Langkah Efektif untuk Mengalahkan Masalah Warpage untuk PCB

Saat ini, produk elektronik membutuhkan miniaturisasi dan akurasi tinggi sehingga miniaturisasi komponen menjadi tren pengembangan yang penting. Ketika komponen miniatur siap untuk dirakit pada PCB area besar, persyaratan yang jauh lebih tinggi harus diletakkan pada kehalusan papan. Secara alami, telah menjadi topik penting bagi produsen PCB untuk mempertimbangkan cara mengurangi tingkat kelengkungan PCB.

Menurut peraturan manufaktur yang dikonfirmasi oleh IPC-600, lengkungan PCB yang siap melalui perakitan SMT harus paling banyak 0,75%. Namun, ketika menyangkut perakitan komponen kecil di papan sirkuit dengan area yang luas, peraturan itu gagal berfungsi. Secara umum, untuk memenuhi permintaan perakitan komponen mini pada papan PCB dengan area yang luas, lengkungan PCB harus dikurangi menjadi 0,5% atau lebih rendah.

Analisis Warpage

Masalah warpage akan dianalisis terlebih dahulu di bagian artikel ini dengan sampel PCB 8 lapis yang berukuran 248mm±0.25x162.2±0.20. Kelengkungan papan ini harus 0,5% tetapi lengkungan praktisnya setelah batch pertama produksi berada dalam kisaran dari 2,5% hingga 3,2%.

Struktur lapisan PCB 8-lapisan ditunjukkan seperti di bawah ini.

Rasio residu tembaga untuk setiap lapisan ditunjukkan sebagai gambar berikut.

Berdasarkan analisis di atas, ciri yang menonjol dari sample board ini adalah distribusi tembaga yang tidak merata pada setiap lapisannya. Apalagi tembaga relatif tebal. Akibatnya, papan melengkung muncul.

Solusi Mengalahkan PCB Warpage

• Skema #1

Metode utama untuk menyeimbangkan residu tembaga di antara lapisan papan terletak dengan menambahkan tembaga yang dituangkan ke dalam blanko.

Untuk mengurangi tekanan deformasi papan, ada baiknya untuk mengecilkan ukuran panel dengan metode panelisasi rotasi. Untuk contoh PCB ini, ukuran panel harus diubah dari 610mmx520mm menjadi 610mmx356mm. Array panel yang pertama adalah 3x2 sedangkan yang terakhir adalah 2x2.

Karena langkah-langkah di atas untuk perbaikan, rasio residu tembaga ditunjukkan pada Gambar 3 di bawah ini. Setelah modifikasi tersebut, warpage yang dimodifikasi berada di kisaran 2,0% hingga 2,9% yang menerima peningkatan yang jelas tetapi sedikit jauh dari persyaratan 0,5%.

•Skema#2

Berdasarkan Skema #1, kekakuan papan ditambahkan. Setelah modifikasi tersebut, struktur lapisan papan PCB dapat ditunjukkan oleh gambar berikut.

Implementasi skema ini membuat PCB melengkung di kisaran 2,0% hingga 2,9%. Jelas, skema ini tidak bekerja pada pemecahan masalah warpage, menunjukkan bahwa ada sedikit korelasi antara warpage dan kekakuan papan. Kita harus terus mengoptimalkan Skema#1, yaitu, mencari cara lain untuk keseimbangan residu tembaga.

•Skema#3

Berdasarkan Skema#1, Layer 2 dan Layer 6 harus dipertukarkan satu sama lain. Rasio residu tembaga untuk setiap lapisan PCB setelah penerapan Skema #3 ditunjukkan pada Gambar 5 di bawah ini.

Sesuai dengan Skema #3, lengkung PCB tetap dalam 0,5% dan masih tetap pada 0,5% bahkan setelah penyolderan reflow dua kali, yang sesuai dengan permintaan. Selanjutnya, produksi percobaan 300 buah memverifikasi keandalan skema ini. Hasilnya, Skema#3 memiliki performa terbaik di antara semua skema.

Menurut percobaan di atas, karena distribusi di antara semua lapisan dielektrik merata, distribusi tembaga yang tidak merata menyebabkan terjadinya pelengkungan PCB. Dengan menyeimbangkan residu tembaga pada setiap lapisan papan PCB, lengkungan papan berkurang dari kisaran 2,5% menjadi 3,2% hingga kisaran 0,5%, menunjukkan bahwa solusi inti untuk masalah lengkungan PCB terletak pada keseimbangan residu tembaga antara lapisan dielektrik dan tembaga lapisan. Dengan demikian, sejauh menyangkut warpage selama proses perakitan, pemerataan harus dicapai dengan tata letak komponen, distribusi termal dan distribusi perakitan sehingga warpage papan dapat dikurangi dengan kualitas produk yang terjamin.

Sumber Daya Bermanfaat
• Faktor-Faktor yang Menentukan Jumlah Lapisan dan Distribusi Lapisan dalam PCB
• Fabrikasi PCB Multilayer
• Aturan Utama Desain PCB yang Harus Anda Ketahui
• Elemen Desain PCB yang Mempengaruhi SMT Manufaktur