Quelles sont les causes de la déformation des circuits imprimés et comment l'éviter ?

Introduction

Le gauchissement des circuits imprimés est un problème courant qui peut affecter les performances et la fiabilité de votre carte. Dans cet article, nous vous expliquerons ce phénomène, ses causes et comment l'éviter. Que vous conceviez ou assembliez, comprendre le gauchissement est essentiel pour obtenir de meilleurs résultats.

Qu'est-ce que la déformation du PCB ?

Le gauchissement d'un circuit imprimé (PCB) désigne la courbure du circuit imprimé. On le remarque lorsque la carte n'est pas à plat. Les bords ou le centre peuvent se soulever légèrement. Ce gauchissement est courant sur la plupart des cartes. Cependant, un gauchissement excessif peut entraîner de graves problèmes. Il affecte la position des composants sur la carte. Les soudures peuvent s'affaiblir, voire se rompre. La qualité du signal peut diminuer. Même de légères déformations peuvent entraîner des problèmes de positionnement lors de l'assemblage.

Le gauchissement est généralement mesuré par son élévation à partir d'une surface plane. L'IPC fixe les limites standard. Pour les cartes à composants montés en surface, la limite est de 0.75 %. Pour les autres, elle est de 1.5 %. Ces normes plus strictes permettent de répondre aux exigences de haute vitesse et de haute précision. Un placement imprécis ou des soudures défectueuses peuvent entraîner des défaillances. C'est pourquoi il est important de vérifier le gauchissement avant la production.

Une planche plate offre de meilleures performances et est plus facile AssembléeEn contrôlant le gauchissement en amont, vous évitez les retards ultérieurs. Vous gagnez du temps et réduisez les erreurs. Un petit geste qui fait toute la différence.

Caractérisation du gauchissement des PCB

Pour la classe 1, un niveau élevé de déformation est acceptable. Mais pour les applications à haute fiabilité ou critiques, les classes 3 et 4 exigent un contrôle plus strict, généralement inférieur à 0.1 %. Ces normes servent de référence en matière de qualité et garantissent que le produit final fonctionnera comme prévu dans son environnement.

Comment vérifier la déformation du PCB

Causes de la déformation des PCB

Matériaux incompatibles et couches inégales

L'une des causes les plus fréquentes de déformation d'un circuit imprimé est l'utilisation de matériaux aux propriétés thermiques inégales. Lorsque les couches présentent des propriétés thermiques différentes, températures de transition vitreuse (Tg) En termes de coefficients de dilatation thermique (CTE), ils réagissent de manière inégale à la chaleur lors du laminage ou de la refusion. Cette différence crée des contraintes internes, susceptibles d'entraîner une déformation de la carte. L'empilement asymétrique des couches contribue également à ce problème. Pour minimiser ce risque, assurez-vous que vos choix de matériaux sont thermiquement compatibles et maintenez un empilement équilibré sur toute la carte.

Serrage pendant le soudage

Lors de la fixation d'une planche pendant une vague ou brasage par refusion Même si cela peut paraître utile, cela cause souvent plus de tort que de bien. Les circuits imprimés se dilatent lorsqu'ils sont exposés à des températures élevées. Le serrage limite les mouvements naturels et peut bloquer la carte dans une forme déformée une fois refroidie. Ce problème est plus probable lorsque la carte contient des composants volumineux ou lourds. Il est préférable de laisser la carte se dilater et se contracter librement pendant le processus.

Le cuivre n'est pas réparti uniformément

Une répartition inégale du cuivre entre les couches peut entraîner un déséquilibre thermique lors de la fabrication. Lorsqu'une couche contient beaucoup plus de cuivre que son homologue, elle absorbe et retient la chaleur différemment. Cela peut entraîner une dilatation localisée et un gauchissement de la carte. PCB multicouches, visez une distribution symétrique du cuivre. L'harmonisation des zones de coulée du cuivre sur les couches appariées contribue à garantir un comportement thermique homogène.

Carte trop lourde lors de la refusion

Lors de la refusion, le circuit imprimé se ramollit sous l'effet d'une chaleur élevée. Si la carte est volumineuse ou comporte des composants lourds, son propre poids peut provoquer son affaissement en son centre. Les bords servent de points d'appui, tandis que le centre s'affaisse sous la charge. Cette déformation peut devenir permanente une fois la carte refroidie. Un support de conception et un équilibrage de la disposition appropriés contribuent à réduire ce risque.

