پاسخ مستقیم
PCB خطر مواد ناشی از روندهای لمینیت و پیش آغشته سازی واقعی است. آن را با بررسی دقیق شماره قطعه پیش آماده سازی، سیستم رزین، Tg، CTE محور Z و پایداری Dk/Df در برابر مشخصات مونتاژ و اهداف امپدانس قبل از ساخت، ارزیابی کنید. برچسب عمومی "FR-4" تنوع قابل توجهی را در شیمی رزین، سبک شیشه و رفتار درمان پنهان می کند. هنگامی که تقاضای بازار تغییر می کند، سازندگان ممکن است موادی را جایگزین کنند که امپدانس را تغییر می دهند، در حین جریان مجدد تاب می یابند یا راه های میدان را ترک می کنند. این راهنما نحوه ارزیابی خطرات و مشخص کردن موادی را که هم از پرس لمینیت و هم در محیط کار مشتری نهایی شما زنده می‌مانند را توضیح می‌دهد.
چرا روندهای لمینیت و Prepreg خطر مواد واقعی PCB را ایجاد می کنند
روندهای لایه‌برداری و پیش‌آب‌سازی روی ریسک مواد PCB تأثیر می‌گذارند، زیرا آنچه را که واقعاً در دسترس است، تغییر می‌دهد، نه فقط آنچه در برگه داده است. هنگامی که قیمت مس افزایش می یابد، تامین کنندگان فویل تحمل ضخامت را تغییر می دهند. هنگامی که مواد اولیه رزین سفت می شوند، تولیدکنندگان ورقه ورقه، شیمی پخت را تغییر می دهند. هنگامی که یک سبک شیشه ای محبوب مانند 1080 یا 2116 تخصیص داده می شود، سازنده شما ممکن است سبک شیشه ای متفاوت را با ویژگی های پرکننده رزین متفاوت جایگزین کند. هر یک از این تغییرات رفتار الکتریکی و مکانیکی برد شما را تغییر می دهد.
ترکیبات مخاطره آمیز است زیرا اکثر پرونده های طراحی یک درجه مواد عمومی را مشخص می کنند، نه یک شماره قطعه خاص. پشته شما ممکن است بگوید "FR-4, 1.6mm, 1oz copper." این توصیف با صدها ترکیب مختلف لمینیت و پیش آغشته مطابقت دارد. یک FR-4 استاندارد با Tg 140 درجه سانتیگراد و یک ماده Tg متوسط با Tg 170 درجه سانتیگراد، هر دو با این توصیف مطابقت دارند، اما در طول جریان مجدد بدون سرب، رفتار بسیار متفاوتی دارند. مواد با Tg پایین انبساط محور Z بالاتری دارند که به سوراخ‌های روکش شده فشار وارد می‌کند و میتواند باعث ترک خوردن بشکه پس از چرخه حرارتی شود.
روندهای پیش آغشته نیز بر خود فرآیند لمینیت تأثیر می گذارد. سیستم های رزینی با ثابت دی الکتریک پایین تر (Dk) اغلب از عوامل پخت متفاوتی استفاده می کنند که در طول لمینیت به رمپ های دمایی سخت تری نیاز دارند. اگر برنامه پرس سازنده شما برای FR-4 استاندارد بهینه شده است، تغییر به یک ماده با کارایی بالا ممکن است به زمان نگهداری طولانی‌تر یا نرخ‌های خنک‌کننده متفاوت نیاز داشته باشد. اگر این پارامترهای فرآیند تنظیم نشوند، می‌توانید پخت ناقص را دریافت کنید که به صورت دمای انتقال شیشه‌ای پایین (Tg) یا ضریب اتلاف بالا (Df) در تخته تمام‌شده نشان داده می‌شود.
ویژگی های کلیدی مواد برای تأیید قبل از نهایی کردن استک آپ
سبک شیشه ای و محتوای رزین
سبک شیشه ای پارچه بافته شده ای که رزین را حمل می کند را تعیین می کند. سبک های رایج عبارتند از 106، 1080، 2116، 7628 و انواع کم ضرر آنها. هر سبک دارای ضخامت بافت، ثابت دی الکتریک و نسبت رزین به شیشه متفاوت است. یک شیشه 7628 دارای یک بسته شیشه ای ضخیم تر و پر شدن رزین کمتری نسبت به 2116 است که Dk موثر لایه prepreg را تغییر می دهد. اگر طراحی شما امپدانس تک سر 50 اهم را هدف قرار دهد و سازنده سبک شیشه ای متفاوتی را جایگزین کند، بسته به ضخامت لایه، امپدانس می تواند بین 2 تا 5 اهم یا بیشتر تغییر کند.
