Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Среда, 20 февраля
 
 


Это интересно!

Новости


Обзоры, аналитика


Интервью, презентации

Ранее

Семинар «Проектирование многослойных печатных плат высокой плотности»

В начале 2005 года в «Производстве электроники» был опубликован материал, посвященный работе одного из старейших игроков рынка современного российского контрактного производства — компании «Эрикон-Монтаж». Что изменилось с того времени? Как компания реагирует на возросшие требования заказчиков? Корреспондент ПЭ попробовал разузнать, чем «Эрикон-Монтаж» сегодня отличается от предприятия 3-летней давности.

Повышение эффективности отмывки корпусов MICRO-ARRAY с помощью направленных струй

При крупносерийном производстве устройств, использующих технологию перевернутого кристалла (flip chip) и другие методы корпусирования с матричным расположением контактов (micro-array) серьезной проблемой является очистка. Структура выводов корпуса настолько плотная, что для отмывки не остается достаточного пространства. В статье рассмотрены возможные пути повышения эффективности отмывки путем выбора таких параметров технологического процесса, как тип применяемого для пайки флюса, время отмывки и конструкция насадки, подающей очищающую жидкость на сборку.

Реболлинг и проблема обеспечения надежности паяных соединений

Обеспечение высокой надежности электронных модулей (для критически важных приложений), работающих в жестких условиях эксплуатации, требует применения особых методов пайки соединений. В статье обсуждаются вопросы применения BGA-микросхем с бессвинцовыми шариковыми выводами в устройствах с повышенными требованиями к надежности путем использования реболлинга при монтаже BGA-компонентов.

 

16 декабря

Обзор методов предупреждения деформаций печатных плат на этапе конструирования

Проблема появления деформаций печатных плат (ПП) не нова, и уже наработано множество способов, предупреждающих или уменьшающих эти дефекты на различных этапах технологического процесса производства. Статья адресована в первую очередь конструкторам и посвящена выявлению причин возникновения такого рода дефектов. В ней даются рекомендации по устранению деформаций на стадии проектирования ПП, рассматриваются различия в допустимых отклонениях от нормы при подготовке проекта платы к производству как на отечественных, так и на зарубежных заводах.





Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.

