Peut-on réparer un PCB déformé ?

Avant de nous plonger trop profondément dans cet article, je vais vous donner une réponse simple. Vous ne pouvez probablement pas réparer le gauchissement de votre PCB après qu'il ait été fabriqué. Vous pouvez empêcher une carte non gauchie de se gauchir pendant l'assemblage, mais seulement tant que les matériaux ont été choisis correctement et que la carte est mise en refusion correctement.

Nous passerons en revue certains de ces points dans cet article, et j'examinerai certains points qui pourraient vous aider à récupérer une carte gauchie. Notez que la réparation du gauchissement sur une carte de circuit non assemblée est une entreprise avancée, et cela nécessite de chauffer et de presser la carte au-dessus de sa température de transition vitreuse. Si vous êtes un concepteur individuel et que vous avez reçu un lot de cartes de circuits nus ou de cartes assemblées d'un fabricant, il n'y a pas de réparation possible. Il vaut mieux les mettre au rebut. Je vous expliquerai pourquoi plus tard dans cet article.

Comment Prévenir le Gauchissement d'un PCB

Avant de regarder la prévention du gauchissement dans un PCB, examinons certaines des causes du gauchissement :

• Orientation mixte dans un panneau : Il est tentant d'orienter les cartes de manière à ce que l'orientation dans un panneau soit mixte afin que le nombre de cartes par panneau soit maximisé.
• Incompatibilité des CTE et Tg entre les couches : Lorsque ces valeurs ne correspondent pas, il y aura une accumulation de contraintes sur certaines couches, les faisant se déformer et créant un gauchissement.
• Empilement asymétrique : Si l'empilement des couches présente une grande asymétrie en plus des incompatibilités de CTE/Tg, l'asymétrie exercera une contrainte planaire sur certaines couches, conduisant au gauchissement.
• Reflow/onde : Le cyclage répété avec un excès de reflow, d'ondes et de cycles de retouche peut causer l'accumulation de gauchissement. De plus, le serrage des cartes peut causer un gauchissement pendant la soudure.

Ce sont quelques-unes des principales causes de gauchissement d'une carte qui doivent être prises en compte par le concepteur et le fabricant.

Conception pour la taille du panneau

Parfois, vous n'avez pas toujours le luxe de faire cela, mais il est important de considérer cela pour des raisons de rendement et de productivité. Si vous pouvez concevoir vos cartes de manière à ce qu'elles ne nécessitent pas d'orientation mixte, alors vous ne vous exposerez pas au risque de gauchissement. Une orientation mixte des cartes dans un panneau fera en sorte que certaines des cartes ne soient pas orientées le long de l'axe long des brins de fibre de verre et du bord long du panneau.

La plupart du temps, cela ne pose pas de problème. Cependant, si l'une des directives ci-dessous n'est pas respectée, l'orientation mixte pourrait rendre certaines des cartes plus susceptibles de se déformer. Le résultat est que certaines des cartes pourraient être déformées, tandis que d'autres cartes dans le même panneau ne le seront pas. Si vous devez concevoir une carte en ignorant certaines des directives ci-dessous, vous devriez essayer d'orienter ces cartes susceptibles de se déformer de manière à ce qu'elles puissent toutes être placées dans la même orientation dans le panneau si possible, c'est-à-dire, avec le long bord de la carte le long du long bord du panneau.

Assortir les Matériaux dans le Stackup

C'est là que le concepteur devra travailler avec le fabricant pour s'assurer que la carte peut être fabriquée selon les spécifications et pour garantir que la carte ne se déformera pas pendant la production. Si vous concevez votre propre empilement de PCB et que vous mélangez différents matériaux, assurez-vous que les valeurs Tg et les valeurs CTE sont compatibles entre elles. En d'autres termes, les valeurs Tg et les valeurs CTE lorsque la température dépasse Tg devraient toutes être similaires.

La raison de cela est d'éviter un désaccord général dans les valeurs de CTE pour tous les matériaux dans l'empilement du PCB. En général, les désaccords de CTE entraînent une expansion inégale à travers l'empilement qui est déjà connue pour créer des problèmes de fiabilité pendant l'opération, particulièrement la fracturation dans les vias à haut rapport d'aspect. Les mêmes types de désaccords de CTE devraient également être évités dans la conception de l'empilement.

Utiliser le Plan de Masse en Cuivre de Manière Symétrique

C'est l'une de ces instances où j'ai vu des concepteurs plus âgés essayer de contredire les fabricants avec lesquels je travaille. Le plan de masse en cuivre est souvent cité comme le seul moyen de garantir que la carte sera fabriquée sans aucun gauchissement. Bien que vous ne puissiez jamais atteindre zéro gauchissement, vous pouvez le réduire suffisamment pour que le gauchissement de la carte ne crée pas de défauts d'assemblage. Le plan de masse en cuivre est l'un des outils qu'un concepteur peut utiliser pour équilibrer le cuivre sur les couches opposées.

La réalité est que le plan de masse en cuivre pourrait seulement être nécessaire sur les couches opposées dans l'empilement. Juste comme un exemple, considérez un empilement de 6 couches. L'image ci-dessous montre un arrangement simple SIG+PWR/GND/SIG/SIG/GND/SIG+PWR.

