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PCB技術

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PCB板變形危害這麼大,PCB板為什麼會翹曲?
2020-09-12
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Author:ipcb      Share


PCB板變形的危害

在自動表面貼裝線中,如果電路板不平整,會造成定位不准確,元件無法插入或安裝到板孔和表面貼裝焊盤,甚至會導致自動插裝機崩潰。帶有元件的電路板焊接後彎曲,因此很難修剪元件引腳。板子不能安裝在機箱或機器內的插座上,所以組裝廠也很擔心板子翹曲。目前,表面貼裝技術正朝著高速化、智能化方向發展,這對作為各種元器件之家的PCB板提出了更高的平整度要求。

IPC標準中特別指出,貼片PCB板的允許變形量為0.75%,不貼片的PCB板允許變形量為1.5%。事實上,一些電子組裝廠商為了滿足高速、高速貼裝的需要,對變形有更嚴格的要求。比如我們公司有幾個客戶要求允許變形量為0.5%,甚至個別客戶要求0.3%。

PCB板由銅箔、樹脂、玻璃布等材料組成。每種材料的物理和化學性質都不同。壓合在一起後,不可避免地會產生殘餘熱應力而導致變形。同時,在PCB加工過程中,高溫、機械切割、濕處理等工藝也會對PCB的變形產生重要影響。總之,PCB變形的原因複雜多樣。如何減少或消除不同材料特性或加工引起的變形,成為PCB廠商面臨的複雜問題之一。


PCB板 變形原因分析

PCB板的變形需要從材料、結構、圖形分佈、加工工藝等方面進行研究,本文將對變形的各種原因及改進方法進行分析闡述。

電路板上不均勻的銅表面區域會加劇彎曲和翹曲。

一般電路板都會設計大面積的銅箔接地,有時VCC當這些大面積的銅箔不能均勻分佈在同一塊電路板上時,就會造成吸熱散熱不均的問題。當然,電路板也會受熱膨脹和收縮。如果不能同時實現膨脹和收縮,就會產生不同的應力和變形。這時,如果板子的溫度已經達到TG值,板子就會開始軟化,導致變形。

電路板上每一層的過孔(vias)都會限制電路板的膨脹和收縮。

現在大多數電路板都是多層板,層與層之間有鉚釘狀的連接點(過孔)。連接點分為通孔、盲孔和埋孔。有連接點的地方,板子伸縮的作用就會受到限制,間接造成板子的彎曲和翹曲


PCB板 變形的原因如下

(1)電路板本身的重量會導致電路板下垂變形

一般焊錫爐會用鏈條帶動電路板在焊錫爐內向前移動,即以電路板的兩側為支點支撐整塊電路板。如果板子上有較重的零件,或者板子的尺寸過大,由於自身的種子量,會出現中間凹陷的現象,導致板子彎曲。

(2) V-CUT和連接條的深度會影響面板的變形

基本上,V-CUT是破壞板結構的罪魁禍首,因為V-CUT是在原來的大片板材上開槽,所以V-CUT的地方容易變形。

2.1 層合板材料、結構和圖形對板變形的影響分析

PCB板由芯板、半固化片和外層銅箔組成。芯板和銅箔的變形取決於兩種材料的CTE;

銅箔的CTE約為17x10-6;

FR-4基板在Z方向的CTE在TG點為(50~70)×10-6;

在Tg點以上為(250~350)x10-6,由於玻璃布的存在,X方向的CTE與銅箔相似。


造成的變形 PCB板 加工

PCB變形的原因非常複雜,可分為熱應力和機械應力。熱應力主要在壓製過程中產生,機械應力主要在堆疊、搬運和烘烤過程中產生。下面按流程順序簡單討論一下。

覆銅板:覆銅板均為雙面板,結構對稱,無圖形。銅箔與玻璃布的CTE幾乎相同,因此在壓製過程中不會產生因CTE不同而引起的變形。但由於覆銅板壓機尺寸較大,且熱板不同區域的溫差不同,在壓合過程中,不同區域的樹脂固化速度和程度會略有不同。同時,不同升溫速率下的動態粘度也有較大差異,因此也會產生因固化工藝不同而引起的局部應力。一般這種應力在壓制後會保持平衡,但在以後的加工中會逐漸釋放並產生變形。

層壓:PCB層壓過程是產生熱應力的主要過程。上一節分析了不同材料或結構引起的變形。與覆銅板類似,也會產生因固化工藝不同而引起的局部應力。由於更厚的厚度、多樣化的圖案分佈和更多的半固化芯片,PCB的熱應力比CCL更難消除。PCB板中的應力在隨後的鑽孔、成型或燒烤過程中釋放,導致板的變形。