Скрыть/показать html версию статьи
background image
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОНИКИ: ТЕХНОЛОГИИ, ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ
29
№ 8, 2008
изготовление печатных плат
Проблема появления деформаций печатных плат (ПП) не нова, и уже наработано множество способов, предупре-
ждающих или уменьшающих эти дефекты на различных этапах технологического процесса производства. Статья
адресована в первую очередь конструкторам и посвящена выявлению причин возникновения такого рода дефектов.
В ней даются рекомендации по устранению деформаций на стадии проектирования ПП, рассматриваются различия в
допустимых отклонениях от нормы при подготовке проекта платы к производству как на отечественных, так и на за-
рубежных заводах.
Деформации могут возникнуть по
следующим причинам.
1. Несоответствие исходных ма-
териалов требованиям производи-
телей печатных плат. Например, для
стеклотекстолитов большое значе-
ние имеет перпендикулярность и
равномерность плетения волокон
стеклоткани; если стекловолокна не
перпендикулярны и расположены
неравномерно, это может привести
к деформации материала при его на-
греве и, как следствие, к деформации
готовой печатной платы.
2. На этапе производства ПП; на-
пример, из-за воздействия высоких
температур и влажности могут воз-
никнуть такие виды деформаций как
изгиб и скручивание.
3. Ошибки при проектировании
ПП.
Почему об этом стоит задуматься?
Появление деформаций может при-
вести к разрыву проводников, суще-
ственно осложнить процесс монтажа
SMD на печатную плату.
В основном, по сложившейся тра-
диции, бороться с деформациями при-
ходится технологам, хотя существу-
ет ряд приемов, способных если не
предупредить совсем, то существенно
уменьшить деформацию плат еще на
этапе разработки конструкции.
Ситуация осложняется тем, что в
настоящее время существуют различ-
ные пути реализации проектов плат.
Имеются следующие два самых рас-
пространенных способа превращения
проекта собственно в плату.
1. Плата разрабатывается и произ-
водится в России.
2. Плата разрабатывается в Рос-
сии, а производится за рубежом (чаще
всего в азиатских странах, реже — в
Европе).
Елизавета Бегер
, зам. нач. инженерного отдела, ООО «НКАБ-ЭРИКОН»
обзор методов предупреждения деформаций
печатных плат на этапе конструирования
Рис. 1. Деформация изгиба
Какие трудности возникают в этом
отношении? По логике, если плата
разрабатывается и производится в
России, разработчик, конструктор и
технолог должны руководствовать-
ся требованиями ГОСТ. Трудности
возникают при разработке плат в со-
ответствии с требованиями ГОСТ и
производстве на заводе, сертифициро-
ванном по международным стандар-
там. Такие предприятия, ориентиро-
ванные на международные стандарты,
находятся не только в зарубежных
странах, но все чаще появляются и в
России. В этих условиях между стан-
дартами могут обнаружиться несоот-
ветствия, которые очень важно учесть
еще на стадии разработки конструк-
ции печатной платы.
На данный момент большинство
поставщиков плат в странах Азии и
Европы (а в последнее время и Рос-
сии) руководствуется требованиями
стандартов IPC. Для того чтобы плата
получилась такой, какой ее задумал
конструктор, необходимо учитывать
требования уже двух различных стан-
дартов! Ниже описываются требова-
ния ГОСТ и IPC к деформациям пе-
чатных плат.
Выясним, что же собой представ-
ляют деформации изгиба и скручива-
ния.
Деформация изгиба
Изгиб — отклонение от плоско-
сти ПП, характеризующееся близкой
к цилиндрической или сферической
форме кривизной при условии, что
если изделие имеет прямоугольную
форму, все его четыре угла лежат в
одной плоскости (см. рис. 1).
Деформация скручивания
Скручивание — деформация, ха-
рактеризующаяся спиральным ис-
кривлением противоположных кро-
мок основания печатной платы.
Деформация проходит по диагонали
таким образом, что один угол платы
находится не в плоскости, в которой
лежат три остальных угла. На рисун-
ке 2 точки А, В и С лежат в одной пло-
скости.
требования гост в отношении
Деформаций изгиба
и скручивания
Согласно ГОСТ 23752-79, дефор-
мации при изгибе и скручивании пе-
чатных плат с жестким основанием,
за исключением зоны концевых кон-
тактов, на 100 мм длины не должны
Рис. 2. Деформация скручивания
background image
Тел.: (495) 741-77-01
30
www.elcp.ru
изготовление печатных плат
превышать значений, указанных в
таблице 1.
При использовании диэлектрика
высшей категории качества на основе
стеклоткани деформация не должна
превышать 0,4 мм.
Деформация в зоне концевых кон-
тактов не должна быть более 0,5 мм,
для МПП — 0,4 мм.
Отклонение от перпендикуляр-
ности сторон прямоугольной ПП не
должно превышать 0,2 мм на 100 мм,