Si le cuivre est utilisé sur la couche 6, par exemple, alors vous devriez également l'utiliser sur la couche 1. Si le cuivre n'est pas présent sur la couche 3, alors il ne devrait pas non plus être utilisé sur la couche 4. Cela rend l'empilement symétrique en termes de matériaux de couche et en termes de distribution du cuivre. Le point important ici est que le cuivre n'est pas nécessaire pour assurer un chauffage uniforme à travers l'empilement ou pour prévenir le gauchissement, mais si vous utilisez le cuivre, alors vous devriez essayer de le rendre symétrique.

Cet empilement est une extension d'un empilement alternatif à 4 couches mais avec deux couches de signal supplémentaires. Les mêmes règles de conception dans la version à 4 couches s'appliquent également à cette version à 6 couches. Une bonne stratégie ici est de simplement utiliser le cuivre sur les couches supérieure/inférieure comme alimentation et/ou masse selon les besoins.

Limiter le Nombre de Cycles de Vague/Reflow

Idéalement, la carte ne devrait passer que par deux cycles de refusion (en supposant une carte double face) et éventuellement un cycle de vague. Certaines industries spécifieront une limite au nombre de cycles de refusion, de vague et de retouche autorisés pour un PCB afin d'assurer une fiabilité maximale du masque de soudure et pour éviter une accumulation de stress excessive entre les couches pouvant conduire à un gauchissement. Les assembleurs disposent déjà de procédures qu'ils utilisent pour limiter le cyclage de refusion, donc tant que la carte est construite et assemblée correctement, cela peut ne pas poser de problème.

Ne réparez pas la carte pendant la soudure

Lorsqu'une carte est assemblée, les composants sont d'abord placés puis la carte est envoyée dans un four de refusion (pour le SMT). Lorsque la carte entre dans le four, elle chauffe jusqu'à une température généralement supérieure à la valeur Tg pour la plupart des matériaux (en particulier de grade FR4). Cela provoque l'expansion des matériaux dans l'empilement du PCB, et ils commencent à se stresser mutuellement. La carte va se dilater à des taux différents dans le plan XY et le long de l'axe z.

Le problème peut provenir de l'expansion dans le plan XY de la carte. Si la carte est serrée dans un dispositif de fixation pendant le soudage et qu'elle est empêchée de se dilater, cette contrainte est transmise le long de l'axe z en raison de la déformation. Cela créera plus de stress dans la direction de l'axe z qui peut déformer de manière permanente le PCB. La déformation sera pire lorsqu'il y a une plus grande inadéquation entre le Tg et le CTE des matériaux de l'empilement. Par conséquent, ne serrez pas la carte pour essayer de limiter l'expansion, laissez simplement la carte se dilater et se contracter naturellement pendant le soudage.

Une carte déformée peut-elle être repressée ?

Si vous êtes un concepteur individuel, vous n'avez probablement pas accès à une presse pour réparer une carte déformée. Les maisons de fabrication, c'est une autre histoire, et elles pourraient concevablement redresser une PCB déformée en la chauffant et en la pressant.

Ici, la solution supposée est de chauffer la carte au-dessus de la valeur Tg afin que la résine dans les matériaux de l'empilement du PCB puisse couler. Une fois cette température atteinte et que la carte est maintenue sous pression pendant un certain temps. Cela nécessite une presse métallique large et plate qui peut fournir un chauffage uniforme à l'ensemble du PCB. Après avoir maintenu sous pression, le dispositif de fixation et la carte doivent être laissés à refroidir naturellement.

Le problème avec cela est qu'il vieillit essentiellement le masque de soudure de la même manière que le refusionnement de la carte. Le masque de soudure est un polymère et il peut vieillir comme tout autre polymère, devenant finalement durci et fragile. Si cette solution doit être mise en œuvre, il est probablement préférable de le faire avant d'appliquer le masque de soudure, ou la température et le temps de maintien devraient être limités.

Si vous n'avez pas l'équipement, n'essayez pas de le réparer

Bien que j'ai décrit certaines manières de prévenir et éventuellement de corriger la déformation, vous ne devriez pas essayer de corriger la déformation si vous n'avez pas l'équipement requis. C'est un bon mantra pour le concepteur individuel qui est à la merci de son fabricant.

Si vous recevez un lot de cartes de circuits imprimés nues d'un fabricant, et que les cartes sont toutes déformées, vous devriez appeler le fabricant et exiger un remboursement plutôt que d'essayer de corriger la déformation vous-même. Comme je l'ai mentionné ci-dessus, corriger une PCB déformée nécessite une presse avec un chauffage uniforme, recréant essentiellement le processus de laminage utilisé pour construire l'empilement.

Si vous avez reçu une carte assemblée et que le gauchissement est sévère, alors vous devriez mettre au rebut l'assemblage. C'est regrettable, mais il y aura très probablement aucun moyen de sauver ces cartes en les pressant, les serrant ou les pliant. Si vous essayez de serrer ou de plier les cartes assemblées jusqu'à ce qu'elles soient plates, vous allez exercer beaucoup de stress sur les joints de soudure dans l'assemblage. Cela peut causer la fracture des joints de soudure, et la carte aura maintenant un tas de connexions ouvertes qui empêchent un fonctionnement correct.

Si vous voulez vous assurer que votre fournisseur de fabrication ou d'assemblage fera le travail correctement, assurez-vous de fournir des critères de qualification. Cela peut être fait dans vos notes de fabrication. Jetez un œil à cet article pour obtenir des conseils. Vous pouvez également télécharger mes notes de fabrication d'exemple depuis ce lien.

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