Bow e twist nei circuiti stampati sono due tipi di deformazioni che possono verificarsi nel circuito stampato. In italiano si parla anche di “imbarcamento e svergolamento”. Bow (letteralmente “arco”) si riferisce infatti alla presenza di un imbarcamento verso l’alto o verso il basso nella parte centrale del circuito stampato. Twist (letteralmente “torsione”) si riferisce alla presenza di uno svergolamento più alto o più basso rispetto agli altri angoli di una scheda PCB.
Lo sviluppo di nuovi componenti ha sempre agito da catalizzatore, spingendo la tecnologia dei PCB a livelli più alti. I footprint dei componenti SMT (Surface Mount Technology), più piccoli e con passo più sottile, spingono i produttori di PCB a realizzare interconnessioni ad alta densità, una maggiore precisione dei pattern e una migliore planarità. A volte il PCB stesso diventa un componente SMT che deve essere saldato su un PCB più grande, il che aumenta ulteriormente i requisiti necessari.
A causa dei requisiti dei componenti o del fatto che il PCB stesso diventa un componente SMT, si pone la sfida di migliorare la planarità e di evitare archi e torsioni durante o dopo l’assemblaggio. Questa sfida ci ha spinto ad approfondire quella che possiamo chiamare gestione del bow e del twist oppure dell’imbarcamento e dello svergolamento.
Come accennato in precedenza, nel contesto della produzione di circuiti stampati (PCB), “arco” e “torsione” si riferiscono a due tipi di deformazioni che possono verificarsi in un PCB.
Sia l’imbarcamento che lo svergolamento possono avere un impatto negativo sulle prestazioni e sull’affidabilità di un circuito stampato, poiché i produttori vogliono che i loro PCB siano perfettamente piatti.
Lo sviluppo di interconnessioni ad alta densità e l’integrazione di componenti SMT più piccoli hanno portato al presentarsi di sfide significative nella gestione di archi e torsioni nei PCB. In questo articolo approfondiremo il tema del Bow & Twist intrinseco ed estrinseco, analizzando i vari fattori che contribuiscono a questi problemi con l’obiettivo di fornire indicazioni sulle strategie per migliorare la planarità dei PCB e le prestazioni complessive.
Cos’è il Bow & Twist: Bow & Twist Intrinseci ed Estrinseci
Il concetto di arco e torsione nei PCB comprende fattori intrinseci ed estrinseci che influiscono sulla planarità e sulle prestazioni della scheda.
Possiamo dividere le cause principali in due gruppi: Intrinseco ed estrinseco. L’arco e la torsione intrinseci sono stati indotti nel PCB prima o durante le fasi di polimerizzazione della laminazione e non esistono azioni correttive con effetto permanente. L’imbarcamento e lo svergolamento estrinseci sono state indotte dopo le fasi di polimerizzazione della laminazione e possono essere risolte con azioni correttive.
Le cause del bow and twist intrinseco o estrinseco sono molteplici. Qui sotto vi mostriamo alcuni esempi di come la produzione, il layout e la composizione, oltre a forze esterne e i processi, possono contribuire al fenomeno del bow and twist:
Motivi intrinseci legati alla produzione:
- Malfunzionamento della pressa di laminazione
- Strati interni o prepreg incrociati – le direzioni di ordito e di trama devono essere le stesse
- Utilizzo di strati di fibre di vetro errati (prepreg o core)
- Fogli di prepreg mancanti o in eccesso
- Deformazione della trama (“core” o “prepreg”)
- Strati interni non completamente polimerizzati
Motivi intrinseci legati alla progettazione:
- Costruzione non simmetrica (“Prepreg” e/o “Cores”)
- Distribuzione sbilanciata del rame
- spessori di rame da strato a strato
- carenza di rame tra gli strati che causano aree di bassa pressione
- Costruzioni del core
- Area di separazione per strato non adeguata alla distribuzione del rame.
Per saperne di più
Il design dei breakaway (fori di fissaggio, anche detti in gergo “morsi di topo”) nell’area di distacco deve rispecchiare la giusta distribuzione del rame per ogni strato. Se l’area di distacco è perfettamente bilanciata, dopo la separazione dalle bandelle non avremo tensioni, al contrario la scheda non sarà perfetta, causando potenzialmente tensioni che potrebbero portare a una deformazione irreversibile del pannello.