La coupe en V affaiblit le panneau

coupe en V ou v-scoring Les rainures sont pratiques pour séparer les planches d'un panneau, mais elles présentent un inconvénient : elles peuvent compromettre la résistance structurelle. Ces rainures créent des points faibles où la planche est plus susceptible de se plier ou de se tordre sous pression. Si un panneau commence à se déformer, cela commence souvent au niveau de la découpe en V. Il est donc important de bien réfléchir à l'emplacement et au nombre de découpes en V à réaliser afin de préserver l'intégrité globale du panneau.

Stress dû au processus de pressage

Le processus de pressage des circuits imprimés repose à la fois sur la chaleur et la pression, ce qui peut engendrer des contraintes internes. Plusieurs facteurs entrent en jeu, comme l'épaisseur de la carte, la répartition des couches et le nombre de feuilles préimprégnées utilisées, qui peuvent tous contribuer à l'accumulation de contraintes. Si ces contraintes ne sont pas gérées correctement, elles peuvent provoquer une déformation pendant ou après le laminage. Pour maintenir la carte plane, il est essentiel d'utiliser une conception bien équilibrée et de prévoir une détente adéquate des contraintes.

Stockage inapproprié

Un stockage inapproprié est souvent à l'origine du gauchissement des circuits imprimés. Lorsque les cartes sont empilées de manière inégale ou laissées sur des étagères sans support adéquat, elles peuvent se déformer mécaniquement au fil du temps. Ce problème est particulièrement fréquent sur les cartes fines ou celles dont les zones de cuivre sont irrégulières. Pour éviter ce problème, veillez à stocker vos cartes sur une surface plane et stable et évitez de poser des objets lourds dessus.

Prévention du gauchissement des PCB

La prévention du gauchissement des circuits imprimés commence par des choix de conception judicieux et une manipulation appropriée pendant la fabrication. Le gauchissement peut entraîner des problèmes de performances, voire des pannes, notamment dans les applications à pas fin ou à haute fiabilité. Vous trouverez ci-dessous un guide simplifié présentant des conseils de prévention courants et des méthodes de fabrication pour maintenir la planéité des circuits imprimés.

• Choisissez les bons matériaux – Utilisez des matériaux solides et stables comme le FR-4. Les panneaux plus fins sont moins susceptibles de se déformer.
• Concevez-le pour la stabilité – Évitez les tracés trop grands ou trop lourds. Planifiez soigneusement les découpes en V pour réduire les contraintes sur la carte.
• Manipuler et stocker avec précaution – Conservez les planches à plat pendant le stockage. Ne les empilez pas, surtout si elles sont fines.
• Gérer correctement la chaleur – Sécher les cartes avant et après laminage. Laisser refroidir naturellement après soudure.
• Égaliser les couches de cuivre – Répartissez le cuivre uniformément sur les deux côtés de la planche pour équilibrer la chaleur et la contrainte.
• Soutenir la planche pendant le chauffage – Utilisez le gabarits de plateau ou des supports pour maintenir la carte droite pendant la soudure par refusion.
• Contrôler l'environnement de stockage – Utilisez un emballage résistant à l’humidité et maintenez un faible taux d’humidité dans l’entrepôt.
• Refroidir naturellement après la soudure – Laissez refroidir les planches sur une surface plane. Évitez d'utiliser de l'eau froide.
• Vérifiez à nouveau la déformation à l'extrémité – Inspectez la planéité de toutes les planches. Recuites sous pression celles qui sont déformées.
• Utiliser des rouleaux pour les panneaux minces pendant le placage – Serrez les planches minces avec des rouleaux pour éviter qu’elles ne se plient.
• Utiliser des grilles ou des accessoires dans le four – Réduisez la taille de la planche ou soutenez le bord le plus long pour éviter l’affaissement en cas de forte chaleur.
• Aplatir les planches avec une machine – Les machines peuvent aider à aplatir les planches. Les résultats varient selon le type de planche.
• Cuisson après pressage des couches – Cuire au four à 150°C pendant quatre heures pour libérer les contraintes internes et durcir complètement la carte.
• Maintenir les planches minces à plat pendant le placage – Serrer les planches très fines entre les rouleaux pendant galvanoplastie pour les empêcher de se déformer.
• Utiliser le routage au lieu des coupes en V – Séparez les planches à l’aide de défonceuses et non de coupes en V, pour éviter d’endommager la structure.
• Aligner correctement les couches du tableau – Placer les couches internes (préimprégnées) dans le bon sens pour réduire les contraintes et les distorsions.

Solution au gauchissement des circuits imprimés

Contrôler la chaleur pendant la soudure

Maintenir une température constante sur toute la carte pendant la soudure est essentiel pour réduire le gauchissement. Une chaleur inégale entraîne une dilatation ou un refroidissement inégal des différentes parties de la carte, ce qui entraîne des courbures ou des déformations. Ajuster la température de soudure ou adopter une méthode plus contrôlée, comme l'utilisation d'un four de refusion avec un profilage approprié, peut s'avérer utile. Le mouillage complet de la soudure évite également la formation de bulles ou de vides, qui pourraient affecter la planéité après refroidissement.