если в КД не указаны другие значе-
ния.
как опреДелить величину
Деформации по гост?
Проверку деформации на соответ-
ствие требованиям стандартов прово-
дят при помощи линейки, вес которой
при наложении на испытуемую ПП не
изменяет значения ее деформации.
Линейку размером более длины
диагонали используемой ПП накла-
дывают на плату, лежащую вогнутой
стороной вверх. Определяют место
максимального отклонения вогнутой
поверхности от линейки и измеряют
его с точностью до 0,1 мм. Измеряют
расстояние между точками касания
линейки с поверхностью ПП с точно-
стью до 0,5 мм. Значение деформации
Рис. 3. Размеры печатной платы,
необходимые для расчета значения
деформации
ПП на 100 мм длины, К, определяют
по формуле:
,
где h — максимальное расстояние
от поверхности ПП до линейки, мм;
L — расстояние между точками опоры
линейки, мм.
Для измерения значения дефор-
мации в зоне концевых контактов
линейку располагают над концевыми
контактами параллельно краю ПП.
Кроме того, допускается измерять
значение деформации при помощи
калибровочной щели.
Проверку отклонения от перпен-
дикулярности сторон прямоугольной
ПП на соответствие требованиям
стандартов проводят путем сравнения
ПП с калиброванными угольниками,
один из которых выполнен с верхним
предельным отклонением от перпен-
дикулярности, другой — с нижним.
требования IPC
Согласно требованиям IPC-A-
600G, для печатных плат, на которых
используются поверхностно монти-
руемые компоненты, деформации при
изгибе и скручивании ПП не должны
превышать 0,75%. Для всех остальных
плат деформации при изгибе и скру-
чивании не должны превышать 1,5%,
независимо от толщины печатной
платы.
как опреДелить величину
Деформации по IPC?
Для того чтобы определить значе-
ние деформации изгиба, плату необ-
ходимо поместить на ровную поверх-
ность и измерить значения длины,
ширины и диагонали (см. рис. 3).
Значения длины и ширины нам пона-
добятся для определения относитель-
ной деформации изгиба, а значения
диагонали — для определения относи-
тельной деформации скручивания.
Затем следует измерить отклоне-
ние от плоскости в самой верхней точ-
ке так, как показано на рисунке 4.
Концы платы должны касать-
ся поверхности, на которой ле-
жит плата. Измеренное значение
максимального отклонения обо-
значается как R
L
, если это откло-
нение по длине, или R
w
, если по ши-
рине.
После всех необходимых измере-
ний рассчитаем значение деформации
изгиба по формуле:
или
.
Например, для прямоугольной ПП
размером 50×200 мм при деформации
по длине L = 200 мм и R
L
= 1,5 мм зна-
чение изгиба равно
.
Такая деформация допускается
стандартом IPC даже для печатных
плат с поверхностно монтируемыми
компонентами.
Далее определим деформацию
скручивания. Для этого нам понадо-
бится измеренная ранее длина диаго-
нали D. Измеряем максимальное от-
клонение от плоскости, как показано
на рисунке 5.
Табл. 1. Предельные значения деформации по ГОСТ
Толщина печат-
ной платы d, мм
Деформация печатной платы, мм
ОПП
ДПП
МПП
На основе бумаги
На основе
стеклоткани
На основе бумаги
На основе
стеклоткани
1,0 < d ≤ 1,5
1,5
0,9
0,9
0,8
0,5
1,5 < d ≤ 2,0
1,2
0,8
0,6
0,6
0,4
d > 2,0
0,9
0,6
0,5
0,5
0,4
Примечание. Значения деформации для ПП толщиной 1,0 мм и менее не устанавливаются.
Рис. 4. Измерение максимального отклонения от плоскости
Рис. 5. Измерение максимального
отклонения угла платы от плоскости при
деформации скручивания
background image
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОНИКИ: ТЕХНОЛОГИИ, ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ
31
№ 8, 2008
изготовление печатных плат
В данном случае R — макси-
мальное отклонение угла платы от
плоскос ти; B, C, D — углы платы, ле-
жащие в одной плоскости. При изме-
рении деформации эти углы должны
касаться ровной поверхности.
Величина деформации скручива-
ния определяется по формуле
,
где Twist — скручивание.
Например, для прямоугольной
печатной платы, диагональ которой
равна 200 мм, а максимальное откло-
нение от плоскости — 3 мм, значение
деформации составит
.
Такая деформация допускается
стандартом IPC даже для печатных
плат с поверхностно монтируемыми
компонентами.
о чем это говорит?
Требования ГОСТ и IPC к данно-
му виду деформаций являются раз-
личными. Это необходимо учитывать,
если разработанные по ГОСТ платы
планируется заказать на заводе, рабо-
тающем в соответствии с международ-
ным стандартом IPC.
– Необходимо помнить, что ГОСТ
не регламентирует значения деформа-
ций изгиба и скручивания для печат-
ных плат толщиной менее 1,00 мм, а
IPC регламентирует!
– Величина деформации при
изгибе и скручивании имеет зна-
чение при использовании поверх-
ностно монтируемых компонентов.
Слишком большие деформации не
