Stratégies éprouvées pour éliminer le gauchissement PCB et garantir une performance fiable

Aujourd'hui, les produits électroniques exigent miniaturisation et haute précision, rendant la miniaturisation des composants une tendance essentielle. Lorsque des composants miniaturisés doivent être assemblés sur de grands PCB, des exigences bien plus strictes s'appliquent à la planéité de la carte. Naturellement, réduire le gauchissement des PCB est devenu un sujet essentiel pour les fabricants.

Selon les règlements de fabrication IPC-600, le gauchissement des PCB prêts pour l'assemblage CMS doit être de 0,75 % maximum. Pour l'assemblage de petits composants sur de grandes cartes, ce règlement ne suffit pas. Généralement, pour répondre aux exigences d'assemblage de composants miniaturisés sur de grandes cartes, le gauchissement doit être réduit à 0,5 % ou moins.

Analyse du gauchissement

Le problème de gauchissement sera analysé avec un exemple de PCB 8 couches de taille 248 mm ± 0,25 × 162,2 mm ± 0,20. Le gauchissement requis est de 0,5 % mais le gauchissement réel après le premier lot de production se situe entre 2,5 % et 3,2 %.

La structure des couches du PCB 8 couches est démontrée ci-dessous.

Le taux de résidu de cuivre pour chaque couche est démontré dans la figure suivante.

D'après l'analyse, la caractéristique saillante de cet échantillon est la distribution inégale du cuivre de chaque couche. De plus, le cuivre est relativement épais, ce qui provoque le gauchissement.

Solutions pour vaincre le gauchissement PCB

• Schéma #1

La méthode principale pour équilibrer le résidu de cuivre entre les couches consiste à ajouter du cuivre dans les zones vides.

Pour réduire la contrainte de déformation, il est judicieux de réduire la taille du panel avec une méthode de panellisation par rotation. Pour cet exemple, la taille du panel doit passer de 610 mm × 520 mm à 610 mm × 356 mm. L'array du panel passe de 3×2 à 2×2.

Grâce à ces mesures, le taux de résidu de cuivre est montré dans la Figure 3. Après modifications, le gauchissement passe de 2,0 % à 2,9 %, une amélioration évidente mais encore loin de l'exigence de 0,5 %.

• Schéma #2

Basé sur le Schéma #1, la rigidité de la carte est augmentée. Après modification, la structure des couches du PCB est indiquée par la figure suivante.

Ce schéma place le gauchissement entre 2,0 % et 2,9 %. Évidemment, il ne résout pas le problème, indiquant une faible corrélation entre gauchissement et rigidité. Il faut continuer d'optimiser le Schéma #1, c'est-à-dire chercher plus de moyens d'équilibrer le résidu de cuivre.

• Schéma #3

Basé sur le Schéma #1, les couches 2 et 6 doivent être échangées. Le taux de résidu de cuivre après application du Schéma #3 est montré dans la Figure 5.

Selon le Schéma #3, le gauchissement reste dans les 0,5 % et y reste même après deux refusions, ce qui répond à l'exigence. Un essai de production de 300 pièces vérifie la fiabilité. Le Schéma #3 est donc le meilleur.

D'après les expériences, comme la distribution entre toutes les couches diélectriques est uniforme, c'est la distribution inégale du cuivre qui cause le gauchissement. En équilibrant le résidu de cuivre sur chaque couche, le gauchissement passe de 2,5–3,2 % à ≤ 0,5 %, indiquant que la solution clé réside dans l'équilibrage du résidu de cuivre entre couches diélectriques et couches de cuivre. Pour le gauchissement pendant l'assemblage, l'égalisation doit être atteinte par le placement des composants, la distribution thermique et d'assemblage pour réduire le gauchissement et garantir la qualité.

Ressources utiles :
• Facteurs déterminant le nombre de couches et leur distribution dans les PCB
• Fabrication PCB multicouche
• Règles clés de conception PCB à connaître
• Éléments de conception PCB influençant la fabrication CMS