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PCB板變形的危害

在自動化表面貼裝線上，電路板若不平整，會引起定位不準(zhǔn)，元器件無法插裝或貼裝到板子的孔和表面貼裝焊盤上，甚至?xí)矇淖詣硬逖b機(jī)。

裝上元器件的電路板焊接后發(fā)生彎曲，元件腳很難剪平整齊。板子也無法裝到機(jī)箱或機(jī)內(nèi)的插座上，所以，裝配廠碰到板翹同樣是十分煩惱。

目前的表面貼裝技術(shù)正在朝著高精度、高速度、智能化方向發(fā)展，這就對作為各種元器件家園的 PCB 板提出了更高的平整度要求。

在 IPC 標(biāo)準(zhǔn)中特別指出帶有表面貼裝器件的 PCB 板允許的變形量為 0.75%，沒有表面貼裝的 PCB 板允許的變形量為 1.5%。

實際上，為滿足高精度和高速度貼裝的需求，部分電子裝配廠家對變形量的要求更加嚴(yán)格，如有要求允許的變形量為 0.5%，甚至有個別要求 0.3%。

PCB 板由銅箔、樹脂、玻璃布等材料組成，各材料物理和化學(xué)性能均不相同，壓合在一起后必然會產(chǎn)生熱應(yīng)力殘留，導(dǎo)致變形。

同時在 PCB 的加工過程中，會經(jīng)過高溫、機(jī)械切削、濕處理等各種流程，也會對板件變形產(chǎn)生重要影響，總之可以導(dǎo)致 PCB 板變形的原因復(fù)雜多樣，如何減少或消除由于材料特性不同或者加工引起的變形，成為 PCB 制造商面臨的復(fù)雜問題之一。

PCB板變形產(chǎn)生原因分析

PCB 板的變形需要從材料、結(jié)構(gòu)、圖形分布、加工制程等幾個方面進(jìn)行研究，文章將對可能產(chǎn)生變形的各種原因和改善方法進(jìn)行分析和闡述。

電路板上的鋪銅面面積不均勻，會惡化板彎與板翹。

一般電路板上都會設(shè)計有大面積的銅箔來當(dāng)作接地之用，有時候 Vcc 層也會有設(shè)計有大面積的銅箔，當(dāng)這些大面積的銅箔不能均勻地分布在同一片電路板上的時候，就會造成吸熱與散熱速度不均勻的問題。

電路板當(dāng)然也會熱脹冷縮，如果漲縮不能同時就會造成不同的應(yīng)力而變形，這時候板子的溫度如果已經(jīng)達(dá)到了 Tg 值的上限，板子就會開始軟化，造成的變形。

電路板上各層的連結(jié)點（vias，過孔）會限制板子漲縮 。

現(xiàn)今的電路板大多為多層板，而且層與層之間會有像鉚釘一樣的連接點（vias），連結(jié)點又分為通孔、盲孔與埋孔，有連結(jié)點的地方會限制板子漲冷縮的效果，也會間接造成板彎與板翹。

PCB 板變形的原因：

（1）電路板本身的重量會造成板子凹陷變形

一般回焊爐都會使用鏈條來帶動電路板于回焊爐中的前進(jìn)，也就是以板子的兩邊當(dāng)支點撐起整片板子。

如果板子上面有過重的零件，或是板子的尺寸過大，就會因為本身的重量而呈現(xiàn)出中間凹陷的現(xiàn)象，造成板彎。

（2）V-Cut 的深淺及連接條會影響拼板變形量

基本上 V-Cut 就是破壞板子結(jié)構(gòu)的元兇，因為 V-Cut 就是在原來一大張的板材上切出溝槽來，所以 V-Cut 的地方就容易發(fā)生變形。

壓合材料、結(jié)構(gòu)、圖形對板件變形的影響：

PCB 板由芯板和半固化片以及外層銅箔壓合而成，其中芯板與銅箔在壓合時受熱變形，變形量取決于兩種材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）。

銅箔的熱膨脹系數(shù)（CTE）為 17X10-6 左右；而普通 FR-4 基材在 Tg 點下 Z 向 CTE 為（50~70）X10-6；TG 點以上為（250~350）X10-6，X 向 CTE 由于玻璃布存在，一般與銅箔類似。

PCB板加工過程中引起的變形

PCB 板加工過程的變形原因非常復(fù)雜可分為熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力兩種應(yīng)力導(dǎo)致。

其中熱應(yīng)力主要產(chǎn)生于壓合過程中，機(jī)械應(yīng)力主要產(chǎn)生板件堆放、搬運、烘烤過程中。下面按流程順序做簡單討論。

1. 覆銅板來料：

覆銅板均為雙面板，結(jié)構(gòu)對稱，無圖形，銅箔與玻璃布 CTE 相差無幾，所以在壓合過程中幾乎不會產(chǎn)生因 CTE 不同引起的變形。

但是，覆銅板壓機(jī)尺寸大，熱盤不同區(qū)域存在溫差，會導(dǎo)致壓合過程中不同區(qū)域樹脂固化速度和程度有細(xì)微差異，同時不同升溫速率下的動黏度也有較大差異，所以也會產(chǎn)生由于固化過程差異帶來的局部應(yīng)力。