позволят печатной плате остаться
достаточно плоской для нанесения
паяльной пасты через трафарет (в
специальном принтере) и для уста-
новки поверхностно монтируемых
компонентов (в автоматическом
установщике). Стандарт IPC предъ-
являет различные требования к ве-
личине деформации плат с поверх-
ностным монтажом и без него, тогда
как ГОСТ особо не оговаривает этот
аспект.
– С другой стороны, значения
деформации изгиба и скручивания
очень важны для плат с концевыми
контактами. На этом аспекте делается
акцент в требованиях ГОСТ, в то вре-
мя как IPC определяет их такими же,
как и для плат с поверхностным мон-
тажом или без него.
каким образом на стаДии
проектирования преДупреДить
слишком большие Деформации
готовой пп?
Существует множество способов,
предупреждающих и уменьшающих
деформации на разных этапах техно-
логического процесса производства
печатных плат. Эти способы давно и
успешно внедрены и широко исполь-
зуются.
Но, оказывается, существуют при-
емы, использование которых позво-
лит если не устранить, то, по меньшей
мере, существенно снизить деформа-
цию еще на стадии проектирования.
Рассмотрим последовательно каждый
из них.
1. баланс меди
Этот метод предусматривает за-
полнение свободных от меди об-
ластей на печатной плате медной
фольгой (см. рис. 6 и 7). Если про-
водящий рисунок неравномерный,
толщина слоя меди в готовой про-
дукции различная в разных участках
печатной платы, что может даже при-
вести к невозможности производства
этой ПП. Неравномерность рисунка
Рис. 6. Печатная плата без баланса меди
Рис. 7. Печатная плата с балансом меди
Рис. 8. Пример заполнения медью
технологических полей печатной платы
Рис. 9. Заполнение свободных мест
медной фольгой в виде залитого полигона
медных проводников приводит к де-
формации печатных плат (изгибу и
скручиванию). Рисунок внутренних
слоев должен также быть равномер-
ным для того, чтобы снизить риск
деформации. Правильный и сбалан-
сированный печатный рисунок вы-
равнивает поверхность платы.
Рис. 10. Заполнение свободных мест
медной фольгой в виде сетки
background image
Тел.: (495) 741-77-01
32
www.elcp.ru
изготовление печатных плат
Рис. 11. Пример готовой панели с хорошим
балансом меди
Рис. 12. Симметричная (слева) и несимметричная (справа) структуры
Если поставка ПП планируется в
панелях с технологическими полями,
то и на полях необходимо добавлять
медь для баланса, чтобы предупредить
возникновение деформации изгиба и
скручивания. Примеры заполнения
медью свободных областей приведе-
ны на рис. 8, 9, 10.
Изменить дизайн печатных плат
на стадии разработки не представляет
особой трудности.
При проектировании платы в
определенной САПР проще всего
использовать заливку полигона (как
сплошную, так и сетчатую) — это
стандартная опция всех систем про-
ектирования печатных плат.
Заливку технологических полей
легче выполнить на стадии подго-
товки проекта к производству, ког-
да выполняется мультипликация
платы.
На рисунке 11 представлен пример
готовой панели с хорошим балансом
меди.
2. иммерсионные покрытия
Для печатных плат, финишная
толщина которых 0,8 мм и менее,
целесообразнее использовать иммер-
сионные покрытия (например, по-
крытия ENIG — Electroless Nickel/
Immersion Gold — иммерсионное
золото по подслою никеля или IS —
Im mer sion Silver — иммерсионное се-
ребро). Применение всеми любимо-
го «стандартного» горячего лужения
(HAL или HASL — Hot Air (Solder)
Leveling) способствует увеличению
деформации. Это связано с высокой
температурой процесса горячего лу-
жения, которая для бессвинцового
лужения (lead-free HASL) может до-
стигать 270°C.
3. симметричная структура для мпп
Рекомендуется использовать сим-
метричную структуру для многослой-
ных печатных плат (см. рис. 12).
Применение несимметричной
структуры ведет к недопустимо боль-
шому изгибу платы.
На левом рисунке видна абсо-
лютно симметричная структура —
центром является препрег 2116, от-
носительно которого используются
одинаковые симметрично располо-
женные фольгированные диэлек-
трики, препреги и электролитиче-
ская медная фольга внешних слоев.
Можно с уверенностью сказать, что
величина изгиба и скручивания ПП
с такой структурой находится в пре-
делах стандартов.
На правом рисунке представлена
несимметричная структура — центром
является тот же препрег 2116, относи-
тельно которого находятся диэлектри-
ки разной толщины (FR-4 толщиной
0,2 и 0,1 мм, соответственно). Толщи-
на фольги относительно центра платы
тоже отличается: 105 и 35 мкм. В ито-
ге очень велика вероятность того, что
деформация готовой платы выйдет за
пределы допуска.
вывоДы
Появление деформаций на ПП
всегда неприятно и порой достав-
ляет массу трудностей. Слишком
большие величины деформаций не
