PCB闆為何會翹曲，翹曲變形的危害又有哪些(xiē)呢？

PCB闆變形的危害

在自動化(huà)表面貼裝線上，電路闆若不平整，會引(yǐn)起定位不準，元器件無法插裝或貼裝到闆子的孔和(hé)表面貼裝焊盤上，甚至會撞壞自動插裝機。

裝上元器件的電路闆焊(hàn)接後發生(shēng)彎曲，元件腳很難剪平整(zhěng)齊。闆子也無法裝到機箱(xiāng)或機内的插座上，所以，裝(zhuāng)配廠碰到闆翹同樣是十分煩惱。

目(mù)前的表面貼裝技術(shù)正在(zài)朝着高精度、高速度、智能化方向發(fā)展，這就對做為各種元器件家(jiā)園的 PCB 闆提出了更(gèng)高的平(píng)整度要求。

在 IPC 标準中特别(bié)指出帶有表面貼裝器件的 PCB 闆允許的(de)變(biàn)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(jì)上，為滿足高精度和高速度貼裝的(de)需求，部分電子裝聯廠家對變形量的要求更加嚴格，如有要求允(yǔn)許的(de)變形量為 0.5%，甚至有個别要求百分之(zhī)零點三。

PCB 闆由銅箔、樹脂、玻璃布等材料組成，各材料物理和化學性能均(jun1)不(bú)相同，壓合在一起後必然會産生(shēng)熱應力殘留，導緻變形。

同時在 PCB 的加(jiā)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(xíng)産生重要影響，總之可以導緻(zhì) PCB 闆變形的原因複雜多樣，如何減少或消除由于(yú)材料特(tè)性不同或者加工引(yǐn)起的(de)變形，成為 PCB 制造商面臨的複雜(zá)問題之一(yī)。

PCB闆變形産生原(yuán)因分(fèn)析

PCB 闆的變形需要從材料(liào)、結構、圖形分布、加工制程等幾個方面進行研究，文章将對可(kě)能(néng)産生(shēng)變形的各種原因(yīn)和改(gǎi)善方法(fǎ)進行分析和闡述。

電路闆上的鋪銅面面積不均勻，會惡(è)化闆彎(wān)與闆翹。

一般電路闆上都會設計有大面(miàn)積的銅箔來當作接地之(zhī)用，有時候 Vcc 層也會有設計有大面積的(de)銅箔，當(dāng)這些大面積的銅箔(bó)不能均勻(yún)地分佈在同一片電路闆上的(de)時候(hòu)，就會造成吸熱與散熱速度不均勻的問題。

電路闆當然也會(huì)熱脹冷縮，如果漲縮不能同時就會造成不同的應力而(ér)變形，這時候闆子的溫度如果已經達到(dào)了 TG 值的上(shàng)限，闆子就(jiù)會開始軟化，造(zào)成的變形(xíng)。

電路(lù)闆上各層的(de)連結點（vias，過孔）會限(xiàn)制闆子漲縮 。

現今的電路闆大多為多層(céng)闆，而且層與層之間(jiān)會有向鉚(mǎo)釘一樣的連(lián)接(jiē)點（vias），連結點又分為通(tōng)孔、盲孔與埋孔，有連結(jié)點的(de)地方會限制闆子漲冷縮的(de)效果，也會間接造成闆彎與闆翹。

PCB 闆(pǎn)變形(xíng)的原因：

（1）電路闆本身的重量會造成闆子(zǐ)凹陷變形

一般回焊爐都會使(shǐ)用鍊條來帶動電路(lù)闆于回焊(hàn)爐中的(de)前進，也就是以闆子的(de)兩邊當支點撐(chēng)起整片闆子。

如果闆子上面有過重的零件，或是闆子的尺寸過大，就會因為(wéi)本身的種量而呈現(xiàn)出中間凹陷的現象，造(zào)成(chéng)闆彎。

（2）V-Cut 的深淺及(jí)連接條會(huì)影響拼闆變形量

基本上 V-Cut 就是破壞闆子結構的元(yuán)兇，因為 V-Cut 就是在原來一大張的闆(pǎn)材上(shàng)切出溝槽來，所以(yǐ) V-Cut 的地(dì)方就容易發生變形。