阻焊、字符烘烤工藝:由於阻焊油墨在固化過程中不能相互堆疊,因此PCB板將垂直放置在架子上進行固化。阻焊溫度150℃左右,剛好超過中低Tg材料的TG點。Tg點以上的樹脂處於高彈性狀態,板材在自重或烘箱大風的作用下容易變形。

熱風整平:錫爐溫度225℃~265℃,時間3s-6s。熱風溫度為280℃~300℃。焊錫整平後,將板材從常溫送入錫爐,出料後兩分鐘內進行常溫後處理水洗。整個熱風整平過程是一個突然的加熱和冷卻過程。由於電路板的材料不同,結構不均勻,在冷熱過程中難免會出現熱應力,從而產生微應變和整體變形翹曲區。

存放:半成品階段的PCB板一般牢固地插在貨架上。存放時貨架鬆緊度調整不當或板材堆放不當,都會造成板材機械變形。特別是對於小於2.0mm的板材,影響更為嚴重。


除了以上因素外,影響PCB變形的因素還有很多。

預防 PCB板 翹曲

印刷電路板的翹曲對印刷電路板的生產有很大的影響。翹曲也是電路板生產過程中的重要問題之一。帶元件的板子焊接後彎曲,元件腳難以整齊。電路板不能安裝在機箱或機器內的插座上,因此電路板的翹曲會影響整個後續過程的正常運行。目前,印刷電路板已進入表面貼裝和芯片安裝時代,對PCB翹曲度的要求越來越高。所以我們需要找出為什麼半路Gang會翹曲。

1、工程設計:PCB設計注意事項:層間預浸料的排列要對稱,例如1-2層和5-6層的厚度和預浸料的片數要一致,否則層壓後容易翹曲。B、多層芯板和預浸料應使用同一供應商的產品。C.外A面和B面的電路圖面積應盡量接近。如果A面是大銅面,B面只有幾根導線,蝕刻後的印製板很容易翹曲。如果兩側的線面積差太大,可以在稀疏的一側增加一些獨立的網格來平衡。

2、裁板前烘乾:覆銅板下料前烘乾(150℃8±2小時)的目的是去除板材中的水分,同時使板材中的樹脂完全固化,進一步消除板內殘餘應力,有助於防止板翹曲。目前很多雙面、多層板還堅持下料前或下料後的烘烤步驟。但是,在一些板廠中也有一些例外。目前各個PCB廠的干燥時間並不一致,從4小時到10小時不等。建議根據生產的印刷電路板的等級和客戶的翹曲要求來確定乾燥時間。這兩種方法都是可行的,建議將板子切開晾乾。

3、預浸料的經緯向:層壓後經緯向收縮率不同,因此在下料和層壓時必須區分經緯向。否則很容易造成貼合後成品板翹曲,即使對烘板加壓也難以糾正。造成多層板翹曲的原因很多是層壓時預浸料的經緯向分不清,亂堆放造成的。如何區分經度和緯度?對於銅箔,長邊是緯度,短邊是經度。如果不確定,請聯繫製造商或供應商。

在烘箱中研磨樹脂 4 小時後,在 4 攝氏度後消除層壓板的應力。

5、電鍍時必須將薄板校直:當採用0.4~0.6mm超薄多層板進行板面電鍍和圖文電鍍時,應製作專用夾輥。薄板夾在自動電鍍線上的飛車上後,整個飛車上的夾輥應與圓桿連接,將滾輪上的所有板材校直,使電鍍後的板材不變形. 如果沒有這樣的措施,電鍍20-30微米的銅層後薄板會彎曲,很難補救。

6、熱風整平後的電路板冷卻:PCB在熱風整平過程中受到焊錫槽高溫(約250℃)的影響。取出後應放在平整的大理石或鋼板上自然冷卻,然後送後處理機清洗。這有利於電路板的防翹曲。一些工廠為了提高鉛錫表面的亮度,熱風整平後立即將板放入冷水中,幾秒鐘後取出進行後處理。一熱一冷的影響可能會導致某些類型的板材發生翹曲、分層或起泡。此外,可在設備上安裝氣浮床進行冷卻。

7、翹曲板處理:在管理有序的工廠,最終檢驗對印製板進行100%平整度檢驗。將所有不合格的板材挑出放入烘箱,150℃重壓乾燥3-6小時,重壓自然冷卻。然後通過洩壓取出板並檢查平整度。這樣可以節省一些板子。有些木板需要晾乾壓兩三次才能平整。上海華寶代理的氣動板翹矯直機已被上海貝爾使用,在修復PCB翹曲方面有很好的效果。如果不執行上述防翹曲工藝措施,有些板子就沒有用了,只能報廢。