Tg و Td
دمای انتقال شیشه ای (Tg) دمایی است که در آن رزین از حالت شیشه ای صلب به حالت لاستیکی تبدیل می شود. در بالای Tg، ماده به سرعت منبسط می شود و استحکام مکانیکی را از دست می دهد. برای مونتاژ بدون سرب، معمولاً Tg حداقل 150 درجه سانتیگراد می خواهید، اما بالاتر همیشه بهتر نیست. رزین های با Tg بالا اغلب جذب رطوبت بالاتری دارند که در صورت پخته نشدن تخته به درستی می تواند باعث لایه برداری در حین جریان مجدد شود.
دمای تجزیه (Td) دمایی است که در آن رزین شروع به تجزیه شیمیایی می کند. Td بالای 320 درجه سانتیگراد برای لحیم کاری بدون سرب معمول است. اگر مشخصات مونتاژ شما تخته را در معرض حداکثر دمای نزدیک به 260 درجه سانتیگراد قرار می دهد، به ماده ای با حاشیه حرارتی کافی نیاز دارید.
Z-Axis CTE
ضریب انبساط حرارتی (CTE) در محور Z محرک اصلی تنش via و بشکه است. در طول جریان مجدد، ضخامت تخته افزایش می یابد. اگر CTE محور Z بیش از حد بالا باشد، انبساط می تواند آبکاری مس را در داخل ویاها یا پدهای بالابرنده را ترک کند. برای تخته های ضخیم یا تخته های با تعداد لایه بالا، ماده ای با CTE محور Z پایین تر، معمولاً زیر 50 ppm/°C زیر Tg و زیر 300 ppm/°C بالاتر از Tg، مشخص کنید.
چگونه مواد Prepreg را در RFQ خود مشخص و تأیید کنید
RFQ شما باید بیش از یک درجه مواد باشد. برای هر جفت لایه امپدانس کنترل شده، امپدانس هدف، تلرانس، صفحه مرجع و مقادیر Dk/Df را که در نظر گرفته اید مشخص کنید. فرکانس عملیاتی و پایداری Dk مورد نیاز در برابر دما را نیز شامل شود. این اطلاعات به سازنده اجازه می دهد تا عرض و فاصله ردیابی را تنظیم کند در حالی که عملکرد الکتریکی را در محدوده مشخصات نگه می دارد.
در اینجا یک مثال عملی از مواردی که باید در RFQ برای برد امپدانس کنترل‌شده گنجانده شود آورده شده است:
| Parameter | Specification |
|---|---|
| Laminate | Isola 370HR or approved equivalent |
| Prepreg | 2116, 47% resin content, 1x style |
| Tg | 170°C (min) |
| Td | 340°C (min) |
| Dk @ 1 GHz | 4.10 (nominal) |
| Df @ 1 GHz | 0.020 (max) |
| Z-axis CTE | < 50 ppm/°C below Tg |
| امپدانس هدف | 50 ohms ± 5% |
| Reference plane | Layer 2 (GND) |
> Practical note: A generic "or approved equivalent" clause gives the fabricator room to substitute. If you need a specific material, say so. If you are open to alternatives, ask the fabricator to provide the datasheet for the substitute and require written approval before they build.
اشتباهات رایج هنگام انتخاب Prepreg برای Stackup
مهندسان اغلب یک درجه FR-4 عمومی را با یک سیستم رزین خاص اشتباه می گیرند. یک FR-4 استاندارد با Tg 140 درجه سانتیگراد ممکن است در جریان مجدد بدون سرب باقی بماند، اگر پیش‌آب‌سازی دارای انبساط محور Z زیاد باشد. یکی دیگر از خطاهای رایج نادیده گرفتن سبک شیشه است. یک شیشه 7628 دارای پرکننده رزین و ضخامت دی الکتریک متفاوت از 2116 است، بنابراین تغییر آن امپدانس را تغییر می دهد. همیشه شماره قطعه پیش آماده سازی دقیق را مشخص کنید و قبل از نهایی کردن استک آپ تأیید کنید که در انبار موجود است.
یکی دیگر از مسائل رایج این است که فرض کنیم Tg بالاتر به طور خودکار به معنای عملکرد بهتر است. رزین های با Tg بالا اغلب جذب رطوبت بالاتری دارند که در صورت پخته نشدن تخته به درستی می تواند باعث لایه برداری در حین جریان مجدد شود. آنها همچنین ممکن است ثابت دی الکتریک بالاتری داشته باشند که می تواند امپدانس را تغییر دهد. مواد مناسب به مشخصات مونتاژ خاص و محیط عملیاتی شما بستگی دارد.
