PCB變形的原因及如何改善(shàn)

PCB闆由銅箔、樹脂、玻璃布等材料組成，各材(cái)料物理和化學性能均不相同(tóng),壓合在一(yī)起後(hòu)必然會産生熱應力殘留，導緻變形。同時(shí)在PCB的加工過程中,會經過高溫、機械切削、濕(shī)處理等(děng)各種流程(chéng),也會對闆件變形産生(shēng)重要影響。導緻PCB闆(pǎn)變形的原因複雜多樣，那麼如何減少因材料特性(xìng)不同或加工引起的PCB變形(xíng)，也成為了PCB制作商最頭疼(téng)的問題之一(yī)。

變(biàn)形産生原因分析

PCB闆(pǎn)的變形需(xū)要從材料、結構、圖形分布、加工制程等幾個方面進行研(yán)究

電(diàn)路闆上的鋪銅面面積(jī)不均勻，會惡化闆彎與(yǔ)闆翹

一般電路闆上都(dōu)會(huì)設計有大面積的(de)銅箔來(lái)當作接(jiē)地之用，有時候Vcc層(céng)也(yě)會有設計有(yǒu)大面(miàn)積的銅箔，當這些大面積的銅箔不能均勻地分(fèn)佈在同一片電路闆上的時候，就會造(zào)成吸熱與散熱速(sù)度不均勻的(de)問題，電路闆當(dāng)然也會熱(rè)脹冷縮，如果漲縮(suō)不能同時就會造(zào)成不同的應力而變形，這時候闆子的溫度如果已經達到了Tg值的上限，闆子就會開始軟化，造成永久的變(biàn)形。

電路闆上各層的連結點 (vias ，過孔 ) 會限制闆子(zǐ)漲縮

現(xiàn)今的電路闆大多(duō)為多層闆，而且層(céng)與層之間會有向(xiàng)鉚釘一樣的連接點(diǎn)(vias)，連結點又分為通孔、盲孔與埋孔，有連結(jié)點的地方會限制闆子漲冷縮的效(xiào)果，也會間(jiān)接造成闆彎與闆翹。

電(diàn)路闆本身的重量(liàng)會造(zào)成闆子凹陷變形

一般回焊爐都會(huì)使用鍊條(tiáo)來帶動電路闆(pǎn)于回焊爐中的前進，也就是以(yǐ)闆子(zǐ)的兩邊當支點撐起整片闆子，如果(guǒ)闆子(zǐ)上面有過重的(de)零件，或是(shì)闆子的尺寸過大，就會因為本身的種量而(ér)呈現出中間凹陷的現象(xiàng)，造成闆彎。

V-Cut 的深淺及連接條會影響拼闆變形量

基本上V-Cut就是破壞闆子結構的元兇，因為V-Cut就是在(zài)原來一大張的闆材上切出溝槽來，所以V-Cut的地方就容易發生變形。

PCB 闆加工過程中引(yǐn)起的變形

PCB闆加(jiā)工過程(chéng)的變形原因非常(cháng)複(fú)雜可分為熱應(yīng)力和機械(xiè)應力兩種應力導緻。其中熱應力主要産生(shēng)于壓(yā)合過程中，機械應力主要産生(shēng)闆件堆放、搬(bān)運、烘烤(kǎo)過程中。下面按流程順序做簡單讨論。

?

覆銅闆來料(liào)：覆銅闆均為雙面闆，結構對稱，無圖形，銅箔與玻璃布CTE相差無幾，所以在(zài)壓合(hé)過程中幾乎不會産生因(yīn)CTE不同(tóng)引起的變形。但是，覆(fù)銅闆(pǎn)壓機尺寸(cùn)大，熱盤不同區域存(cún)在溫差，會導緻壓合過程中不同區域樹脂固化速度和程度有細微(wēi)差異，同時(shí)不同升溫速(sù)率下的(de)動黏度也有較大差異，所以也會産生由(yóu)于固化過程差異帶來的(de)局(jú)部應力。一般這種應力會(huì)在壓合後維持平衡，但會在(zài)日後的(de)加工中逐漸釋放産生變形。