一般這種應(yīng)力會在壓合后維持平衡，但會在日后的加工中逐漸釋放產(chǎn)生變形。

2. 壓合：

PCB 壓合工序是產(chǎn)生熱應(yīng)力的主要流程，與覆銅板壓合類似，也會產(chǎn)生固化過程差異帶來的局部應(yīng)力，PCB 板由于厚度更厚、圖形分布多樣、半固化片更多等原因，其熱應(yīng)力也會比覆銅板更多更難消除。

而 PCB 板中存在的應(yīng)力，在后繼鉆孔、外形或者燒烤等流程中釋放，導(dǎo)致板件產(chǎn)生變形。

3. 阻焊、字符等烘烤流程：

由于阻焊油墨固化時不能互相堆疊，所以 PCB 板都會豎放在架子里烘板固化，阻焊溫度 150℃左右，剛好超過中低 Tg 材料的 Tg 點，Tg 點以上樹脂為高彈態(tài)，板件容易在自重或者烘箱強(qiáng)風(fēng)作用下變形。

4. 熱風(fēng)焊料整平：

普通板熱風(fēng)焊料整平時錫爐溫度為 225℃~265℃，時間為 3S-6S。熱風(fēng)溫度為 280℃~300℃。

焊料整平時板從室溫進(jìn)錫爐，出爐后兩分鐘內(nèi)又進(jìn)行室溫的后處理水洗。整個熱風(fēng)焊料整平過程為驟熱驟冷過程。

由于電路板材料不同，結(jié)構(gòu)又不均勻，在冷熱過程中必然會出現(xiàn)熱應(yīng)力，導(dǎo)致微觀應(yīng)變和整體變形翹曲。

5. 存放：

PCB 板在半成品階段的存放一般都豎插在架子中，架子松緊調(diào)整的不合適，或者存放過程中堆疊放板等都會使板件產(chǎn)生機(jī)械變形。尤其對于 2.0mm 以下的薄板影響更為嚴(yán)重。

除以上因素以外，影響 PCB 板變形的因素還有很多。

PCB板翹曲變形的預(yù)防

電路板翹曲對印制電路板的制作影響是非常大的，翹曲也是電路板制作過程中的重要問題之一，裝上元器件的板子焊接后發(fā)生彎曲，組件腳很難整齊。

板子也無法裝到機(jī)箱或機(jī)內(nèi)的插座上，所以，電路板翹曲會影響到整個后序工藝的正常運作。

現(xiàn)階段印制電路板已進(jìn)入到表面安裝和芯片安裝的時代，工藝對電路板翹曲的要求可謂是越來越高。所以我們要找到電路板翹曲的原因。

1. 工程設(shè)計：

印制板設(shè)計時應(yīng)注意事項：

A. 層間半固化片的排列應(yīng)當(dāng)對稱，例如六層板，1～2 和 5～6 層間的厚度和半固化片的張數(shù)應(yīng)當(dāng)一致，否則層壓后容易翹曲。

B. 多層板芯板和半固化片應(yīng)使用同一供應(yīng)商的產(chǎn)品。

C. 外層 A 面和 B 面的線路圖形面積應(yīng)盡量接近。若 A 面為大銅面，而 B 面僅走幾根線，這種印制板在蝕刻后就很容易翹曲。如果兩面的線路面積相差太大，可在稀疏的一面加一些獨立的網(wǎng)格，以作平衡。

2. 下料前烘板：

覆銅板下料前烘板（150 攝氏度，時間 8±2 小時）目的是去除板內(nèi)的水分，同時使板材內(nèi)的樹脂完全固化，進(jìn)一步消除板材中剩余的應(yīng)力，這對防止板翹曲是有幫助的。

目前，許多雙面、多層板仍堅持下料前或后烘板這一步驟。但也有部分板材廠例外，目前各 PCB 廠烘板的時間規(guī)定也不一致，從 4－10 小時都有，建議根據(jù)生產(chǎn)的印制板的檔次和客戶對翹曲度的要求來決定。

剪成拼板后烘還是整塊大料烘后下料，二種方法都可行，建議剪料后烘板。內(nèi)層板亦應(yīng)烘板。

3. 半固化片的經(jīng)緯向：

半固化片層壓后經(jīng)向和緯向收縮率不一樣，下料和迭層時必須分清經(jīng)向和緯向。否則，層壓后很容易造成成品板翹曲，即使加壓力烘板亦很難糾正。

多層板翹曲的原因，很多就是層壓時半固化片的經(jīng)緯向沒分清，亂迭放而造成的。

如何區(qū)分經(jīng)緯向？成卷的半固化片卷起的方向是經(jīng)向，而寬度方向是緯向；對銅箔板來說長邊是緯向，短邊是經(jīng)向，如不能確定可向生產(chǎn)商或供應(yīng)商查詢。