بررسی کیفیت Prepreg قبل و در طول ساخت
قبل از ساخت، برگه داده لمینت را برای Tg، Td، و CTE محور Z بررسی کنید. برای تخته های با تعداد لایه بالا یا ضخیم، محتوای رزین و جریان پیش آغشته را بررسی کنید تا از خالی شدن آن جلوگیری شود. در طول بازرسی ورودی، شماره لات پیش آغشته را بررسی کنید و تأیید کنید که سبک شیشه و محتوای رزین مطابق با مشخصات است. برای تخته های بحرانی، بعد از لمینت، یک مقطع بخواهید تا گرسنگی یا خالی بودن رزین را بررسی کنید.
سطح مقطع یک آزمایش مخرب است، بنابراین باید از قبل تصمیم بگیرید که چه تعداد کوپن را می خواهید قربانی کنید. یک رویکرد معمولی گنجاندن یک کوپن تست بر روی پانل است که می تواند پس از لمینیت، اما قبل از آزمایش الکتریکی، برش عرضی داشته باشد. این حفره های رزین، پر شدن ناکافی، یا لایه های نامرتب را قبل از سرمایه گذاری در مونتاژ می گیرد.
برای کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا، درخواست تجزیه و تحلیل ریز مقطع سوراخ‌های عبوری را در نظر بگیرید. با این کار ترک های بشکه، حفره ها یا ضخامت نامناسب آبکاری آشکار می شود. خانواده روش های تست IPC-TM-650 بسیاری از این تست های مواد و فرآیند، از جمله استحکام پوسته، شناور لحیم کاری، و تست تنش حرارتی را پوشش می دهد.
پاسخ به درخواست تعویض Prepreg
اگر یک prepreg در دسترس نباشد، سازنده میتواند جایگزینی را پیشنهاد کند. قبل از پذیرش، Dk/Df را در فرکانس کاری، Tg و CTE محور Z خود مقایسه کنید. یک تغییر کوچک در Dk می تواند امپدانس را چندین اهم تغییر دهد، بنابراین حل کننده میدان خود را با داده های مواد جدید مجدداً اجرا کنید. همچنین بررسی کنید که سیستم رزین جایگزین با نمای سطح و مشخصات مونتاژ شما سازگار است.
اگر جایگزین یک ماده ارزان‌تر یا در دسترس‌تر است، از سازنده بخواهید برگه مشخصات نوشتاری و نمونه‌ای برای آزمایش ارائه کند. به تضمین های شفاهی اعتماد نکنید. برای یک برد امپدانس کنترل‌شده، سازنده باید بتواند کوپنی را با مواد جدید ارائه دهد که می‌توانید قبل از اجرای کامل تولید آزمایش کنید.
چگونه روندهای لمینیت و Prepreg بر روی مونتاژ و قابلیت اطمینان تأثیر می گذارد
فرآیند لمینیت تعیین می کند که پیش آغشته به چه میزان به فویل مسی و لایه های داخلی می چسبد. اگر فشار یا دمای پرس خیلی کم باشد، حفره‌ها یا تخلیه ناقص خواهید داشت. اگر بیش از حد بالا باشد، می توانید گرسنگی رزین یا اعوجاج فیبر شیشه ای داشته باشید. این عیوب ممکن است روی سطح قابل مشاهده نباشند اما می توانند باعث خرابی در حین چرخه حرارتی یا لرزش شوند.
برای تخته‌های انعطاف‌پذیر و انعطاف‌پذیر، فرآیند لمینیت حتی مهم‌تر است. ماده انعطاف پذیر دارای ضریب انبساط حرارتی متفاوتی نسبت به مواد سفت و سخت است و منطقه انتقال یک نقطه شکست رایج است. راهنمای فرآیند تولید Flex PCB: انتخاب مواد، اچینگ و لمینیت مراحل انتخاب مواد و مراحل لمینیت را به تفصیل پوشش می دهد. برای یک نمای کلی تر از فرآیند، به راهنمای Flex PCB Manufacturing Process: An Overview for Beginners مراجعه کنید.
