PCB變形的(de)原因及如何改善(shàn)

PCB闆由銅箔、樹脂、玻璃布等材料組成，各材料物理(lǐ)和(hé)化學性能均不相同,壓合(hé)在一起後必然會産生熱應力殘留(liú)，導緻(zhì)變形。同時在PCB的加工過程中,會(huì)經過(guò)高溫、機械切削(xuē)、濕處理等各種流程,也會對闆件變形産生重要影響。導緻PCB闆變形的(de)原因複雜多樣，那(nà)麼如何減少因材料特(tè)性不同或加工引起的PCB變形，也成為了PCB制作(zuò)商最頭疼(téng)的問題之一。

變形(xíng)産生原因分析

PCB闆的變形需要從材料、結構、圖形分布、加工制(zhì)程等幾個方面進行研究

電(diàn)路闆上的鋪銅面面積不均勻，會惡化闆彎與(yǔ)闆翹

一般電路闆上都會設計有大面積的銅箔來當作接地(dì)之用，有時候Vcc層也會有設計有(yǒu)大面積的銅箔，當這些(xiē)大面積的銅箔不能均勻地分佈在同(tóng)一片電路闆上的時候，就會造成吸熱(rè)與(yǔ)散熱速度不均勻的(de)問題，電路闆當然也會熱脹冷縮，如果漲縮不能同時就會造(zào)成不同的(de)應力而變形，這時候(hòu)闆子的溫度如果已經達到了(le)Tg值的(de)上限，闆子就會開始軟化，造成永久的變形。

電路(lù)闆上各層的連結點 (vias ，過孔 ) 會限制闆子漲縮

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

電路(lù)闆本身的重量會造成闆子凹陷變形

一般回焊爐都會使用鍊條來帶動電路闆(pǎn)于回焊爐中的前(qián)進，也就是以(yǐ)闆子(zǐ)的兩邊當支點(diǎn)撐起整片闆子，如果闆子上面有過重(zhòng)的零件，或是闆子的尺寸過大，就(jiù)會因為本身的種量(liàng)而(ér)呈現出中間凹陷(xiàn)的現象，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就是在原來一大張的闆材上切出溝槽來，所(suǒ)以V-Cut的地方就容易發生(shēng)變形。

PCB 闆(pǎn)加工過程(chéng)中引起的(de)變形

PCB闆加(jiā)工過程的變形原因非常複雜可分為熱應(yīng)力和機(jī)械應力兩(liǎng)種應力導緻。其(qí)中熱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、烘烤過程中。下面按(àn)流程順序(xù)做簡單讨論。

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覆銅闆來料(liào)：覆銅闆均為雙面闆，結構對稱，無圖(tú)形，銅箔與玻璃布CTE相差無幾，所以在壓合(hé)過程中幾乎(hū)不會産生因(yīn)CTE不同引起的變形。但是(shì)，覆銅闆壓機尺寸大，熱盤不同區域存在溫差，會導緻(zhì)壓合過程中不同區域樹(shù)脂固化速(sù)度和程度有細微差異，同時不同升溫速率下的(de)動黏度也有較大差異，所以也會産生由于固化過程差異(yì)帶來(lái)的局部應力(lì)。一般這種應力會(huì)在壓合後維持平(píng)衡(héng)，但會在日後的加工中逐漸釋(shì)放産(chǎn)生變形。

壓合：PCB壓(yā)合工序是産(chǎn)生熱應力的主要流程，其中由于材料或結構不同産生的(de)變形見(jiàn)上一節的分析。與覆銅闆壓(yā)合類似，也會産生(shēng)固化過(guò)程差異帶(dài)來的局部應力，PCB闆由于厚度更厚、圖(tú)形(xíng)分布多樣、半固化片(piàn)更(gèng)多等(děng)原因，其熱應力也會比覆銅闆更多更(gèng)難消除。而PCB闆(pǎn)中存在的應力，在(zài)後繼鑽(zuàn)孔、外形或者燒烤等流程中釋放，導(dǎo)緻闆(pǎn)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(yǐ)PCB闆都會(huì)豎放在架子裡烘闆固化，阻焊溫度150℃左右，剛好超過中低Tg材料的Tg點，Tg點以上樹脂為高彈态，闆件容易在(zài)自重或者烘箱強風作用下變形。

熱風焊料整平：普通闆(pǎn)熱(rè)風焊料整平時(shí)錫爐溫度為225℃~265℃,時間(jiān)為3S-6S。熱風溫(wēn)度為(wéi)280℃~300℃.焊料整平時闆從室(shì)溫進錫爐，出爐後兩分鐘(zhōng)内又進(jìn)行室溫的後處理水(shuǐ)洗。整個熱風焊料(liào)整平(píng)過程為驟熱驟冷過程。由(yóu)于電路闆材料不同，結構又不均勻，在冷熱過程中必然會出(chū)現熱應力(lì)，導緻微觀應變和整體變形翹區。

