonder de printplaat te beschadigen.