برای پروژه‌های اتصال با چگالی بالا (HDI) و انعطاف‌پذیر سخت، ریسک مواد بیشتر است زیرا ویژگی‌ها کوچکتر هستند و تعداد لایه‌ها بیشتر است. مقاله How to Evaluate Advanced PCB risk technology for HDI and Rigid-Flex Projects نحوه ارزیابی این خطرات را توضیح می دهد. اگر ریسک مونتاژ را نیز مدیریت می‌کنید، مقاله چگونه ریسک مونتاژ SMT را از PCB روندهای تولید و منبع‌یابی ارزیابی کنیم چارچوب مکملی را ارائه می‌کند. برای نگرانی‌های خاص مونتاژ، از جمله اتصال COB و سیم، به چگونه خطر مونتاژ SMT را از روندهای مونتاژ PCB و COB ارزیابی کنیم مراجعه کنید.
سوالات متداول
چرا روند لمینیت و پیش آغشته سازی روی ریسک مواد PCB تأثیر می گذارد؟
روند لمینیت و پیش آغشته سازی روی ریسک مواد PCB تأثیر می گذارد زیرا شیمی رزین، سبک شیشه، و در دسترس بودن فویل مس با تقاضای بازار تغییر می کند. اگر یک پیش آغشته کمیاب شود یا مشخصات درمان آن تغییر کند، امپدانس، ضخامت و قابلیت اطمینان برد شما می تواند تغییر کند. قبل از نهایی کردن انباشته، بولتن فعلی محصول سازنده لمینت و لیست فروشنده تایید شده سازنده خود را بررسی کنید.
هنگام انتخاب prepreg برای استک آپ PCB چه اشتباهاتی رایج است؟
مهندسان اغلب یک درجه FR-4 عمومی را با یک سیستم رزین خاص اشتباه می گیرند. برای مثال، یک FR-4 استاندارد با Tg 140 درجه سانتیگراد ممکن است در صورتی که پیش آغشته دارای انبساط محور Z زیاد باشد، از جریان مجدد بدون سرب جان سالم به در نبرد. اشتباه دیگر نادیده گرفتن سبک شیشه است. یک شیشه 7628 دارای پرکننده رزین و ضخامت دی الکتریک متفاوت از 2116 است، بنابراین تغییر آن امپدانس را تغییر می دهد. همیشه شماره قطعه دقیق پیش آماده سازی را مشخص کنید و تأیید کنید که در انبار موجود است.
چه اطلاعاتی باید در RFQ برای مواد پیش آغشته باشد؟
برای یک برد امپدانس کنترل شده، مقدار امپدانس هدف، تلورانس، لایه صفحه مرجع و ثابت دی الکتریک (Dk) را که در نظر گرفته اید ارائه دهید. سازنده عرض و فاصله ردیابی را تنظیم می کند، اما آنها به Dk و مماس از دست دادن (Df) شما برای پیش انباشتگی خاص نیاز دارند. همچنین فرکانس کاری و پایداری Dk مورد نیاز در دما را بیان کنید.
چگونه کیفیت پیش‌آب را قبل و در حین ساخت PCB تأیید می‌کنید؟
قبل از ساخت، برگه داده لمینت را برای Tg، Td، و CTE محور Z بررسی کنید. برای تخته های با تعداد لایه بالا یا ضخیم، محتوای رزین و جریان پیش آغشته را بررسی کنید تا از خالی شدن آن جلوگیری شود. در طول بازرسی ورودی، شماره لات پیش آغشته را بررسی کنید و تأیید کنید که سبک شیشه و محتوای رزین مطابق با مشخصات است. برای تخته های بحرانی، بعد از لمینت، یک مقطع بخواهید تا گرسنگی یا خالی بودن رزین را بررسی کنید.
چگونه یک طراح PCB باید به درخواست جایگزینی prepreg پاسخ دهد؟
اگر یک prepreg در دسترس نباشد، سازنده میتواند جایگزینی را پیشنهاد کند. قبل از پذیرش، Dk/Df را در فرکانس کاری، Tg و CTE محور Z خود مقایسه کنید. یک تغییر کوچک در Dk می تواند امپدانس را چندین اهم تغییر دهد، بنابراین حل کننده میدان خود را با داده های مواد جدید مجدداً اجرا کنید. همچنین بررسی کنید که سیستم رزین جایگزین با نمای سطح و مشخصات مونتاژ شما سازگار است.
> Engineering handoff note: Flex PCB Manufacturing Process: Materials Selection, Etching, & Lamination before the release package is frozen.
> Engineering handoff note: How to Evaluate PCB Materials Risk from PCB Manufacturing and PTFE Trends before the release package is frozen.
> Engineering handoff note: How to Evaluate SMT Assembly Risk from PCB Fabrication and Sourcing Trends before the release package is frozen.
> Engineering handoff note: How to Evaluate Advanced PCB Technology Risk from High-Speed PCB and Integrity Trends before the release package is frozen.