PCB技術 - PCB翹曲的原因及預防

PCB翹曲原因分析

(1)PCB本身的重量會導致PCB下沉翹曲

一般回流焊爐在回流焊爐中會用鏈條帶動PCB前進，即以PCB的兩側為支點，支撐整個PCB。如果PCB上有較重的零件或PCB尺寸過大，由於種子量大，中間會出現凹陷，導致板材彎曲。

(2) V-Cut的深度和連接會影響拼圖的翹曲度

基本上，V-Cut是破壞PCB 結構的罪魁禍首，因為V-Cut在原來的大片上開槽，所以V-Cut容易出現翹曲。

(3)壓製材料、結構和圖形對面板翹曲的影響分析

PCB由芯板、預浸料和外層銅箔層壓而成。芯板和銅箔壓在一起時受熱翹曲。翹曲量取決於兩種材料的熱膨脹係數（CTE）；

銅箔的熱膨脹係數（CTE）約為17X10-6；

普通FR-4基材在Tg點Z向CTE為(50~70)X10-6；

TG點以上為(250~350)X10-6，由於玻璃布的存在，X方向CTE一般與銅箔相近。

PCB 翹曲

(4) PCB加工引起的翹曲

PCB加工中翹曲的原因非常複雜，可分為熱應力和機械應力。其中，熱應力主要在壓製過程中產生，機械應力主要在板材的堆垛、搬運和烘烤過程中產生。下面按流程順序簡單討論一下。

來料覆銅板：覆銅板均為雙面pcb，結構對稱，無圖形。銅箔和玻璃布的CTE幾乎相同，因此在壓製過程中幾乎沒有因CTE不同而引起的翹曲。但覆銅板壓機尺寸較大，熱板不同區域存在溫差，在壓製過程中會造成不同區域樹脂固化速度和程度略有差異。同時，不同升溫速率下的動態粘度也有較大差異，因此也會因固化工藝不同而產生局部應力。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，產生翹曲。

壓制：PCB壓製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翹曲。與覆銅板的壓制類似，也會出現因固化過程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預浸料，PCB 比覆銅板具有更大的熱應力，並且更難消除。PCB中的應力在隨後的鑽孔、成型或烤製過程中被釋放，導致電路板翹曲。

阻焊、字符等的烘烤工藝：由於阻焊油墨固化時不能相互堆疊，因此將PCB放置在架子上烘烤板使其固化。阻焊溫度在150℃左右，剛好超過中低Tg材料的Tg點和Tg點。上述樹脂處於高彈性狀態，板子在自重或烘箱中強風的作用下容易發生PCB翹曲。

熱風整平：普通pcb熱風整平時，錫爐溫度225℃~265℃，時間3S-6S。熱風溫度為280℃~300℃。待焊錫整平後，將電路板從常溫放入錫爐，出爐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PCB材料不同，結構不均勻，在冷卻和加熱過程中不可避免地會產生熱應力，導致微觀應變和整體翹曲面積。

存放：PCB在半成品階段的存放一般都是牢固地插在貨架上，貨架鬆緊度調整不當，或者存放過程中板子的堆放會導致板子產生機械翹曲。特別是對於2.0mm以下的薄板，影響更為嚴重。

除了以上因素，影響PCB翹曲的因素還有很多。

防止PCB 翹曲

PCB翹曲對印刷PCB的生產影響很大。翹曲也是PCB生產過程中的重要問題之一。帶元件的PCB焊接後會產生翹曲，元件腳難以整齊。PCB不能安裝在機箱或機器內部的插座上，因此PCB翹曲會影響整個後續過程的正常運行。現階段，印刷PCB進入表面貼裝和芯片貼裝時代，對PCB 翹曲的工藝要求越來越高。所以我們要找到中途幫助翹曲的原因。

1、工程設計：印製板設計時應注意的事項： A、預浸料層間排列應對稱，如六層板，厚度在1-2層和5-6層之間，層數預浸料應相同，否則各層壓制後容易翹曲。B. 多層芯板和預浸料應使用同一供應商的產品。C、外層A面和B面的電路圖案面積應盡量靠近。如果A面是大銅面，B面只有幾條線，這種印製板蝕刻後容易翹曲。如果兩側線的面積相差太大，可以在較細的一側添加一些獨立的網格來平衡。

2、切割前的干燥板：覆銅板切割前乾燥板的目的（150攝氏度，時間8±2小時）是為了去除板中的水分，同時使板中的樹脂完全固化，進一步消除板內殘餘應力。這有助於防止電路板翹曲。目前很多雙面、多層板還堅持切割前或切割後的烘烤步驟。但是板廠也有一些例外。目前的PCB乾燥時間規定也不一致，從4小時到10小時不等。建議根據生產的印製板的等級和客戶對翹曲度的要求來決定。切成一塊板後，烘烤或烘烤後卸下整塊。這兩種方法都是可行的。建議在切割後烘烤面板。內板也應該烘烤。

3、預浸料的經緯向：預浸料層壓後，經緯向收縮率不同，下料和層壓時必須區分經緯向。否則，層壓後容易造成成品板翹曲，即使對烤板施加壓力也難以糾正。造成多層板翹曲的原因很多是層壓時預浸料的經緯向不區分，亂堆放。如何區分經緯度？軋製的預浸料的軋製方向為經向，寬度方向為緯向；對於銅箔板，長邊為緯向，短邊為經向。如果您不確定，

4、層壓後釋放應力：將熱壓和冷壓後的多層板取出，將毛刺剪掉或磨掉，然後平放於150攝氏度的烘箱中4小時，逐步釋放板層內的應力。板並使樹脂完全固化，此步驟不可省略。

5、薄板電鍍時需校直：0.4～0.6mm超薄多層板應採用專用夾輥進行表面電鍍和圖案電鍍。薄板夾在自動電鍍線上的飛母線上後，一個圓棒將整個飛母線上的夾輥串在一起，從而將輥上的所有PCB拉直，使電鍍的PCB不會翹曲。如果沒有這個措施，鍍上20到30微米的銅層後，板材就會翹曲，很難補救。

6、熱風整平後PCB冷卻：熱風整平時印製板受到焊錫槽高溫（約250攝氏度）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。這有利於防止 PCB 翹曲。有的工廠為了提高鉛錫面的亮度，熱風吹平後立即將PCB放入冷水中，幾秒鐘後取出進行後處理。這種冷熱衝擊可能會導致某些類型的 PCB 翹曲。曲，分層或起泡。此外，還可在設備上安裝氣浮床進行冷卻。

7.翹曲PCB的處理：在管理良好的工廠中，印製板在最終檢查時會進行100％的平整度檢查。將所有不合格的PCB挑出來，放入烤箱，150攝氏度重壓烘烤3-6小時，重壓自然冷卻。然後將PCB從壓力中取出並檢查平整度，這樣可以節省部分PCB，有些PCB需要烘烤和壓平兩到三次才能平整。上海華寶氣動整板整板機已被上海貝爾用於修復線路板翹曲。如果不執行上述防翹曲工藝措施，部分PCB 烤壓是無用的，只能報廢。