壓合：PCB壓(yā)合工(gōng)序是産生熱應力的主要流程，其中(zhōng)由于材料或結構不(bú)同産生的變形見上一節的分析。與覆銅闆壓合類似，也會産生固化過程差異帶(dài)來的局部(bù)應(yīng)力，PCB闆由于厚度更厚、圖(tú)形分布多樣、半(bàn)固化片更多等(děng)原(yuán)因(yīn)，其熱應力也會比覆銅(tóng)闆更多更難消除。而PCB闆中存在的應力，在後繼鑽(zuàn)孔、外形或者燒烤等流程中釋放，導緻闆件産生變形。

阻焊、字符等烘烤流程：由于(yú)阻焊油墨固化時不能互相堆疊，所以PCB闆都會豎放在架子裡烘闆固化(huà)，阻焊(hàn)溫度150℃左右，剛好超過中低Tg材料的Tg點，Tg點以上樹(shù)脂為高彈态，闆件容(róng)易在自重或者烘箱強風作用下變形。

熱(rè)風焊料整平：普通闆(pǎn)熱風焊料整平時錫(xī)爐溫度為225℃~265℃,時間為(wéi)3S-6S。熱風溫度為280℃~300℃.焊料整平時闆從室溫進錫爐，出爐後兩分鐘内又進(jìn)行(háng)室溫(wēn)的後處理水洗。整個熱風(fēng)焊料(liào)整平過程為驟熱驟冷過程。由于電路闆材料不同，結構又不(bú)均勻，在冷熱過程中(zhōng)必然會出現熱應力，導緻(zhì)微觀應變和整(zhěng)體變形翹區。

?

存放(fàng)：PCB闆在半成品階段的存放一般都堅插在架子中，架子松(sōng)緊調整的不合适，或者存放過程中堆疊放闆等都會(huì)使闆件産生機械變形。尤(yóu)其對(duì)于2.0mm以(yǐ)下的薄(báo)闆影響更為(wéi)嚴重。

?

除以上因素以外，影響PCB變形的因素還有很多。

?

那麼，如何改善 PCB 變(biàn)形的情況尼？

1. 降低溫度對闆子應力的影響

既然「溫度」是闆子應力的主要來源，隻要降低回焊爐的溫度或是調慢闆子在回焊爐中升溫及冷卻的速度，就可(kě)以大大地降低闆彎及闆翹的情形發(fā)生。不過可能會有其他副作用就事了。

?

2. 采(cǎi)用高 Tg 的闆材

Tg（基材保持剛性的最高溫度 ( ℃)）就是(shì)材(cái)料由玻璃态轉變(biàn)成橡膠态的溫度，Tg值越低(dī)的材料，表示其(qí)闆子進入回焊爐後開始(shǐ)變軟的速度(dù)越快，而且(qiě)變成柔(róu)軟橡膠态的時間也會變長，闆子的變形量當然就(jiù)會越嚴重(zhòng)。採用較高Tg的闆材就可以增加其承受應力變形的(de)能力(lì)，但是相對地材料(liào)的價錢也比(bǐ)較高。

?

3. 增加電路闆的厚度(dù)

許多電子的産品為了達到更輕薄的目的，闆子的厚度已經剩下1.0mm、0.8mm，甚至(zhì)作(zuò)到了0.6mm的厚度(dù)，這樣的厚度要保持闆子在經過回焊爐不變形，真的有點強人所(suǒ)難，建(jiàn)議如果沒有輕(qīng)薄的要求，闆子最好(hǎo)可以使(shǐ)用1.6mm的厚度，可(kě)以大大降低闆(pǎn)彎及(jí)變形的風險。

?

