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PCB板变形 pcb板变形的原因

时间:2022-04-29 10:33:44 来源:PCBA 点击:0

PCB板变形 pcb板变形的原因

PCB板经过回流焊接的话,板弯曲板容易发生弯曲,严重的情况下有时会造成元件的空焊和立碑等,怎么克服才好呢。

一、PCB板变形的危害

在自动化的表面粘贴线中,电路板如果不平坦,定位可能会不合适,导致元设备无法插入或粘贴到板孔或表面粘贴垫上,导致自动插入机破损。上元安装了设备电路板在焊接后弯曲,元件脚很难变平。板也不能安装在机箱和机内的插座上,PCBA组装工厂遇到板翘也很烦恼。当前的表面粘贴技术正在朝着高精度、高速度、智能化的方向发展,这作为各种元设备的家PCB板提出了更高平坦度的要求。

在IPC标准中,特别表示具有表面粘贴装置PCB板的容许最大变形量为0.75%,无表面粘贴PCB板容许最大变形量为1.5%。实际上,为了满足高精度和高速度粘贴的需求,一部分电子装配厂商对变形量的要求更为严格,例如我们公司允许多个客户的最大变形量为0.5%,一部分顾客为0.3%。

PCB板由铜箔、树脂、玻璃布等材料构成,各材料的物理性腐蚀63?化学性质不同,压接时必然产生热应力残留,导致变形。同时PCB在加工过程中,经过高温、机械切削、湿处理等各种工序,对板材的变形也产生重要影响,总之PCB板变形的原因复杂多样,材料特性的差异和加工的变形如何减少或消除PCB成为制造商面临的最复杂的问题之一。

二、PCB板变形发生原因分析

PCB板的变形需要从材料、结构、图形分布、加工过程等几个方面进行研究,本文分析和描述可能发生变形的各种原因和改善方法。

电路板上的铜铺面面积不均匀时,板的弯曲和板的翘曲会恶化。

一般来说电路板作为接地用设计有大面积的铜箔,但是Vcc层也有设计有大面积的铜箔的情况,如果这些大面积的铜箔不能均匀分布在同一片电路板上,则存在吸热和散热速度不均匀的问题电路板当然热胀冷缩上升和缩小同时由于不同的应力而变形,此时,当板的温度达到Tg值的上限时,板开始软化,导致永久性的变形。

电路板上各层的连接点(vias,过孔)限制板的增缩。

现在的电路板大多是多层板,而且层和层之间有铆接那样的连接点(vias),连接点被分成通孔、盲孔和埋孔,在有连接点的地方板的膨胀和冷缩的效果受到限制,间接地造成板的弯曲和板的弯曲。

PCB板变形的原因:

(1)电路板板因其重量而凹陷变形

一般回焊炉使用链条牵引电路板的回焊炉中的前进。也就是说,以板的两侧为支点支撑整个板,板上是否有过重的部件,板的尺寸过大时,根据自己的种子量出现中间凹进去的现象,板就会弯曲。

(2)V-Cut的深度和连接条影响贴片变形量

基本上是V-Cut破坏板结构的元凶,V-Cut因为将槽切向原来的大的板材,所以V-Cut的地方容易变形。

1、压接材料、结构、图形对板材变形的影响分析

PCB板被芯板和半固化片以及外层铜箔压接,芯板以及铜箔在压接时发生热变形,变形量取决于两个材料的热膨胀系数CTE。

铜箔的热膨胀系数CTE为17X10-6左右。

另一方面,一般?4根材是Tg点Z方向CTE是(50~70)X10?6。

Tg点以上是(250~350)X10-6,因为X方向CTE存在玻璃布,所以一般与铜箔类似。

Tg关于点的注释:

高Tg印制电路板当上升到有温度的区域时,基板会;玻璃状rdquo;转换成ldquo橡胶状rdquo;此时的温度被称为该板的玻璃化温度Tg。即,Tg是基材保持刚性的最高温度(℃)。即,通常PCB的基板材料在高温下不仅会产生软化、变形、熔融等现象,而且也会出现机械、电特性的急剧下降。

一般来说Tg的板材在130度以上,高Tg在170度以上,中度Tg在150度以上。

通常Tgge;170℃的PCB印制电路板称为高Tg印制电路板。

基板的Tg提高后,印制电路板的耐热性、耐湿性、耐化学性、耐稳定性等特征得到改善。Tg值越高,板材的耐温度性能越好,尤其是在无铅工艺中,高Tg应用越多。

高Tg表示高耐热性。随着电子工业的飞跃发展,特别是以计算机为代表的电子产品,为了实现高功能化、高多层化的发展,需要以PCB基板材料的较高耐热性为重要保证。由于SMT、CMT所代表的高密度安装技术的出现和发展,在PCB小孔径、精细线路化、薄型化中,基板的高耐热性的支持越来越不可或缺。