4. 層壓后除應(yīng)力 ：

多層板在完成熱壓冷壓后取出，剪或銑掉毛邊，然后平放在烘箱內(nèi) 150 攝氏度烘 4 小時，以使板內(nèi)的應(yīng)力逐漸釋放并使樹脂完全固化，這一步驟不可省略。

5. 薄板電鍍時需要拉直：

0.4～0.6mm 超薄多層板作板面電鍍和圖形電鍍時應(yīng)制作特殊的夾輥，在自動電鍍線上的飛巴上夾上薄板后，用一條圓棍把整條飛巴上的夾輥串起來，從而拉直輥上所有的板子，這樣電鍍后的板子就不會變形。

若無此措施，經(jīng)電鍍二三十微米的銅層后，薄板會彎曲，而且難以補(bǔ)救。

6. 熱風(fēng)整平后板子的冷卻：

印制板熱風(fēng)整平時經(jīng)焊錫槽（約 250 攝氏度）的高溫沖擊，取出后應(yīng)放到平整的大理石或鋼板上自然冷卻，在送至后處理機(jī)作清洗。這樣對板子防翹曲很有好處。

有的工廠為增強(qiáng)鉛錫表面的亮度，板子熱風(fēng)整平后馬上投入冷水中，幾秒鐘后取出再進(jìn)行后處理，這種一熱一冷的沖擊，對某些型號的板子很可能產(chǎn)生翹曲，分層或起泡。

另外設(shè)備上可加裝氣浮床來進(jìn)行冷卻。

7. 翹曲板子的處理：

管理有序的工廠，印制板在終檢驗時會作 100％的平整度檢查。凡不合格的板子都將挑出來，放到烘箱內(nèi)，在 150 攝氏度及重壓下烘 3～6 小時，并在重壓下自然冷卻。

然后卸壓把板子取出，再作平整度檢查，這樣可挽救部分板子，有的板子需作二到三次的烘壓才能整平。若以上涉及的防翹曲的工藝措施不落實，部分板子烘壓也沒用，只能報廢。

PCB翹曲度標(biāo)準(zhǔn)是多少

PCB翹曲其實也是指電路板彎曲，是指原本平整的電路板，放置桌面時兩端或中間出現(xiàn)在微微往上翹起，這種現(xiàn)象被業(yè)內(nèi)人士稱為PCB翹曲。

電路板翹曲度計算公式將電路板平放在桌面上，電路板的四個角著地，測量中間拱起的高度，其計算方式是：翹曲度=拱起的高度/PCB長邊長度*100%。

電路板翹曲度行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：據(jù)美國IPC—6012(1996版)《剛性印制板的鑒定與性能規(guī)范》，生產(chǎn)電路板允許最大翹曲和扭曲為0.75%到1.5%之間，因每家工廠的制程能力不一樣，對于PCB翹曲把控要求也存在一定的差異，對于1.6板厚常規(guī)雙面多層電路板，大部分電路板生產(chǎn)廠家控制PCB翹曲度在0.70-0.75%之間，不少SMT、BGA的板子，要求在0.5%范圍內(nèi)，有些制程能力較強(qiáng)的線路板工廠可以將PCB翹曲度標(biāo)準(zhǔn)提高至0.3%。

在制造過程中，如何避免電路板翹曲

①各層間半固化排列應(yīng)該對稱，比例六層電路板，1-2和5-6層間的厚度和半固化片的張數(shù)應(yīng)該一致;

②多層PCB芯板同固化片應(yīng)該使用同一家供應(yīng)商的產(chǎn)品;

③外層A面與B面的線路圖形面積應(yīng)盡量靠近，當(dāng)A面為大銅面，B面只有幾條線路時，這種情況在蝕刻后就很容易出現(xiàn)翹曲情況發(fā)生。

如何預(yù)防電路板翹曲

1、工程設(shè)計：層間半固化片排列應(yīng)對應(yīng);多層板芯板和半固化片應(yīng)使用同一供應(yīng)商產(chǎn)品;外層C/S面圖形面積盡量接近，可以采用獨立網(wǎng)格;

2、下料前烘板：一般150度6–10小時，排除板內(nèi)水汽，進(jìn)一步使樹脂固化完全，消除板內(nèi)的應(yīng)力;開料前烘板，無論內(nèi)層還是雙面都需要!

3、多層板疊層壓板前應(yīng)注意板固化片的經(jīng)緯方向：經(jīng)緯向收縮比例不一樣，半固化片下料疊層前注意分清經(jīng)緯方向;芯板下料時也應(yīng)注意經(jīng)緯方向;一般板固化片卷方向為經(jīng)向;覆銅板長方向為經(jīng)向;10層4OZ電源厚銅板

4、層壓厚消除應(yīng)力 壓板後冷壓，修剪毛邊;

5、鉆孔前烘板：150度4小時;

6、薄板最好不經(jīng)過機(jī)械磨刷，建議采用化學(xué)清洗;電鍍時采用專用夾具，防止板彎曲折疊

7、噴錫後方在平整的大理石或鋼板上自然冷卻至室溫或氣浮床冷卻後清洗;