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PCB技術

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PCB翹曲的原因及預防
2020-10-20
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Author:dag      Share


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

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。