因此,一般的FR-4和高Tg的FR-4的区别在热状态,特别是吸湿后受热时,该材料的机械强度、尺寸稳定性、粘接性、吸水性、热分解性、热膨胀性等各种情况下有差异,高Tg产品明显优于一般的PCB基板材料。

这里,由于内层图案的膨胀与图案分布芯板厚度或材料特性不同,所以在图案分布与芯板厚度或材料特性不同的情况下,在图案分布相对均匀的情况下,材料类型一致,不会发生变形。PCB板层压在结构不对称或图案分布不均匀的情况下,不同芯板的CTE差变大,在压缩中产生变形。其变形机制可以用以下原理来说明。

完结篇A芯板CTE1.5X10?假设5/°C、芯板均具有1000mm长度的两个CTE的巨大差异芯板以半固化片压接。当压接过程作为粘合剂的半固化片发挥作用时,2张芯板经过软化、流动、填充模式、硬化3个阶段被粘合。

图1是通常FR-4树脂以不同的升温速度的动粘底曲线,一般来说,材料从90℃左右开始流动,达到Tg点以上开始架桥硬化,硬化前半部分固化片是自由状态,此时芯板和铜箔在受热后处于自由膨胀状态其变形量分别根据CTE和温度变化而有价值。

模拟压缩条件,将温度从30°C提高到180°C

此时,两个芯板变形量分别是:

△LA=(180℃~30℃)x1.5X10-5m/℃X1000mm=2.25mm

△LB=(180℃~30℃)X2.5X10-5M/℃X1000mm=3.75mm

此时,半硬化还处于自由状态,两个芯板都很短,相互不干涉,没有发生变形。

如图2所示,压接时在高温下保持一定时间,直到半硬化完全硬化为止,树脂处于硬化状态,不能随意流动,两个芯板结合。当温度降低时,在没有层间树脂的束缚的情况下,芯板返回到初始长度,不产生变形,但实际上2张芯板被高温硬化的树脂粘合,在温度降低中不能随意收缩,A芯板应收缩3.75mm,实际若比2.25mm大收缩,则受到A芯板的阻碍为了达成2芯板之间的受力平衡,B芯板不能收缩到3.75mm,另一方面,A芯板的收缩比2.25mm大,如图2所示,板整体向B芯板方向弯曲。

不同CTE芯板压接中的变形的概略

从上述分析可知,PCB板的层压结构、材料类型是否已经图案分布均匀,直接影响不同芯板以及铜箔之间的CTE差,压接过程中的上升差由半固化片的固接过程保持,最终形成PCB板的变形。

2、PCB板加工中的变形

PCB板加工过程的变形原因非常复杂,分为热应力和机械应力两个应力。其中热应力主要发生在压接过程中,机械应力主要发生在板材的堆积、搬运、烧结过程中。以下,按流程简单讨论。

覆铜板材:覆铜板都是双层板,结构对称,无图形,铜箔与玻璃布CTE大致相同,因此压接过程中不会因CTE的差异而产生变形。但是,覆铜板压板尺寸大,在热盘的不同区域有温度差,在压接过程中与不同区域的树脂硬化速度在程度上有细微的差,并且由于升温速度引起的运动粘度也有较大的差,所以也产生硬化过程的差局部应力。一般来说,该应力在压接后维持平衡,但在日后的加工中逐渐放出并变形。

压接:PCB压接工序是生成热应力的主要流程,材料和构造的不同导致的变形请参照前一节的分析。覆铜与板的压接同样,也会产生硬化过程的不同局部应力,PCB板厚度厚,图案分布多样,半固化片变多等理由,比热应力板去除困难。另一方面,PCB板中存在的应力通过后续的钻头、外形或烧烤等流程被释放,导致板材变形。

防止焊接、文字等烘烤工艺:阻焊油墨由于固化时不能相互重叠,PCB板均竖立在架子上固化烘烤板,防止焊接温度在150℃左右,正好超过了中低Tg材料的Tg点,Tg点以上的树脂处于高弹性状态板材容易因自重或烤箱强风而变形。

热风焊接材料整平:普通板热风焊接材料整平时的锡炉温度为225°C~265°C,时间为3S-6S。热风温度在280℃~300℃。焊田整平板从室温进入锡炉,在炉出后2分钟内进行室温后处理水洗。热风焊接整体的平坦化过程是骤热骤冷过程。电路板由于材料不同,结构不均匀,在冷热过程中必然出现热应力,导致微失真和整体变形弯曲区域。

保管:PCB板半成品阶段的保管一般会牢固地插入架子上,如果架子的松动调整不合适,或者在保管中重叠放板等,板材会发生机械变形。特别是对2.0mm以下的薄板产生了更严重的影响。