Motivi estrinseci legati all’esterno:
- Deformazione meccanica
- Manipolazione
- Eccessivo calore durante la fase di polimerizzazione della solder mask o della serigrafia indicativa
- Processo HASL
- Processo di assemblaggio del PCB
Procedure di Test per Bow and twist
Il produttore di PCB deve eseguire dei test durante il processo di produzione per evitare archi e torsioni intrinseci. Quando il PCB arriva al cliente con un arco e una torsione eccessivi, è importante verificare se la causa principale è intrinseca o estrinseca. Si consiglia la seguente procedura:
- Misurare bow & twist secondo IPC TM650 2.4.22.
- Fare un baking, cuocere a 10 gradi in più rispetto alla Tg del materiale per 20 minuti, disponendole in piano, una accanto all’altra, senza fare pressione o toccarle.
- Raffreddare le lastre a temperatura ambiente a 1 grado al minuto tenendo lo sportello del forno chiuso.
- Misurare nuovamente il bow and twist utilizzando l’IPC TM650 2.4.22.
- Il risultato ci permetterà di rilevare se la causa è intrinseca o estrinseca.
- a. Se i pannelli diventano completamente piatti, la causa principale è puramente estrinseca.
- b. Se le tavole rimangono invariate, la causa principale è puramente intrinseca.
- c. Un qualsiasi risultato intermedio è un insieme di cause.
Miglioramenti del Bow & Twist
Quando si affrontano torsioni che superano le normali tolleranze, dobbiamo indagare sulle cause intrinseche e mettere a punto gli aspetti progettuali e produttivi che possono influire sulle prestazioni. Per cominciare, dobbiamo assicurarci che tutti i processi produttivi siano sotto controllo. Successivamente, dobbiamo esaminare i potenziali miglioramenti del processo produttivo che potrebbero elevare le prestazioni oltre le aspettative standard.
Processo di laminazione
Il processo di laminazione viene normalmente messo a punto per essere conveniente e rispettare le tolleranze specificate. Il ciclo di pressatura può essere ulteriormente regolato con tempi di ciclo più lunghi per ottenere prestazioni migliori.
Prepreg e inner layer
L’uso del prepreg è un compromesso tra le specifiche del cliente e la scelta ottimale per ottenere prestazioni elevate. Per migliorare la stabilità, la struttura deve essere simmetrica al 100% e dobbiamo scegliere i prepreg e i core più indicati. Il risultato probabilmente influenzerà l’impedenza che dovrà essere ricalcolata.
Distribuzione del rame
La distribuzione del rame deve essere ottimizzata all’interno di ogni strato e deve corrispondere lungo l’intera struttura. La costruzione deve essere simmetrica e tutte le coppie di strati devono avere lo stesso spessore di rame.
Zone di bassa pressione
Molti progetti con un numero elevato di strati hanno la tendenza a creare aree a bassa pressione. Questo problema potrebbe essere evitato aggiungendo del rame di riempimento tramite aree fittizie di rame o tratteggiato.
Piani di massa divisi
Molti progetti di PCB hanno i cosiddetti piani di massa divisi che possono fungere da linea indicatrice di piegatura, soprattutto se lo stesso pattern è presente in più di uno strato della struttura.
Aree di distacco
L’area di distacco è probabilmente la ragione meno considerata per il bow and twist. È invece essenziale che il rame su ogni strano dell’area di distacco corrisponda al rame del PCB stesso.
Gestire l’imbarcamento e lo svergolamento di un pcb per migliorare le prestazioni è un compito complesso che richiede la valutazione di tutto quanto sopra menzionato. Individuare quali azioni producono l’effetto desiderato può richiedere diverse prove di campionamento. Inoltre, è possibile adottare diverse misure durante il processo di saldatura e assemblaggio per migliorare la planarità.
Con il supporto dei nostri produttori di pcb esperti, possediamo l’esperienza e la conoscenza per guidare i nostri clienti verso il raggiungimento di prestazioni ottimali. Per assistenza su questi problemi, potete contattare il vostro referente commerciale, che coordinerà l’assistenza di uno dei nostri ingegneri specializzati.
Linee guida per la progettazione di PCB
Le nostre linee guida per la progettazione dei circuiti stampati vi permettono di fare le cose per bene fin dall’inizio. Per aiutarvi ad evitare errori, abbiamo raccolto le nostre linee guida per la progettazione, da utilizzare come lista di controllo.