PCB闆為何(hé)會翹曲，翹曲變形的危害又有哪些呢？

PCB闆變形的危(wēi)害

在(zài)自動化(huà)表面貼裝線上，電(diàn)路闆若不平整，會引起定位不準，元器件無法插裝(zhuāng)或貼裝到闆子的孔(kǒng)和表面貼(tiē)裝焊盤上，甚至會撞壞自動插裝機。

裝上元器件的電路闆焊(hàn)接後發(fā)生彎曲，元(yuán)件腳很難(nán)剪(jiǎn)平整齊。闆子也無法裝到機箱或機内的插座上，所以，裝配廠碰到闆翹同樣是十分煩惱。

目前的表面貼裝技術正在朝着高精度、高速度、智能化方(fāng)向發(fā)展，這就對做為各種元器件家園的 PCB 闆提出了更(gèng)高的平整度要求(qiú)。

在 IPC 标(biāo)準中特别指出帶有表面貼裝器件的 PCB 闆允許的變形量為 0.75%，沒有表(biǎo)面貼裝的 PCB 闆允許的變形量為 1.5%。

實際上，為滿足高精度和高速度貼裝(zhuāng)的需求，部分電子裝聯廠家(jiā)對變形量(liàng)的要求更加嚴格，如有要求允許的(de)變形量為 0.5%，甚至有個别要求百分之零點三。

PCB 闆由銅箔、樹脂、玻(bō)璃布等材料組成，各材料物理和化學性能均不相同，壓合在一起後必(bì)然會産生(shēng)熱應力殘留，導(dǎo)緻變形。

同時在 PCB 的加工過程中，會經過高溫、機械切削、濕處理等各種流程，也會對闆件變形産生重要(yào)影響，總之(zhī)可(kě)以導緻 PCB 闆變(biàn)形的原因複雜(zá)多樣，如何減少或消除由于材料特性不同或者加工引(yǐn)起的(de)變形，成為 PCB 制(zhì)造商面(miàn)臨的複雜問題之一。

PCB闆變(biàn)形産生原因分析(xī)

PCB 闆的變形需要從材料、結構、圖形(xíng)分布、加工制程等幾個方面進行研(yán)究，文章将對可(kě)能(néng)産生變形的各種(zhǒng)原因和改(gǎi)善方法(fǎ)進行(háng)分析和闡述(shù)。

電路闆上的鋪銅面(miàn)面積不均勻，會(huì)惡化闆彎與闆翹。

一般電路闆上都會設計有大面積的銅箔來當作接(jiē)地之用，有時(shí)候 Vcc 層(céng)也會有設計有大面積的(de)銅(tóng)箔，當這些大面積的銅箔(bó)不能均勻地分佈在(zài)同一片電路闆上的時候，就會造(zào)成吸熱與散熱速度不均勻的問題。

電路闆當然(rán)也會熱脹冷縮，如果(guǒ)漲縮不能(néng)同時就(jiù)會(huì)造成不同的應力而變形，這時候闆(pǎn)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(zào)成的變形(xíng)。

電路闆上各層的連結(jié)點（vias，過孔）會限(xiàn)制闆子漲縮 。

現(xiàn)今的電路闆大多為多層闆，而且層與層之間會有向鉚(mǎo)釘一樣(yàng)的(de)連接點(diǎn)（vias），連(lián)結點又分為通(tōng)孔、盲孔與埋孔(kǒng)，有連結(jié)點的地方會(huì)限制闆子漲冷縮的效果，也會間接造成闆彎與闆翹。

PCB 闆變形(xíng)的原因：

（1）電路闆本(běn)身的重量(liàng)會造成闆子凹陷(xiàn)變形

一般回焊爐都會使用鍊條來帶動電路闆于回焊爐中的前進，也就是以闆子的兩邊當支(zhī)點撐起整片闆子。

如果闆子上面有過重的零件，或(huò)是闆子(zǐ)的尺(chǐ)寸過大，就會因為本身的種量而呈現出中間凹陷的(de)現象，造成(chéng)闆彎。

（2）V-Cut 的深淺及(jí)連接條會(huì)影響拼闆變形量

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

壓合材料、結構、圖形對闆件變形的響分：

PCB 闆由(yóu)芯闆和半固化片(piàn)以及外(wài)層銅箔壓合而成，其中芯(xīn)闆與(yǔ)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（CTE）。

