プリント基板の製造および応用において、反りはその性能と信頼性に影響を与える重要な要素です。 PCB基板の反りは、電子部品のはんだ付け不良を引き起こし、電気接続不良を引き起こすだけでなく、製品の全体的な組み立て精度に影響を与え、製品の品質を低下させる可能性があります。したがって、PCB 基板の品質を向上させ、電子デバイスの安定した動作を確保するには、効果的な PCB 基板の反り制御スキームを実装することが非常に重要です。
1、PCB基板の反りの原因分析
重要な要因
基板特性の違い: 一般的な FR-4、CEM-3 などの PCB 基板のタイプが異なると、熱膨張係数が異なります。 PCB 製造プロセス中、高温溶接やその他のプロセスが行われる際、基板の各層の不均一な熱膨張により内部応力が発生しやすく、反りが発生する可能性があります。たとえば、FR-4 基板は Z 軸方向の熱膨張係数が比較的大きくなります。高温環境下では、X軸、Y軸よりもZ軸方向の膨張が大きくなります。この異方性の膨張特性により、反りの危険性が高まります。
銅箔と基板の接合: 銅箔は、回路を搭載する PCB ボードの重要な部分であり、基板との接合により反りの程度に影響を与える可能性があります。ラミネート工程において銅箔と基板の接着力が不均一であると、その後の加工や使用時の温度変化や機械的ストレスにより銅箔と基板の剥離や相対位置ずれが発生し、基板の反りの原因となることがあります。
設計要素
不均一な回路レイアウト: PCB 基板上の不均一な回路レイアウトは、基板上の不均一な応力分布につながる可能性があります。特定の領域の銅箔の分布が密すぎる一方、他の領域が比較的疎である場合、熱処理中に銅箔の密な領域がより多くの熱を吸収してより大きく膨張し、銅箔の疎な領域との大きな内部応力差が形成され、PCB 基板の反りが促進されます。たとえば、一部の高出力電子製品の PCB 基板設計では、パワーデバイスが集中する領域の銅箔面積が大きく、厚みも厚くなります。レイアウトが合理的でない場合、その領域の基板の変形が容易に発生する可能性があります。
基板の厚さとサイズの不一致: PCB 基板の厚さとサイズの間には一定の比例関係があります。基板の厚みが薄すぎたり、サイズが大きすぎると基板の剛性が不足し、加工時や使用時の外力や熱応力の影響を受けやすくなり、反りが発生します。逆に、基板の厚みが厚すぎてサイズが小さすぎると、過剰な設計によるコストアップや、応力集中により加工時に反りが発生する可能性があります。
製造プロセスの要因
プレス加工の問題: プレス加工は PCB 基板製造における重要なプロセスです。プレスの温度、圧力、時間が適切に制御されていない場合、基板内部の層間の接合が緩んだり不均一になり、内部応力や反りが発生する可能性があります。たとえば、プレス温度が高すぎる場合、または加熱速度が速すぎる場合、シートは過度に柔らかくなり、圧力下で変形しやすくなります。圧縮圧力が不均一であると、基板の異なる部分間の接合が不均一になり、結果として反りが生じる可能性があります。
2、PCBボードの反り制御方式
材料選択の最適化
熱膨張係数の一致: PCB ボードを選択するときは、熱膨張の違いによって生じる内部応力を軽減するために、全方向で同様の熱膨張係数を持つ材料を選択するようにしてください。航空宇宙電子機器の PCB 基板など、非常に高い反りを必要とする一部のアプリケーション シナリオでは、セラミック基板などの熱膨張係数が低く等方性の材料を検討できます。一般的な電子製品の場合、さまざまなタイプのFR-4基板の熱膨張係数を選別して比較し、製品設計要件により適した基板を選択できます。
銅箔と基板の品質を確保する: 銅箔と基板間の良好な接合を確保するには、信頼性の高い銅箔と基板を選択してください。調達プロセスでは、原材料の品質基準が厳格に管理され、銅箔の粗さと純度、基板の樹脂含有量、ガラス繊維の分布などのパラメータがテストされます。たとえば、表面が特別に処理された銅箔を使用すると、基板への接着力が向上し、処理中に銅箔と基板が剥離するリスクが軽減されます。
設計段階での予防
回路の合理的なレイアウト: PCB 基板の設計では、銅箔が特定の領域に集中するのを避けるために、回路のレイアウトを可能な限り均一にする必要があります。高電力および高発熱のコンポーネントの場合は、コンポーネントを合理的に分散して配置し、熱処理中に基板にかかる応力のバランスを保つために放熱銅シートの均一な分布を確保しながら、放熱に大面積の放熱銅シートを使用する必要があります。-たとえば、コンピュータのマザーボードを設計する場合、CPU や GPU などの高出力チップの電源ラインと放熱銅シートはマザーボード上に均等に配置され、局所的な銅箔密度によって引き起こされる反りを軽減します。{3}}
基板の厚さとサイズの比率を最適化する: PCB 基板の実際の使用要件に基づいて、基板の厚さとサイズの最適な比率を正確に計算して決定します。電気的性能や機械的強度の要求を満たすことを前提として、適切な板厚を選択し、プレートの剛性を向上させます。大型の PCB 基板の場合、補強リブを追加したり、多層基板構造を採用したりすることで、反り防止能力を強化できます。-例えば、産業用制御機器用の大型基板の設計では、基板のエッジや主要部分に補強リブを設けることで基板全体の剛性を効果的に向上させ、反りを低減します。
製造プロセスの改善
プレス工程の精密な制御：プレス工程では、高度なプレス設備と制御システムを使用して、プレスの温度、圧力、時間を正確に制御します。合理的な圧縮プロセス曲線を作成して、圧縮プロセス中にボードが均一に加熱および圧縮され、各層が完全に接着されるようにします。例えば、分割加熱定圧接着プロセスでは、最初は低温で樹脂を流し基板層間の隙間を埋め、その後安定した圧力を維持しながら硬化温度まで徐々に温度を上げて基板を完全に硬化させ、内部応力の発生を低減します。