PCB變形的[De]原因(Yin)及[Ji]如何改善

PCB闆由銅箔、樹脂、玻璃布等[Deng]材料組成，各(Ge)材料物[Wu]理和化學性能均不相同,壓合在一起後[Hou]必然會産生熱[Re]應力(Li)殘留，導緻(Zhi)變形。同時在PCB的加工過程中,會經過[Guo]高溫、機械切削(Xue)、濕[Shi]處理等(Deng)各種流程[Cheng],也會對闆件變形産生重要影響。導緻PCB闆[Pan]變形的原因[Yin]複雜多樣，那麼如(Ru)何減少因材料特性[Xing]不同[Tong]或加工(Gong)引起的(De)PCB變形，也成(Cheng)為了PCB制作商最頭疼(Teng)的問題之一(Yi)。

變[Bian]形産生原因分析

PCB闆的變形需要從材[Cai]料、結構(Gou)、圖形分布、加工[Gong]制程等幾個方面進行研[Yan]究

電路闆上的鋪銅(Tong)面[Mian]面積不均勻，會(Hui)惡[E]化闆彎與(Yu)闆翹

一般電路闆上都會設計有大面積的(De)銅箔來當作接地之用，有時(Shi)候Vcc層也會有設計有(You)大面積的銅箔(Bo)，當這些(Xie)大面積的銅箔不[Bu]能均勻地分佈在同一片電路闆上(Shang)的時[Shi]候，就會造成吸熱與[Yu]散熱速度[Du]不均勻的問題，電路闆當然也會熱[Re]脹冷(Leng)縮，如果漲(Zhang)縮不能同時就會造[Zao]成不同的應力[Li]而(Er)變形，這時候闆子的溫(Wen)度如果已經達到了(Le)Tg值的上[Shang]限，闆子就會開始軟化，造成永久(Jiu)的變形。

電路闆上各[Ge]層(Ceng)的連結點 (vias ，過[Guo]孔 ) 會限制闆子漲縮[Suo]

現今的電路闆大多為多(Duo)層闆，而且層與層之間會(Hui)有向鉚釘一[Yi]樣的連接[Jie]點(Dian)(vias)，連結點又分為通孔、盲孔(Kong)與埋孔，有連結點的地方[Fang]會限(Xian)制闆子漲冷縮的效(Xiao)果，也會間(Jian)接(Jie)造成闆彎與[Yu]闆(Pan)翹。

電路闆本身的重量(Liang)會造(Zao)成闆子凹陷變形

一[Yi]般回焊爐都會使用鍊[Lian]條[Tiao]來帶動電路(Lu)闆(Pan)于回焊爐中的前進，也(Ye)就是以闆子的兩邊當支點撐起整片(Pian)闆子，如果[Guo]闆(Pan)子上面有過重的零件，或是闆子的尺(Chi)寸過大，就(Jiu)會[Hui]因為本身的(De)種量(Liang)而呈現(Xian)出中間凹陷的現象，造成闆[Pan]彎。

V-Cut 的深淺及連接條會影響拼闆變[Bian]形量

基本上[Shang]V-Cut就是[Shi]破壞闆(Pan)子結[Jie]構的元兇，因為V-Cut就是在原來一[Yi]大張的闆材上(Shang)切出溝槽來，所以V-Cut的地方就容易發[Fa]生變形。

PCB 闆加工過程(Cheng)中引起[Qi]的變形

PCB闆加工過程(Cheng)的變[Bian]形原因非常複雜(Za)可分為熱應[Ying]力(Li)和機械應力兩(Liang)種應力導緻。其中熱應力主要産生于壓(Ya)合過[Guo]程中，機械應力主要[Yao]産生闆件堆放、搬運、烘(Hong)烤(Kao)過程中。下面按[An]流程順序(Xu)做簡(Jian)單讨論。

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覆銅闆(Pan)來料[Liao]：覆銅闆均為[Wei]雙面[Mian]闆，結構對稱，無圖[Tu]形(Xing)，銅[Tong]箔與玻璃(Li)布(Bu)CTE相差無幾，所以在(Zai)壓合過程中幾乎不會産生因(Yin)CTE不同引起的變形。但是，覆銅闆壓機尺寸大，熱盤不同區域存在溫差，會導緻(Zhi)壓合過程中不(Bu)同[Tong]區域樹脂固化速度和程度有細微差異，同時(Shi)不[Bu]同升溫速[Su]率下的動黏度也有較大[Da]差異(Yi)，所以也會産生由于固化過程(Cheng)差異帶來的局(Ju)部應力。一般這(Zhe)種應力會在壓[Ya]合後維持平[Ping]衡，但會在日後的加工中逐漸釋(Shi)放[Fang]産生變形。