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存放：PCB闆在半成品階段的(de)存(cún)放一般都堅插在架子中，架子松緊調整的不合适，或者存(cún)放過程中堆疊放闆等都會使闆件産生機械變形。尤其對于2.0mm以下的薄闆影響更為嚴重。

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除以上因素以(yǐ)外，影響PCB變(biàn)形的因素還有很多。

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那麼，如(rú)何(hé)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(dù)」是闆子應力的主要來源，隻要(yào)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，就可以大大地降低闆(pǎn)彎及闆翹的情形發(fā)生。不過可能會有其(qí)他副作用就事了。

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2. 采用高 Tg 的闆材

Tg（基材保持剛性的最高溫度 ( ℃)）就是(shì)材料由玻璃态轉變成橡膠态的溫度，Tg值越低(dī)的材料，表示其闆子進入回焊爐後開始變軟的速度越快，而(ér)且變成柔軟橡膠态的時間也會變長，闆子的變形(xíng)量(liàng)當然就會越嚴重。採用較高Tg的闆材就可以增加其(qí)承受應力變形的能力，但是(shì)相對地材料的價錢也比較高。

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3. 增加電路闆的厚度

許多電子的産品為了達到更輕薄的目的，闆子的厚度已經(jīng)剩下1.0mm、0.8mm，甚至(zhì)作到了0.6mm的厚度，這樣的厚度要(yào)保持(chí)闆子在經過回(huí)焊爐(lú)不變形，真的有點強人所難，建議如果沒有輕(qīng)薄的要求，闆子最好(hǎo)可以使用1.6mm的厚度，可以大大降低闆彎及變(biàn)形的風險。

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4. 減少電路闆(pǎn)的尺寸與減少拼闆的數(shù)量

既然大部分的回(huí)焊爐都採(cǎi)用鍊條來帶(dài)動電路闆(pǎn)前進，尺寸越大的(de)電路闆會因(yīn)為(wéi)其(qí)自身的(de)重量，在回焊爐中凹陷變形，所以盡量(liàng)把電(diàn)路闆的長邊當成闆邊放在回焊(hàn)爐的鍊條上，就可以降低電路闆本身重量所造成的凹陷變形，把拼闆數量降低也是基于(yú)這個理由(yóu)，也就是說過爐的時(shí)候，盡(jìn)量用窄邊垂直過爐方向，可以達到最低的凹陷變(biàn)形(xíng)量。

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5. 使用過爐托盤(pán)治具

如果上述方法都很(hěn)難作到，最後就是使用過爐托盤 (reflow carrier/template) 來降低變形量了，過爐托盤可(kě)以降低闆彎闆翹(qiào)的原因是因為不管是熱脹還是冷(lěng)縮，都希望(wàng)托盤(pán)可以固定住電路(lù)闆等到電路(lù)闆的溫度低于Tg值開始重新變硬之後，還可以維持住園(yuán)來的(de)尺寸。

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

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6. 改用實連接、郵票孔，替代 V-Cut 的分闆使用

既然V-Cut會破壞電(diàn)路闆間(jiān)拼闆的結(jié)構(gòu)強度，那就盡量不要使用V-Cut的分闆(pǎn)，或是降低V-Cut的深度(dù)。

PCB 生産工程(chéng)中的優化(huà)

工程設計研究

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

壓合研究(jiū)

壓合對變形的影響(xiǎng)至關重要，通過合理(lǐ)的參數設置、壓機選(xuǎn)擇和疊闆方式(shì)等可(kě)以有效(xiào)減少應(yīng)力的産生。針對一般的結構對稱的闆件，一般(bān)需要注意壓合時對稱疊闆，并對稱放置工具闆、緩沖材料等(děng)輔助(zhù)工具。同時選擇冷熱一體壓機壓合對減(jiǎn)少熱應力也有明(míng)顯幫助，原因為冷熱分體壓(yā)機在高溫下（GT溫度以上）将闆件(jiàn)轉到(dào)冷壓機，材料在Tg點以上失(shī)壓并快速冷卻會導緻熱應力(lì)迅速釋放産生變形，而(ér)冷熱一(yī)體壓機可(kě)實現(xiàn)熱壓末段降溫，避(bì)免闆件在高溫下失壓。

其他生産流程(chéng)

PCB生産流程中，除壓合(hé)外還有(yǒu)阻焊、字符化以及熱風整平(píng)幾個(gè)高溫處理流程，其中阻焊、字符後的烘闆最高溫度150℃在前文提到過此溫度在普通Tg材料Tg點以上，此時材料為高彈态，容易在外力下變形，所以要避免烘闆時疊闆防(fáng)止下層闆被壓彎，同時要烘闆時保證闆件方向與吹風方向(xiàng)平(píng)行。在熱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(hòu)處理的冷水洗導緻驟冷(lěng)變形。

出貨前校平

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

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