除以上因素以外,影响变形的因素也很多。

三、PCB板预防弯曲变形

电路板弯曲对印制电路板的制作有很大的影响,弯曲也是电路板制作过程中的重要问题之一,上元安装了设备的板在焊接后弯曲,组装脚不容易整齐。由于金属板不能安装在机架或机内的插座上,电路板弯曲会影响整个后工序的正常动作。现阶段印制电路板进入了表面实现和芯片实现的时代,对过程的弯曲的要求越来越高。所以我们必须在中途找出弯曲的原因。

1.工程设计:印制电路板设计时的注意事项:A.层间半固化片的排列是对称的,例如六层板,1~2和5~6层之间的厚度和半固化片的张数必须一致。不那样做的话层压之后容易弯曲。B.多层板芯板和半固化片应使用同一供应商的产品。C.外层A面和B面的线路图案面积必须尽量接近。如果A面是铜面,B面只走几条线,则该印制电路板在蚀刻后容易弯曲。如果双面的线路面积差太大,可以在薄的面上加入独立的网状物来保持平衡。

2.基底前烘烤板:覆铜基底前烘烤板(150℃,时间8plusmn;2小时)的目的是除去板内的水分,并使板内的树脂完全硬化,进一步去除板中的残余应力,这有助于防止板的翘曲。目前,很多双面多层板在供应材料之前或之后继续进行烘烤板的工序。但是,一部分板材工厂是例外,现在各PCB工厂的烘烤板的时间规定也不一致,从4-10小时开始,建议根据生产印制电路板的等级和客户对翘曲度的要求来决定。是切好后再烤,还是烤好整个大面团后再放下材料,都可以用,建议切好面团后再烤板。内层板也应该烧木板。

3.半固化片的经纬:半固化片层压的后经方向和纬度方向收缩率不同,在基底和层叠时必须清楚区分经纬方向。否则,层压后成品板容易翘曲,即使施加压力也难以修正干燥板。多层板弯曲的原因多为层压点半固化片的经过不清楚、混乱。如何区分经纬?卷起的半固化片被卷起的方向是经方向,宽度方向是纬方向。铜箔板的情况下,长边是纬方向,短边是经方向,不能向生产者或供应商询问的情况下不能确定。

4.层压后的应力消除:多层板热压冷压完成后取出,切下或研磨毛刺后,在烤箱内以150°C烧成4小时,逐渐释放板内的应力,不能省略使树脂完全硬化的工序。

5.镀薄板的情况下,直接:0.4~0.6mm超薄多层板镀薄板和镀图形的情况下制作特殊的夹辊,在自动电镀线上的飞巴上涂薄板,然后用圆棒将整体飞巴的夹辊连接起来,使卷上的所有板都变直,防止镀层后的板变形。如果没有这一措施,在镀上二三十微米的铜层后,薄板就会弯曲,难以救济。

6.热风整平后板的冷却:印制电路板热风整平时受到半田槽(约250℃)的高温冲击,取出后放在平坦的大理石或钢板上自然冷却,送至后处理机进行清洗。这有助于防止木板翘曲。有的工厂为了提高铅锡表面的亮度,板的热风平了马上投入冷水,几秒钟后取出进行后处理。另外,可以在设备上安装空气冷却装置。

7.翘曲板的处理:管理整齐的工厂,印制电路板最终检查时进行100%的平坦度检查。不合格板全部取出来,放在烤箱里,150°C和重压下烤3-6小时,并在重压下自然冷却。然后取下压力取出板,做平坦度的检查,这样可以拯救一部分板,有的板有需要做2~3次烘烤才能平。上海华堡代理气压式板反折机经上海贝尔的使用对弥补线路板的翘曲有非常好的效果。如果不实行以上防止弯曲的工艺措施,一部分木板的烘烤也不起作用,只能报废。

四、PCB板弯曲基准

PCB板弯曲基准请参照IPC-A-6000G第2.11平坦度基准。(SMT贴装等)表面安装元件时印制电路板,失真及弯曲基准不到0.75%,其他类型的板不到1.5%。尝试方法是IPC?TM参看650 2.4.22。

印刷电路板PCB翘曲度定义和测量方法:

首先覆铜的情况是网格好还是全铜好,大的板、网状铜好,全铜受到外力的话会保持弯曲,所以不保持网状物,恢复原平,一般工艺边也留铜的目的是保障板翘曲度。IPC标准翘曲度不到0.75%,合格品!

如何测量,首先将PCB板放置在大理石平台或比5mm厚的玻璃板上,使用量规测量角落的最大尺寸,然后用尺量PCB除去对角长度的两个数,大于千分之七则不合格。

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