壓合材(cái)料、結構、圖形對闆件變形的響分(fèn)：

PCB 闆由(yóu)芯闆和半固化片以及外層銅箔壓合而成，其中芯闆與銅箔在壓合時受熱(rè)變形，變形量(liàng)取決于兩種材料(liào)的熱膨脹(zhàng)系數（CTE）。

銅箔的熱膨脹(zhàng)系數（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(cún)在，一般與銅箔類似。

PCB闆加工過程中引起的變形

PCB 闆加工過程的變(biàn)形原因非常複雜可分為熱應力和機械應力兩種應力導緻。

其中熱應(yīng)力主要産生(shēng)于(yú)壓合過程中，機械應力主要産生闆件堆放、搬運、烘烤過程中。下面按流(liú)程順序(xù)做簡單讨論。

1. 覆銅(tóng)闆來料：

覆(fù)銅闆均為雙面闆，結(jié)構對稱，無圖形，銅箔與玻璃布 CTE 相差無幾，所以在壓(yā)合過程中幾乎不會産生(shēng)因 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，會導緻壓(yā)合過程中不同區域樹脂固化速度(dù)和程度有細微差異，同(tóng)時不同升溫速率下的動黏度也有較大差異，所(suǒ)以也會産生由(yóu)于(yú)固化過程差異帶來的(de)局部應力。

一般(bān)這種應力(lì)會在(zài)壓合後維持平衡，但(dàn)會在日後(hòu)的加工中逐漸釋放産生變形(xíng)。

2. 壓合：

PCB 壓合(hé)工序是(shì)産生熱應力(lì)的主(zhǔ)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(hòu)度更厚、圖形分布多樣、半固化片更(gèng)多等原因(yīn)，其熱應力(lì)也會比覆(fù)銅闆(pǎn)更多更難消除。

而 PCB 闆中存(cún)在的應力，在後繼鑽孔、外形或者燒烤等流程中釋放，導緻闆件産生變形。

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 闆都會豎放在(zài)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=G 點，TG點以上樹脂為高彈态，闆件容易在自重或者烘箱強風作用下變形。

4. 熱(rè)風焊料整平：

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

焊料整平時闆從室溫進錫爐，出爐後兩分鐘(zhōng)内又(yòu)進行室溫的(de)後處理(lǐ)水洗。整個熱風焊料整平過程為驟熱(rè)驟冷過程。

由于電路闆(pǎn)材(cái)料不同，結構又不均(jun1)勻，在冷熱過程(chéng)中必(bì)然(rán)會出現熱應力(lì)，導緻微(wēi)觀應變(biàn)和整體變形翹(qiào)區。

5.存放：

PCB 闆在半成(chéng)品階段的存放一般都堅插在架(jià)子中，架子松緊調整(zhěng)的不合适，或者存放過程中堆疊放(fàng)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(zhòng)。

除以(yǐ)上因素以外，影響 PCB 闆變形(xíng)的因素還有很多。

PCB闆翹曲變形的預防

電(diàn)路闆翹曲對印制電路闆的制作影響是非常大的，翹曲也是電路闆制作過程中的重要問題之一(yī)，裝上元(yuán)器件的闆(pǎn)子焊接後發生彎曲，組(zǔ)件腳很難整齊。

闆子也無法裝到機箱(xiāng)或機内的插座上，所(suǒ)以，電路闆(pǎn)翹曲(qǔ)會影響到整個後序工藝的正常運作。

現階段印制電路(lù)闆已進入到表面安裝和芯片安裝的時代，工藝對電(diàn)路闆翹曲的要求(qiú)可謂是越來越高。所以我們(men)要(yào)找到半路幫翹曲的(de)原因。