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

PCB闆加工過程(chéng)中引起的變形

PCB 闆(pǎn)加工過程的變形原因非常複(fú)雜可分為熱(rè)應力和機械應力兩種應力導緻(zhì)。

其中熱(rè)應力主要産生于壓合過程中，機械應力主要産生闆件堆放、搬運、烘(hōng)烤過程中。下面按流(liú)程順序做簡單讨(tǎo)論。

1. 覆銅闆來料：

覆銅(tóng)闆均為雙面闆(pǎn)，結(jié)構對稱，無圖形，銅箔與玻璃布(bù) CTE 相差無幾，所以在壓(yā)合過程中(zhōng)幾乎不會産生因 CTE 不同(tóng)引起的變形。

但是，覆銅闆壓機尺寸大(dà)，熱盤不同區域存在溫差，會(huì)導(dǎo)緻壓合過程中不同區域樹脂(zhī)固化速度(dù)和程度有(yǒu)細微差異，同時不同升溫(wēn)速率下的動黏度(dù)也有較大差異，所(suǒ)以也會産生由(yóu)于固化過(guò)程差異帶(dài)來的局部應力(lì)。

一般這種應力會在(zài)壓合後維持平衡，但會在日後的加工中逐漸釋放産生變形。

2. 壓合：

PCB 壓合工序是産生熱應力的主要流程，與覆銅闆壓合類(lèi)似，也會産生固化過程差異帶來的局部應力，PCB 闆由于厚度更厚、圖形分布多樣、半固化片更(gèng)多等原因，其熱應力也會比覆銅闆更多更難消除。

而 PCB 闆中存在的應力，在後繼鑽孔、外形或者燒烤等流(liú)程(chéng)中釋放，導緻闆件(jiàn)産生變形。

3. 阻焊、字符等烘烤(kǎo)流程：

由(yóu)于阻焊油墨固化(huà)時不(bú)能互相堆疊，所以 PCB 闆都會豎放(fàng)在架子裡(lǐ)烘闆(pǎn)固化，阻焊溫度(dù) 150℃左右(yòu)，剛好超過中低 TG材料的 TG=G 點，TG點以上樹脂為高彈态，闆件容易在自重(zhòng)或者烘箱強風作用下變形(xíng)。

4. 熱風焊料整(zhěng)平：

普通闆熱風焊料整平時錫爐溫度為 225℃~265℃，時間為 3S-6S。熱風溫(wēn)度為 280℃~300℃。

焊料整平時闆從室溫進(jìn)錫爐，出爐後兩分鐘(zhōng)内又進行室溫的後處理水洗(xǐ)。整(zhěng)個熱風焊料整平過程為驟熱驟冷過(guò)程。

由于電路闆材(cái)料不同，結構又不均(jun1)勻，在冷熱過程中(zhōng)必(bì)然會出現熱應力，導緻微觀應變和整體變形翹區。

5.存(cún)放：

PCB 闆在半成品階(jiē)段的存放一般都堅插在架子(zǐ)中，架子松緊調整(zhěng)的不合适，或者存放(fàng)過程中堆疊放闆等都(dōu)會使闆件産生機械變形。尤(yóu)其對于 2.0mm 以下的(de)薄闆影響更為嚴重(zhòng)。

除以(yǐ)上因素以外，影響 PCB 闆變(biàn)形的因素還有很多。

PCB闆翹曲變形的預防

電路闆翹曲對印制電路闆(pǎn)的制作影(yǐng)響是非常大的，翹曲也是電路闆制(zhì)作過程中的重(zhòng)要問題(tí)之一，裝上元器件(jiàn)的闆(pǎn)子焊接後(hòu)發生彎曲，組件腳很(hěn)難整齊。

闆子也無(wú)法裝到機箱或機内的(de)插座上，所以，電路闆(pǎn)翹曲會影響到整個後序工藝(yì)的正常運作。

現階段印制(zhì)電路闆已進(jìn)入到表(biǎo)面安裝和芯片安裝的時代，工藝對(duì)電路闆翹曲的要求可謂是越來越高。所(suǒ)以(yǐ)我們要找(zhǎo)到半路幫翹曲(qǔ)的原因。