4. 減少電路闆的尺寸與減(jiǎn)少拼闆(pǎn)的數(shù)量

既然大部分(fèn)的回焊爐都採用鍊條來帶動電路闆前進，尺寸越大的(de)電路闆會因為其自身的重量，在回焊爐中凹陷(xiàn)變形，所以盡量把電(diàn)路闆的長邊(biān)當成闆邊放在回焊(hàn)爐(lú)的鍊條上，就可以降低電路闆本身重(zhòng)量所造成的凹(āo)陷變形，把拼闆數量降低(dī)也是基于這個理由，也就是說(shuō)過爐的時候，盡(jìn)量用窄邊垂直(zhí)過爐方向(xiàng)，可以達到最低的凹陷變形量。

?

5. 使用過爐托盤治具

如果上述方法都很難作到，最(zuì)後就是使用過爐托盤 (reflow carrier/template) 來降低變形量了(le)，過爐托盤可以降低闆彎闆翹(qiào)的原因是因為不(bú)管是(shì)熱脹還是冷縮，都(dōu)希望托盤可以固定住電路闆(pǎn)等到電路(lù)闆的溫度低于Tg值開(kāi)始重新(xīn)變硬之後，還(hái)可以維持住園(yuán)來的尺寸。

?

如果單層的托盤還無法降低電路闆的變形量，就必須再加一層蓋子，把電路闆(pǎn)用上下兩層托(tuō)盤夾起來(lái)，這樣就可以大大降(jiàng)低電路闆(pǎn)過回焊爐變形的問(wèn)題了。不過這過爐托盤挺貴的(de)，而且還得加人工來置放與回收托盤。

?

6. 改用實連接、郵(yóu)票孔，替代 V-Cut 的分闆使用

既然V-Cut會破壞電路闆間(jiān)拼闆的結構強度，那就(jiù)盡量不要(yào)使用V-Cut的分闆，或是降(jiàng)低V-Cut的深度。

PCB 生産工程(chéng)中的優化

工程設計研究(jiū)

工程設計應該盡量避免(miǎn)結構不對稱、材料不對稱、圖形不對稱的設計，以減(jiǎn)少變形(xíng)的産生，同時在研究過程還發現芯闆直接壓合結構比銅箔壓合結(jié)構更容易變形。

壓合研究

壓合對變形的影響(xiǎng)至關重要，通過合理的參數設置(zhì)、壓機選擇和疊闆方式等可以有效減少應力的産生。針對一般的結構對稱的闆件，一般需要注意(yì)壓合時對稱疊闆，并對稱放置工(gōng)具闆、緩沖(chòng)材料等輔助(zhù)工具。同時選擇冷熱一體壓(yā)機壓合對減少熱(rè)應力也有(yǒu)明顯幫助，原因為冷熱分體壓(yā)機在高溫下（GT溫度以上(shàng)）将闆件轉到冷壓機，材料在Tg點以上失(shī)壓并快速冷卻會導緻熱應力迅速釋放産生變形，而冷熱一(yī)體壓機可(kě)實現熱壓末段降(jiàng)溫，避免闆件在(zài)高溫下失壓。

其他生産流程

PCB生産流程中，除壓合外還有阻焊、字符化以及熱風整平幾個高(gāo)溫處理(lǐ)流程，其中(zhōng)阻焊、字符後的烘(hōng)闆最(zuì)高溫度150℃在前(qián)文提到過此溫度在普通(tōng)Tg材料Tg點以上，此時材料為高(gāo)彈态，容易在外力下變形，所以要避免烘闆時疊闆防止(zhǐ)下層闆被壓彎(wān)，同時要烘闆時保證闆件方向與吹風方向平行。在熱(rè)風整平加工時則要保證闆件(jiàn)出錫(xī)爐平放冷卻30s以上，避免高溫下過後處理的冷水洗導緻驟冷變形。

出貨(huò)前校平

大多數PCB廠家在(zài)出貨前都會有校平流(liú)程，這是因為在加工過程中不(bú)可避免的會産生受熱或機械力産生的闆件變形，在(zài)出貨前(qián)通過機械校平或熱烘校平可以得到有效改善。

• 上一個：雙面電路闆和多(duō)層電路闆制造過(guò)程
• 下一個：PCB的分(fèn)類