Le bow and twist sont deux types de déformations qui peuvent se produire. Le « bow » (ou arc) fait référence à une courbe concave ou convexe. Le « twist » (ou torsion), c’est lorsque 3 des coins sont sur le même plan, alors que le quatrième coin s’éloigne du plan.
Le développement de nouveaux composants a toujours servi de catalyseur pour propulser la technologie des circuits imprimés vers de nouveaux sommets. Les empreintes plus petites et plus fines des composants montés en surface (CMS) obligent les fabricants de circuits imprimés à réaliser des interconnexions à haute densité, une plus grande précision et une meilleure planéité. Parfois, le circuit imprimé lui-même devient un composant CMS qui doit être soudé à un circuit imprimé plus grand, ce qui augmente encore plus les exigences.
En raison des exigences relatives aux composants ou du fait que le circuit imprimé lui-même devient un composant CMS, il est nécessaire d’améliorer la planéité et d’éviter le bow and twist pendant ou après l’assemblage. Ce défi nous a poussés à aller plus loin et à mettre en place ce que nous appelons la « gestion du bow and twist ».
Comme nous l’avons déjà mentionné, dans le contexte de la fabrication des circuits imprimés (PCB), les termes « bow and twist » font référence à deux types de déformations qui peuvent se produire dans un circuit imprimé.
Ensemble, le bow and twist peuvent avoir des impacts négatifs sur la performance et la fiabilité d’un circuit imprimé, car les fabricants veulent que leurs circuits imprimés soient parfaitement plats.
Le développement des interconnexions haute densité et l’intégration de composants CMS plus petits ont conduit à des défis significatifs dans la gestion du bow and twist des circuits imprimés. Cet article explore les causes de l’arc et de la torsion intrinsèques et extrinsèques, décrit les différents facteurs contribuant à ces problèmes et donne un aperçu des stratégies permettant d’améliorer la planéité et les performances globales des circuits imprimés.
Compréhension du Bow and Twist dans les PCB – Bow and Twist intrinsèques et extrinsèques
Le concept de bow and twist dans les circuits imprimés englobe des facteurs intrinsèques et extrinsèques ayant un impact sur la planéité et les performances de la carte.
Nous pouvons diviser les causes du bow and twist en deux groupes : le bow and twist intrinsèque et extrinsèque. Le bow and twist intrinsèque a été induit dans le PCB avant et pendant l’étape de pressage, et il n’y a pas de mesures correctives ayant un effet permanent. Le bow and twist extrinsèque a été induit après l’étape de pressage, et des actions correctives peuvent être prises.
Il y a plusieurs raisons à l’origine de l’arc et de la torsion extrinsèque et intrinsèque. Vous trouverez ci-dessous quelques exemples de la manière dont la production, l’empilage et la composition, ainsi que les forces et processus externes, peuvent influencer la susceptibilité d’un circuit imprimé au bow and twist.
Raisons intrinsèques liées à la production :
- Dysfonctionnement de la presse de lamination
- Croisement des couches pré-imprégnées ou des couches internes – les directions de la chaîne / trames et du remplissage doivent être les mêmes
- Mauvaise construction du pli de verre utilisé (cores ou pré-imprégnés)
- Pré-imprégné manquant ou supplémentaire
- Distorsion du tissage (cores ou pré-imprégnés)
- Couches intérieures non entièrement polymérisées
Raisons extrinsèques liées à la conception :
- Construction non symétrique (cores et/ou pré-imprégnés)
- Distribution déséquilibrée en cuivre
- Epaisseur de cuivre couche à couche
- Au sein de couches provoquant des zones de basse pression
- Construction des cores
- Répartition du cuivre dans la ceinture technique
En savoir plus
Le design dans la ceinture technique doit comporter le même pourcentage de cuivre pour chaque couche. Si la ceinture technique n’est pas parfaitement équilibrée, cela pourrait provoquer un défaut de planéité du panneau, en particulier lors de la séparation du circuit imprimé.
Raisons extrinsèques liées à l’extérieur :
- Déformation mécanique
- Manipulation
- Chaleur durant l’étape de vernis épargne ou de sérigraphie
- Process HAL
- Process d’assemblage du PCB
Procédures de test de bow and twist
Le fabricant de PCB effectue des tests durant le process de production pour prévenir le phénomène de bow and twist. Lorsque le circuit imprimé est livré au client avec un bow and twist excessif, il est important de vérifier si la cause première est intrinsèque ou extrinsèque. Nous recommandons la procédure suivante :
- Mesure de l’arc et de la torsion selon l’IPC TM650 2.4.22
- Cuire les panneaux 10 degrés de plus que le Tg du matériau pendant 20 minutes, en les posant à plat, sans pression ni contact.
- Laisser refroidir les planches à température ambiante à raison de 1 degré par minute en maintenant la porte du four fermée.
- Mesurer à nouveau l’arc et la torsion à l’aide de l’IPC TM650 2.4.22.
- Le delta de l’arc et de la torsion est maintenant un mélange intrinsèque et extrinsèque.
- Si les panneaux deviennent complètement plats, la cause première est purement extrinsèque.
- Si les panneaux restent inchangés, la cause profonde est purement intrinsèque.
- Entre les deux, il y a un mélange.
Améliorations du bow and twist
Pour résoudre les problèmes de bow and twist qui dépassent les tolérances normales, nous devons rechercher les causes intrinsèques sous-jacentes et affiner les aspects de la conception et de la production susceptibles d’influer sur les performances. Pour commencer, nous devons nous assurer que tous les processus de production pertinents sont sous contrôle. Ensuite, nous devons examiner les améliorations potentielles du processus de production qui pourraient élever les performances au-delà des attentes standards.
Processus de pressage
Le processus de stratification est normalement paramétré de manière à être rentable tout en respectant les tolérances spécifiées. Le cycle de pressage peut être optimisé en prolongeant la durée des cycles afin d’améliorer les performances.
Pré-imprégnés et cores
L’utilisation de pré-imprégnés est un compromis entre les spécifications du client et le choix optimal pour des performances élevées. Pour améliorer la stabilité, la construction doit être 100% symétrique, et nous devons choisir les pré-imprégnés et les cores les plus robustes. Le résultat affectera probablement l’impédance qui doit être recalculée.
Répartition du cuivre
La répartition du cuivre doit être optimisée au sein de chaque couche et doit être adaptée à la construction. La construction doit être symétrique et toutes les paires de couches de chaque côté du centre de construction doivent avoir le même poids de cuivre.
Zones de basse pression
De nombreuses conceptions comportant un nombre élevé de couches ont tendance à présenter des zones de basse pression. Celles-ci peuvent être évitées par l’ajout de cuivre en remplissant des pads factices ou du cuivre hachuré.
Plans de masse divisés
De nombreuses conceptions de circuits imprimés comportent des plans divisés pouvant servir de ligne indicatrice de courbure, en particulier si le même modèle est présent sur plus d’une couche au cours de la construction.
Zones de rupture
La zone de rupture est peut-être la raison la plus négligée du bow and twist. Il est essentiel pour les performances que le cuivre de chaque couche de la zone de rupture imite le cuivre du circuit imprimé lui-même.
Gérer le bow and twist pour améliorer les performances est une tâche complexe qui englobe toutes les considérations susmentionnées. Détecter les actions qui produisent l’effet désiré peut nécessiter plusieurs essais. En outre, diverses mesures peuvent être prises au cours du processus de soudure et d’assemblage pour améliorer la planéité.
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