壓合：PCB壓(Ya)合工[Gong]序是産生熱應力的主要[Yao]流程，其中由于材料或結構不同産生的變形見上一節的分析。與覆銅闆壓[Ya]合類似，也會産[Chan]生(Sheng)固化過[Guo]程差異帶(Dai)來的局部應力[Li]，PCB闆(Pan)由(You)于厚度更厚、圖形分(Fen)布多樣、半固[Gu]化片更多等[Deng]原因，其熱應力(Li)也會比覆(Fu)銅闆(Pan)更多更難消除。而PCB闆(Pan)中存[Cun]在的[De]應力，在後繼鑽(Zuan)孔、外形或者[Zhe]燒[Shao]烤等流程中釋(Shi)放，導(Dao)緻闆件産生變形。

阻焊、字[Zi]符等烘烤[Kao]流程：由于阻焊油[You]墨固化時不能互相堆疊，所以PCB闆[Pan]都(Dou)會[Hui]豎放在架子裡烘闆固化[Hua]，阻焊溫[Wen]度(Du)150℃左右，剛好超過(Guo)中低(Di)Tg材料的Tg點，Tg點以上樹(Shu)脂為高彈[Dan]态，闆件容易在自重或者烘箱[Xiang]強風作用下變(Bian)形。

熱風(Feng)焊料整平：普[Pu]通闆(Pan)熱風焊(Han)料整平時[Shi]錫(Xi)爐溫度為225℃~265℃,時間(Jian)為3S-6S。熱風溫度為(Wei)280℃~300℃.焊料整平時闆[Pan]從室[Shi]溫進錫爐，出爐後兩分鐘内又[You]進行室溫的後處理水[Shui]洗[Xi]。整個熱風焊料[Liao]整平(Ping)過程為驟熱(Re)驟冷過程。由(You)于電路闆材料[Liao]不同，結構又不(Bu)均勻，在冷熱過(Guo)程中[Zhong]必然會出現熱應力[Li]，導緻微觀應變和整(Zheng)體變形翹區。

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存(Cun)放：PCB闆(Pan)在半成品階段的存放一般都堅插在架(Jia)子中，架子松(Song)緊調整[Zheng]的不合适(Shi)，或者存(Cun)放過程中堆疊放闆等(Deng)都會使闆件産生機械變形[Xing]。尤其對于2.0mm以下的薄闆影響更(Geng)為(Wei)嚴重。

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除以上因素以(Yi)外，影響PCB變(Bian)形(Xing)的因素還[Hai]有很多。

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那麼(Me)，如何[He]改善 PCB 變[Bian]形的情況尼？

1. 降低溫度(Du)對闆子應力的[De]影響

既然「溫度(Du)」是闆子應力的主(Zhu)要來源，隻要降低(Di)回焊爐的溫度或是調慢(Man)闆子在回焊爐中升溫及冷卻的速度[Du]，就可以[Yi]大大[Da]地降低闆彎及闆翹的情形發生。不過可[Ke]能會有[You]其他副作用就事(Shi)了。

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2. 采(Cai)用高 Tg 的闆材

Tg（基材保持剛性的最高溫度 ( ℃)）就[Jiu]是材[Cai]料由玻[Bo]璃态(Tai)轉變成橡膠态(Tai)的溫(Wen)度，Tg值越低的材料，表示其(Qi)闆子進入回焊[Han]爐後開始變軟的速度越快，而且變[Bian]成柔軟橡膠态的時間也[Ye]會變長，闆子的變形[Xing]量當[Dang]然就會越嚴重。採(Cai)用較高Tg的闆材就[Jiu]可[Ke]以增加其承[Cheng]受應[Ying]力變形的能力，但是相對地材料的價錢也比較高。

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3. 增加(Jia)電路[Lu]闆的厚度

許多電子的産品為了達[Da]到更輕薄的目的，闆子的(De)厚度已經剩下1.0mm、0.8mm，甚[Shen]至作到(Dao)了0.6mm的厚度，這樣(Yang)的厚度要[Yao]保持闆子在經過回(Hui)焊爐不變(Bian)形，真的[De]有點強人所難，建議如果沒有輕[Qing]薄(Bao)的要求(Qiu)，闆子最好可以使用1.6mm的厚度，可以大大降低闆[Pan]彎及變形的風險。

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4. 減少電(Dian)路闆的尺寸與減少拼闆的數量

既然大部分(Fen)的回焊爐都採用(Yong)鍊條來帶動電路(Lu)闆前進，尺寸越大的電路闆會因為其自身的重量，在回焊(Han)爐(Lu)中凹陷變形，所以盡量[Liang]把電路[Lu]闆的長邊當成[Cheng]闆邊放在回焊[Han]爐[Lu]的鍊條上，就(Jiu)可以(Yi)降低電路闆本身[Shen]重量所[Suo]造成的凹陷變[Bian]形，把拼闆數量[Liang]降低也是基于(Yu)這個理由，也就是說過爐的時[Shi]候，盡[Jin]量用窄邊垂直(Zhi)過(Guo)爐方向[Xiang]，可以達到(Dao)最低的凹陷變形[Xing]量。

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5. 使用過爐托盤(Pan)治具

如果上述方法都很難作(Zuo)到，最後就是使用過爐托盤 (reflow carrier/template) 來降低變形量了，過爐(Lu)托盤可以降[Jiang]低闆彎闆翹[Qiao]的原因是因[Yin]為不管是熱脹還(Hai)是冷縮(Suo)，都希望[Wang]托盤[Pan]可以固定(Ding)住電路闆等到(Dao)電路闆的溫度低于Tg值開[Kai]始重[Zhong]新變硬之後，還[Hai]可以維持住園來的(De)尺寸。

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如果單層的(De)托盤還無法降低電路[Lu]闆的變形量，就(Jiu)必須再加一層[Ceng]蓋子，把電路闆[Pan]用上下兩層托[Tuo]盤夾起來，這樣就可以[Yi]大大降低電路闆[Pan]過回(Hui)焊爐變形的問[Wen]題了。不過這過爐托盤挺貴的[De]，而[Er]且還得加人工來置放與回收托盤。

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6. 改用實連接、郵票孔，替(Ti)代 V-Cut 的分闆使[Shi]用(Yong)

既然V-Cut會破壞電路闆間拼闆的結[Jie]構強度，那就[Jiu]盡量不要使用(Yong)V-Cut的分闆[Pan]，或是降低V-Cut的深度。

PCB 生産工程中的優[You]化[Hua]

工程設計研究(Jiu)

工程設計應[Ying]該盡量避免[Mian]結構不對稱、材料不對稱、圖[Tu]形(Xing)不對稱(Cheng)的設計，以減[Jian]少變形的産[Chan]生(Sheng)，同時(Shi)在研(Yan)究過(Guo)程還發現芯闆直接(Jie)壓合結構比銅[Tong]箔壓合結構更容易變形[Xing]。

壓合研究(Jiu)

壓合對變形的影[Ying]響[Xiang]至關重要，通過合理的參數設[She]置、壓機選[Xuan]擇和疊闆方式等可(Ke)以有效(Xiao)減少應力的産生。針對[Dui]一般的結構對稱的闆件，一(Yi)般(Ban)需要注意(Yi)壓合時對稱疊闆，并[Bing]對稱放置工具闆、緩沖材料等輔助工具。同時(Shi)選擇冷熱(Re)一體壓機壓合(He)對減(Jian)少熱應力也有[You]明顯幫助，原因為冷[Leng]熱分體[Ti]壓機在高溫下（GT溫[Wen]度以上）将[Jiang]闆件轉到冷壓機，材料在Tg點以上失(Shi)壓并快速冷[Leng]卻會導緻熱應力(Li)迅速釋放産生變形[Xing]，而(Er)冷熱一體壓機可實現熱壓末段降溫，避免闆件在高溫下失壓。

其他[Ta]生産流程(Cheng)

PCB生産流[Liu]程中，除壓合[He]外還有阻焊、字(Zi)符化以及(Ji)熱風整平幾個高溫處理流程，其中(Zhong)阻焊、字符後的[De]烘闆[Pan]最高溫度[Du]150℃在前[Qian]文提[Ti]到過此溫度在普通[Tong]Tg材料Tg點以(Yi)上，此時材料為高彈态，容易在外[Wai]力[Li]下變形，所以要[Yao]避免烘闆時疊闆防止下層闆被壓彎，同時要(Yao)烘闆時保證闆件方向與吹(Chui)風方向平行。在熱[Re]風整平加工時[Shi]則[Ze]要保證闆件出錫爐平放[Fang]冷卻30s以上，避免高溫下過後(Hou)處理的冷水洗導緻[Zhi]驟冷變形。

出貨[Huo]前校[Xiao]平

大多(Duo)數PCB廠家在出貨前都會[Hui]有校平流程，這[Zhe]是因為在加(Jia)工(Gong)過程(Cheng)中不可避免的會[Hui]産生受熱或機械[Xie]力産生(Sheng)的闆件[Jian]變形(Xing)，在出貨前通(Tong)過機械校平或熱烘[Hong]校平可[Ke]以得到有[You]效改善。

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