позволяют печатной плате остаться
плоской для нанесения паяльной па-
сты через трафарет (в специальном
принтере) и для установки поверх-
ностно монтируемых компонентов
(в автоматическом установщике).
Если задуматься о готовой плате еще
на стадии проектирования, то мно-
гих проблем удастся избежать. Как
видно из статьи, при использовании
довольно простых приемов можно
существенно улучшить качество го-
тового изделия.
Наилучшим решением можно
считать тесное сотрудничество кон-
структора платы и технолога того
завода, на котором плата будет про-
изводиться. В таком случае еще до
начала компоновки и трассировки
платы можно выяснить все необходи-
мые технологические ограничения и
заложить значение зазоров/ширины
проводников, послойную структу-
ру, сделать баланс меди, определить
наиболее оптимальное финишное
покрытие и т.д.
Конечно, все рекомендации этой
статьи однозначно и в любом случае,
для любой платы воплотить в жизнь
на практике порой бывает невозмож-
но. Например, для СВЧ-плат бывает
невозможно соблюсти баланс меди.
Для специфичных проектов иногда
бывает невозможным сделать сим-
метричной структуру платы. Всегда
надо исходить из принципа «из двух
зол выбирают меньшее». Но если есть
возможность использовать на плате
приведенные выше приемы, почему
бы ими не воспользоваться и не по-
высить качество готового изделия без
дополнительных расходов?
Литература
1. ГОСТ 23752-79
2. ГОСТ 20406-75
3. IPC-TM-650
4. IPC-A-600G
5. IPC-T-50G
6. IPC-6012B
7. NCAB newsletter, Bo Anderson, техни-
ческий директор NCAB Group, www.ncab.ru
background image
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОНИКИ: ТЕХНОЛОГИИ, ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ
33
№ 8, 2008
изготовление печатных плат
новости рынка
Компания Dispense Works, занятая разработкой различ-
ных типов диспенсеров, предлагает настольную систему Ring
Dex для дозированного разлива и упаковки жидких и вязких
продуктов в емкости небольшого объема.
Система имеет встроенное ПО и не нуждается во внеш-
нем компьютере. Оператор может задавать объем материала,
усилие закручивания крышки, вес материала. Все параме-
тры отображаются на графическом интерфейсе. На каждую
упаковку наносится дата и время изготовления, а также вес
материала. Информация может выводиться в электронном
виде для отчетов и ведения документации. Полуавтомат имеет
встроенную программу калибровки.
www.russianelectronics.ru
фасовочный полуавтомат от Dispense Works
новости рынка
В конце 90-х гг. в Европе работало несколько крупных
компаний, серийно выпускавших печатные платы для сото-
вых телефонов по технологии микроотверстий (microvia) —
AT&S, Aspocomp, Photo Print Electronics, Multek, Microser, SAT/
Sagem, Lares-Cozzi, Philips Evreux. После начала производ-
ства таких плат в Китае их изготовление в Европе было зна-
чительно сокращено.
В настоящее время компания Aspocomp тихо умирает,
Photo Print Electronics (PPE) куплена Wurth Electronics, Multek
передала производство печатных плат в Китай, Lares-Cozzi
значительно сократила производство и уже принадлежит
российской компании. Завод печатных плат Philips куплен
Aspocomp, завод Microsers в Мадриде сначала был продан
Tyco PCB, затем одному инвестиционному банку, который
его затем закрыл.
Основной клиент Nokia, компания AT&S, перенес-
ла производство в Румынию, закрывает свой завод в
Германии (г. Бохум), корректирует затраты на рабо-
чую силу и планирует большие сокращения. После за-
вершения всех этих процессов в Европе практически
не останется производства плат для сотовых телефо-
нов.
По данным д-ра Накахара (Nakahara), следующая большая
волна миграции ПП из Европы в Азию коснется плат для ав-
томобильной электроники. Последний пример этого — компа-
ния Ruwel, германский производитель печатных плат, недавно
купившая завод в Китае, который будет продолжать работать
на своих клиентов.
Д-р Nakahara считает, что компании Ruwel, Fuba и Schwei-
zer electronic — три самых крупных европейских изготовителя
ПП для автомобильного сектора, разделят судьбу AT&S. До-
статочно сравнить стоимость печатных плат, изготовленных
в Китае и Европе.
Чтобы сохранить свой бизнес, европейские производи-
тели ПП должны сосредоточиться на изготовлении малых
серий сложных плат по смешанной технологии, плат для про-
тотипов, для авиакосмической техники, промышленной элек-
троники, а в отдельных случаях, для медицинской техники.
www.russianelectronics.ru
следующими из европы уйдут производители пп для автомобильной
электроники
Оцените материал:

Автор: Елизавета Бегер, зам. нач. инженерного отдела, ООО «НКАБ-ЭРИКОН»



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2019 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты