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【干货分享】PCB 板变形原因!不看不知道

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关于 PCB 板的变形,可以从设计、材料、生产过程等几方面来进行分析,这里简单地阐述下,供大家参考。

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设计方面:


(1)涨缩系数匹配性


一般电路板上都会设计有大面积的铜箔来当作接地之用,有时候 Vcc 层也会有设计有大面积的铜箔,当这些大面积的铜箔不能均匀地分佈在同一片电路板上的时候,就会造成吸热与散热速度不均匀的问题,电路板当然也会热胀冷缩,但如果涨缩不能匹配,就会造成不同的应力变化,最终引发变形,这时候,板子的温度如果已经达到了 Tg 值,板子就会开始软化,并在固化后,变成永久的变形。


(2)电路板上各层的连结点(vias,过孔)限制板子涨缩


现今的电路板大多为多层板,而且层与层之间,会有像铆钉一样的连接点(通孔、盲孔、埋孔),在有连结点的地方,会限制板子热涨冷缩的效果,也会间接造成板弯与板翘。


(3)V-cut 的设计会影响拼板变形量


V-cut 很容易成为外力导致 PCB 板变形的元凶,因为 V-cut 就是在原来一大张的板材上切出沟槽来,所以,V-cut 的地方就容易发生变形。


材料方面:


(1)热膨胀系数(CTE)差异


PCB 板,通常采用 FR-4 覆铜板最为板材,而 FR-4 覆铜板由铜箔、介质层组成,而树脂与玻纤布,则构成介质层。不过,通常情况下,不会将树脂与玻纤布在 CTE 上进行区分,而是统一作为介质层进行考量。


因铜箔与介质层的材料不一样,其 CTE 自然不一样,因此在受温度影响时,造成的变化也不一样。当这种变化体现在形变上时,两者之间的差异,则体现为 PCB 板变形。


(2)材料本身的局部差异


关于材料本身的问题,极为复杂,例如厚度不均匀,在此不作深入探讨。


生产过程方面:


PCB 板加工过程的变形原因同样非常复杂,可分为热应力和机械应力导致。其中热应力主要产生于压合过程中,机械应力主要产生板件堆放、搬运、烘烤过程中,下面按流程顺序做简单讨论:


(1)覆铜板来料


覆铜板大多为双面板,结构对称,无图形,铜箔与玻纤布 CTE 相差无几,所以在压合过程中几乎不会产生因 CTE 不同引起的变形。但是,覆铜板压机尺寸大,热盘不同区域存在温差,会导致压合过程中不同区域树脂固化速度和程度有细微差异,同时不同升温速率下的动黏度也有较大差异,所以也会产生由于固化过程差异带来的局部应力。一般这种应力会在压合后维持平衡,但会在日后的加工中逐渐释放产生变形。


(2)压合


压合工序是多层 PCB 板产生热应力的主要流程。与覆铜板压合类似,受固化过程差异带来的局部应力影响,PCB 板由于厚度更厚、图形分布多样、半固化片更多等原因,其热应力也会比覆铜板更多更难以消除。而 PCB 板中存在的应力,在后继钻孔、外形、烘烤等流程中释放,导致板件产生变形。


(3)阻焊、字符等烘烤流程


由于阻焊油墨固化时不能互相堆叠,所以 PCB 板都会竖放在架子里烘板固化,阻焊温度 150℃ 左右,板件容易在自重或者烘箱强风作用下变形。


(4)热风焊料整平


通常在热风焊料整平时,锡炉温度为 225℃~265℃,时间为 3S-6S,热风温度为 280℃~300℃。焊料整平时,板从室温进锡炉,出炉后两分钟内,又进行室温的后处理水洗。整个热风焊料整平过程为骤热骤冷过程。由于电路板材料不同,结构又不均匀,在冷热过程中必然会出现热应力,导致微观应变和整体变形,形成翘曲。


其他方面:


(1)存放


PCB 板在半成品阶段的存放,一般都竖直插在架子中,架子松紧调整的不合适,或者存放过程中堆叠放板等,都会使板件产生机械变形。尤其对于 2.0mm 以下的薄板,影响更为严重。


(2)电路板本身的重量会造成板子凹陷变形


一般回焊炉都会使用链条来带动电路板于回焊炉中的前进,也就是以板子的两边当支点撑起整片板子,如果板子上面有过重的零件,或是板子的尺寸过大,就会因为本身的种量而呈现出中间凹陷的现象,造成板弯。


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