1. 工程設計：

印(yìn)制闆設計時應注(zhù)意事項：

A. 層間半固(gù)化片的(de)排列應當對稱，例如六層闆，1～2 和 5～6 層間的厚(hòu)度和(hé)半(bàn)固化片的張數應當一緻，否則層壓後容易(yì)翹曲。

B. 多(duō)層(céng)闆芯闆和半固化片應使用同一(yī)供應商的産品。

C. 外(wài)層 A 面和 B 面的線路圖形面積應盡量接近。若 A 面為大銅面，而B面隻走幾根(gēn)線，這種印制闆在(zài)蝕(shí)刻後就很容易翹曲(qǔ)。如果(guǒ)兩面(miàn)的線路面積相差太大，可在稀的一面加一些單獨的網格，以(yǐ)作平衡。

2. 下(xià)料(liào)前烘闆：

覆銅闆下(xià)料前(qián)烘闆（150 攝氏度(dù)，時間 8±2 小時）目的是去除闆内的水分(fèn)，同時使闆材内的樹脂完全固化，進一步消除闆材中(zhōng)剩餘的應力，這(zhè)對防止闆翹曲是有幫助的。

目前，許多雙面、多層闆仍堅持下料前或(huò)後烘闆這一步驟(zhòu)。但也(yě)有部分闆材廠例(lì)外，目前(qián)各 PCB 廠烘闆的時間規定也不一(yī)緻，從 4－10 小時都有(yǒu)，建議根據生産的(de)印(yìn)制闆(pǎn)的檔次和客戶(hù)對翹曲度的要求來決定。

剪成拼闆後烘還是整塊大料烘後下料，二種方法都可行，建議剪料後烘闆(pǎn)。内層闆亦應烘闆。

3. 半固化片的經緯向(xiàng)：

半固化片層壓後經向(xiàng)和緯(wěi)向收縮率不一(yī)樣，下料和叠(dié)層時必須分清經向和緯向。否則，層壓後很容易造成成品闆翹曲，即使加壓力烘闆亦很(hěn)難糾正。

多層闆翹曲的原因，很多就是層壓時半固化片的經緯向(xiàng)沒分清，亂叠放而(ér)造成的。

如何區分(fèn)經緯向？成卷的半(bàn)固化片卷(juàn)起(qǐ)的方(fāng)向是經向，而寬(kuān)度方向是(shì)緯向；對銅(tóng)箔闆來說長邊時緯向，短邊是經向，如不能确定可(kě)向生産商或供應商(shāng)查詢。

4. 層壓後除應力 ：

多層闆在完成熱壓冷壓後取出，剪或銑(xǐ)掉毛邊，然(rán)後平放在烘箱内 150 攝氏度烘 4 小時，以使闆(pǎn)内(nèi)的應力逐(zhú)漸釋放并使樹脂(zhī)完全固化，這一步(bù)驟不可省略。

5. 薄闆電鍍時需要拉直：

0.4～0.6mm 超(chāo)薄多層闆作闆面電鍍和圖形(xíng)電鍍時應制作特殊(shū)的夾輥，在自動電鍍線上的飛巴上夾上薄闆(pǎn)後，用一條圓棍把整條飛(fēi)巴上的夾輥串起來，從而拉直輥上所有的闆子，這樣電鍍後的闆子就不(bú)會變形。

若無此(cǐ)措施，經電鍍二三十微米(mǐ)的銅層(céng)後，薄闆會彎曲，而且難以補救。

6. 熱風整平後闆(pǎn)子的冷卻：

印制闆熱(rè)風整平(píng)時經焊錫槽（約 250 攝氏度）的高溫沖擊，取出後應放到平整的(de)大理石或鋼闆上自然冷(lěng)卻，在(zài)送至後處理機作清洗。這樣對闆子(zǐ)防翹曲很有好處。

有的工廠為(wéi)增強鉛錫表面的亮(liàng)度，闆子熱風整平後馬上投入冷水中，幾秒鐘後取出在(zài)進行後處理，這種一熱一(yī)冷的沖擊(jī)，對某些型号的闆子很可能産生翹(qiào)曲，分層或起泡。

另外設備上可加裝氣浮床來進行冷卻。

7. 翹曲闆子的處(chù)理：

管理有序的工廠，印制(zhì)闆在終檢驗時會作 100％的平整度檢查。凡不合格的闆子都将挑出來，放(fàng)到烘箱内，在 150 攝氏度(dù)及重壓下(xià)烘 3～6 小時，并在重壓(yā)下自然冷卻。

然後卸壓把闆子取出，在作平整度檢查，這樣可挽救部分闆子(zǐ)，有的闆子需作二到三次的烘壓才(cái)能整(zhěng)平。若以上(shàng)涉及的防翹曲的工藝措施不落實，部分闆子烘壓也沒用，隻能報廢。

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