Améliorer la disposition et la structure du tableau

La conception de votre carte a un impact direct sur sa gestion de la chaleur. Une mauvaise disposition peut entraîner une accumulation inégale des contraintes thermiques. Ces contraintes provoquent une torsion ou une courbure de la carte lors du soudage. Pour minimiser ce phénomène, revoyez votre structure. Le repositionnement des soudures ou la redistribution des zones sensibles à la chaleur peuvent contribuer à réduire la charge thermique pendant le processus.

Renforcer le circuit imprimé

Si un circuit imprimé risque déjà de se plier lors de la soudure, il peut être judicieux de le renforcer. Vous pouvez placer un support sous le circuit imprimé ou ajouter des points de soudure supplémentaires aux endroits sensibles à la déformation. Ces supports supplémentaires permettent de mieux répartir les contraintes, assurant ainsi la stabilité du circuit imprimé pendant et après la soudure.

Passez à un meilleur matériau

Si les solutions structurelles ou thermiques ne résolvent pas le problème, envisagez de changer de matériau de base. Certains matériaux ont des taux de dilatation thermique plus faibles et réagissent mieux à la chaleur. L'utilisation de stratifiés de meilleure qualité ou le passage à des matériaux aux propriétés thermiques plus adaptées peut réduire considérablement les risques de déformation liée à la soudure.

Conclusion

Cet article explique les causes du gauchissement des circuits imprimés et comment l'éviter. Il aborde des problèmes clés tels que l'inadéquation des matériaux, le déséquilibre thermique, une structure défectueuse et un stockage inapproprié. Il propose également des solutions pratiques pour réduire le gauchissement grâce à une conception, un contrôle des processus et un choix de matériaux améliorés, contribuant ainsi à la fiabilité et aux performances élevées des circuits imprimés.

Si vous avez besoin d'aide pour gérer le gauchissement de vos circuits imprimés pour votre projet, PCBTok est là pour vous accompagner. Que votre carte soit conforme aux normes IPC Classe 1, 2 ou 3, nous veillerons à ce qu'elle soit fabriquée selon vos besoins. Vous pouvez nous contacter à tout moment à l'adresse suivante : sales@pcbtok.comEnvoyez-nous vos fichiers Gerber et nous vous fournirons une vérification DFM gratuite et un devis détaillé. Notre équipe travaillera en étroite collaboration avec vous pour garantir que vos cartes restent plates, fiables et prêtes pour la production.

Foire aux questions (FAQ)

• Une planche déformée peut-elle être réparée ?

Je dirais que cela dépend, mais la plupart du temps, non, on ne peut pas vraiment réparer un circuit imprimé déformé. Si la déformation s'est produite lors de la fabrication de la carte nue, elle est généralement permanente. À ce stade, la carte devra peut-être être mise au rebut. Si la carte a passé la soudure et ressort déformée, elle s'est probablement pliée pendant le processus de refusion ou était déjà déformée avant l'assemblage. Dans les deux cas, tenter d'« aplatir » la carte après coup est risqué. Cela pourrait endommager les soudures ou les composants.

• Une planche déformée peut-elle être repressée ?

Oui, mais seulement dans de bonnes conditions. Un atelier de fabrication peut represser une carte brute déformée en la chauffant au-dessus de sa température de fusion et en appliquant une pression uniforme à l'aide d'une presse métallique plate. La carte doit ensuite refroidir naturellement sous pression. Cette méthode n'est pas garantie et ne fonctionne pas bien sur les cartes assemblées.

• Quelle est la déformation acceptable du PCB ?

La déformation acceptable dépend du type de carte. Pour les circuits imprimés avec composants montés en surface, la limite est généralement de % 0.75. Pour les cartes traversantes uniquement, jusqu'à 1.5 % est autoriséCes valeurs suivent Normes IPC-6012Le respect de ces limites permet de garantir un assemblage correct et une fiabilité à long terme de la carte.

• Comment puis-je mesurer la déformation du PCB après l'assemblage ?

Après l'assemblage, mesurer le gauchissement des circuits imprimés devient délicat. Des outils comme PARMI fonctionnent bien pour les circuits imprimés nus, mais leur précision diminue une fois les composants montés. Pour les circuits imprimés assemblés, il est préférable d'utiliser la corrélation d'images numériques ou l'inspection optique automatisée (AOI). Ces méthodes permettent un mappage de surface précis sans endommager la carte.