1. 工程設計：

印制闆設計時應注意事項：

A. 層(céng)間半(bàn)固(gù)化片的排列應(yīng)當對稱，例如(rú)六層闆，1～2 和 5～6 層間的厚度和半固化片的張數應當一緻，否(fǒu)則層(céng)壓後容易翹曲。

B. 多層闆芯闆(pǎn)和半固化片(piàn)應使用同一供應商的産品。

C. 外層 A 面和 B 面的線(xiàn)路圖形面積應盡量接近。若 A 面為大銅面(miàn)，而B面隻走幾根線，這種印制(zhì)闆在(zài)蝕刻後就很容易翹曲。如果兩面的線路面積相差太(tài)大，可在稀(xī)的一面加一些單獨的網格，以作平衡。

2. 下料前烘闆：

覆銅闆下料前烘闆（150 攝氏度，時間 8±2 小時）目的是去除闆内的水分，同時使闆材内的樹(shù)脂完全固化，進一步消除闆材中剩餘的應力，這對(duì)防止闆翹曲是有(yǒu)幫助的。

目前，許多雙面、多(duō)層闆仍堅持下(xià)料前或(huò)後烘闆這一步驟。但也有部分闆材廠例外，目前各 PCB 廠烘闆(pǎn)的時間規定也不一緻，從 4－10 小時都有，建議根據生産的印(yìn)制闆的檔次和客戶對翹曲度的要求來決定。

剪成拼闆後烘還是整(zhěng)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(yì)應烘闆。

3. 半固化片的經緯(wěi)向：

半固化片層壓後經向(xiàng)和緯向收縮率(lǜ)不一樣，下料和叠(dié)層時必須分清經向和緯向。否則，層壓後很容易(yì)造成成品闆翹曲，即(jí)使加壓力烘闆亦很難糾(jiū)正。

多層闆翹曲的(de)原因，很多就是層壓時半固(gù)化片的經(jīng)緯向沒分清，亂叠(dié)放而造成的。

如何區分經緯(wěi)向？成卷的半固(gù)化片卷起的方向是經向，而寬(kuān)度方向是緯向；對銅(tóng)箔闆來說長邊時緯向，短(duǎn)邊是經向，如不能确定可向生産商或供應商查詢。

4. 層壓後除應(yīng)力 ：

多層闆在完成熱壓冷壓(yā)後取出，剪或銑掉毛邊(biān)，然後平放(fàng)在烘箱内 150 攝氏度烘 4 小時，以使闆内的(de)應力逐漸釋放并使樹脂完(wán)全固化，這一步驟(zhòu)不可省略。

5. 薄闆(pǎn)電鍍時需要拉直：

0.4～0.6mm 超薄多層闆作闆面電(diàn)鍍和圖形電(diàn)鍍時應制作特殊的夾(jiá)輥，在自動電鍍線上的(de)飛巴上(shàng)夾上薄闆後(hòu)，用一(yī)條(tiáo)圓棍把整條飛(fēi)巴上的夾輥串起來，從而拉直輥上(shàng)所有的闆(pǎn)子，這樣電鍍後的闆子就(jiù)不會變形。

若無此措(cuò)施，經電鍍二三十微米的銅層後，薄(báo)闆會彎曲，而且難以補救。

6. 熱風整(zhěng)平後闆子的冷卻(què)：

印制闆熱風整平時(shí)經焊錫槽（約 250 攝氏度）的高溫沖(chòng)擊(jī)，取出後應放到平整的大理石或鋼闆上自(zì)然冷卻，在(zài)送至後處理機作清洗。這樣對闆子(zǐ)防翹曲很(hěn)有好處。

有的工廠為增強鉛錫表面(miàn)的亮度，闆子熱(rè)風整平後馬上投入冷水(shuǐ)中，幾(jǐ)秒鐘後取出在(zài)進行後處理，這(zhè)種一熱一(yī)冷的沖擊，對某些型号的闆子很可能産生翹曲，分層或起泡。

另外設(shè)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(de)工廠，印制闆在終檢驗時會作(zuò) 100％的平整度檢查。凡不合格的闆子都将挑出來，放到烘箱内，在(zài) 150 攝氏度(dù)及重壓下烘 3～6 小時，并在重壓下自(zì)然冷卻。

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

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