PCB技術 - 如何避免PCB板翹曲？

PCB翹曲的成因，一個方面是所採用的基板（覆銅板）可能翹曲，但在PCB加工過程中，因為熱應力，化學因素影響，及生產工藝不當也會造成PCB產生翹曲。

所以，對於PCB廠來說，首先是要預防PCB在加工過程中產生翹曲； 再就是對於已經出現翹曲的PCB板要有一個合適、有效的處理方法。

PCB板

一、預防PCB在加工過程中產生翹曲

1、防止由於庫存管道不當造成或加大基板翹曲

1.1、由於覆銅板在存放過程中，因為吸濕會加大翹曲，單面覆銅板的吸濕面積很大，如果庫存環境濕度較高，單面覆銅板將會明顯加大翹曲。 雙面覆銅板潮氣只能從產品端面滲入，吸濕面積小，翹曲變化較緩慢。 所以對於沒有防潮包裝的覆銅板要注意庫房條件，儘量減少庫房濕度和避免覆銅板裸放，以避免存放中的覆銅板加大翹曲。

1.2、覆銅板擺放管道不當會加大翹曲。 如豎放或覆銅板上壓有重物，擺放不良等都會加大覆銅板翹曲變形。

2、避免由於PCB線路設計不當或加工工藝不當造成翹曲

如PCB板導電線路圖形不均衡或PCB板兩面線路明顯不對稱，其中一面存在較大面積銅皮，形成較大的應力，使PCB板翹曲，在PCB制程中加工溫度偏高或較大熱衝擊等都會造成PCB板翹曲。 對於覆板板庫存管道不當造成的影響，PCB廠比較好解决，改善貯存環境及杜絕豎放、避免重壓就可以了。 對於線路圖形存在大面積的銅皮的PCB板，最好將銅箔網格化以减少應力。

3、消除基板應力，减少加工過程PCB板翹曲

由於在PCB加工過程中，基板要多次受到熱的作用及要受到多種化學物質作用。 如基板蝕刻後要水洗、要烘乾而受熱，圖形電鍍時電鍍是熱的，印綠油及印標識字元後要用加熱烘乾或用UV光烤幹，熱風噴錫時基板受到的熱衝擊也很大等等。 這些過程都可能使PCB板產生翹曲。

4、波峰焊或浸焊時，焊錫溫度偏高，操作時間偏長，也會加大基板翹曲。 對於波峰焊工藝的改進，需電子組裝廠共同配合

由於應力是基板翹曲的主因，如果在覆銅板投入使用前先烘板，多家PCB廠都認為這種做法有利於减少PCB板的翹曲。 烘板的作用是可以使基板的應力充分鬆弛，因而可以减少基板在PCB制程中的翹曲變形。

烘板的方法是：有條件的PCB廠是採用大型烘箱烘板。 投產前將一大疊覆銅板送入烤箱中，在基板玻璃化溫度附近溫度下將覆銅板烘烤若干小時到十幾小時。 用經過烘板的覆銅板生產的PCB板，其翹曲變形就比較小，產品的合格率高了許多。 對於一些小型PCB廠，如沒有那麼大型的烘箱可以將基板切小後再烘，但烘板時應有重物壓住板，使基板在應力鬆弛過程能保持平整狀態。 烘板溫度不宜太高，過高溫度基板會變色。 也不宜太低，溫度太低需很長時間才能使基板應力鬆弛。

二、PCB翹曲整平方法

1、在PCB制程中將翹曲的板及時整平

在PCB制程中，將翹曲度比較大的板挑出來用輥壓式整平機整平，再投入下一工序。 不少PCB廠認為這一做法對於减少PCB成品板翹曲比例是有效的。

2、PCB成品板翹曲整平法

對於已完工，翹曲度明顯超差，用輥壓式整平機無法整平的PCB板，有些PCB廠將它放入小壓機中（或類似夾具中），將翹曲的PCB板壓住幾個小時到十幾小時進行冷壓整平，從實際應用中觀察，這一作法效果不十分明顯。 一是整平的效果不大，另就是整平後的板很容易反彈（即恢復翹曲）。

也有的PCB廠將小壓機加熱到一定溫度後，再對翹曲的PCB板進行熱壓整平，其效果較冷壓會好一些，但壓力如太大會把導線壓變形； 如果溫度太高會產生松香水變色其至基變色等等缺陷。 而且不論是冷壓整平還是熱壓整平都需要較長時間（幾個小時到十幾個小時）才能見到效果，並且經過整平的PCB板翹曲反彈的比例也較高。 有沒有更佳的整平方法呢？

PCB板

3、翹曲PCB板弓形模具熱壓整平法

根據高分子材料力學性能及多年工作實踐，本文推薦弓形模具熱壓整平法。 根據要整平的PCB板的面積作若干付很簡單的弓形模具，這裡推二種整平操作方法。

3.1、將翹曲的PCB板夾入弓形模具中放入烘箱烘烤整平法：

將翹曲PCB板翹曲面對著模具弓曲面，調節夾具螺絲，使PCB板略向其翹曲的相反方向變形，再將夾有PCB板的模具放入已加熱到一定溫度的烘箱中烘烤一段時間。 在受熱條件下，基板應力逐漸鬆弛，使變形的PCB板恢復到平整狀態。 但烘烤的溫度不宜太高，以免松香水變色或基板變黃。 但溫度也不宜過低，在較低的溫度下要使應力完全鬆弛需要很長時間。

通常可用基板玻璃化溫度作為烘烤的參攷溫度，玻璃化溫度為樹脂的相轉變點，在此溫度下高分子鏈段可以重新排列取向，使基板應力充分鬆弛。 因些整平效果很明顯。 用弓形模具整平的優點是投資很少，烘箱各PCB廠都有，整平操作很簡單，如果翹曲的板數比較多，多做幾付弓形模具就可以了，往烘箱裏一次可以放幾付模具，而且烘的時間比較短（數十分鐘左右），所以整平工作效率比較高。

3.2、先將PCB板烘軟後再夾入弓形模具中壓合整平法：

對於翹曲變形比較小的PCB板， 可以先將待整平的PCB板放入已加溫到一定溫度的烘箱中 （溫度設定可參照基板玻璃化溫度及基板在烘箱中烘烤一定時間後，觀察其軟化情况來確定。通常玻纖布基板的烘烤溫度要高一些，紙基板的烘烤溫度可以低一些；厚板的烘烤溫度可以略高一些，薄板的烘烤溫度可以略低一些；對於已噴了松香水的PCB板的烘烤溫度不宜過高。）烘烤一定時間， 然後取出數張到十幾張，夾入到弓形模具中，調節壓力螺絲，使PCB板略向其翹曲的反方向變形，待板冷卻定型後，即可卸開模具，取出已整平的PCB板。

有些用戶不甚瞭解基板的玻璃化溫度。 這裡推薦烘烤參攷溫度，紙基板的烘烤溫度取110℃~130℃，FR-4取130℃~150℃。 整平時，對所選取的烘烤溫度及烘烤時間作幾次小試驗，以確定整平的烘烤溫度及烘烤時間。 烘烤的時間較長，基板烘得透，整平效果較好，整平後PCB板翹曲回彈也較少。

經過了弓形模具整平的PCB板翹曲回彈率低； 即使經過波峰焊仍能基本保持平整狀態； 對PCB板外觀色澤影響也很小。

PCB板翹曲是PCB廠極為頭痛的事，它不僅降低了成品率，而且影響了交貨期。 如果採用弓形模具熱整平，並且整平工藝合理、合適，就能將翹曲的PCB板整平，解决交貨期的困擾。