PCB板变形的原因 如何防止电路板弯曲和翘曲

当印刷电路板进行回流焊接时， 它们中的大多数容易出现电路板弯曲和翘曲。在严重的情况下，它甚至可能导致诸如空焊和墓碑之类的组件。如何克服它？

1.电路板变形

的危害 在自动化表面贴装线中，如果电路板不平整，会导致定位不准确，元件无法插入或安装在板的孔和表面贴装垫上，甚至自动插入机也会损坏。安装元件的电路板焊接后弯曲，元件脚难以整齐切割。主板不能安装在机箱或机器内部的插座上。因此，组装厂遇到电路板翘曲。这很烦人。目前的表面贴装技术正朝着高精度、高速、智能化的方向发展，对容纳各种元器件的电路板提出了更高的平面度要求。在IPC标准中， 特别指出，带表面贴装器件的电路板的允许变形为0.75%，没有表面贴装的PCB板的允许变形为1.5%。为了满足高精度和高速贴装的要求，一些电子组装制造商对变形量有更严格的要求。PCB板由铜箔、树脂、玻璃布等材料组成。每种材料的物理和化学性质都不同。压在一起后，不可避免地会发生热应力，从而导致变形。同时， 在PCB加工过程中， 它会经过高温， 机械切割， 湿法处理， 等等。各种工艺也会对板的变形产生重要影响。简而言之， PCB板变形的原因复杂多样。如何减少或消除由于不同材料特性或加工而引起的变形已成为PCB板制造商面临的复杂问题之一。一。

2.变形

原因分析 PCB板的变形需要从材料等几个方面进行研究， 结构， 图案分布， 加工工艺， 等等。本文将分析和解释可能导致变形的各种原因和改进方法。电路板上不均匀的铜表面积会加剧电路板的弯曲和翘曲。通常，电路板上设计大面积的铜箔用于接地，有时Vcc层也会有大面积的铜箔。当这些大面积铜箔不均匀分布在同一块电路板上时， 会导致吸热和散热不均匀。当然， 电路板也会扩展。冷收缩。如果不能同时进行膨胀和收缩，则会引起不同的应力和变形。此时，如果板的温度已达到Tg值的上限，则板将打开。开始软化，导致变形。电路板上每一层的连接点 （过孔， 通孔） 将限制电路板的膨胀和收缩。今天的电路板大多是多层板， 层之间有像铆钉一样的连接点（过孔）， 连接点又分为通孔， 盲孔和埋孔， 哪里有连接点， 板的膨胀和收缩效果会受到限制， 并且还会间接导致电路板弯曲和翘曲。板的重量会导致板凹陷和变形。通常，回流炉在回流炉中会用链条带动电路板向前，即以板的两侧为支点来支撑整个板。如果板上有重部件， 或者如果板的尺寸太大， 由于板本身的数量，它会在中间显示凹陷， 导致板弯曲.V-Cut的深度和连接杆的视频基本上，V-Cut是破坏电路板结构的罪魁祸首。由于V-Cut在原来的大板材上切割凹槽，所以V-Cut的位置容易变形。

2.1 材料、结构、图形对板材

变形的影响分析 PCB板是通过压制芯板和预浸料以及外铜箔而形成的。芯板和铜箔在压制时被加热并变形。变形量取决于两种材料的热膨胀系数（CTE）。铜箔的热膨胀系数（CTE）为左右，而普通FR-4基板在Tg点以下的Z方向CTE;TG点以上为（250~350）X10-6，而X方向CTE是由于玻璃布的存在，一般与铜箔相似。TG点注意事项：当高Tg印制板的温度上升到一定区域时，基板会从“玻璃状”变为“橡胶状”，此时的温度称为板的玻璃化转变温度（Tg）。也就是说，Tg是基材保持刚性的温度（°C）。换句话说， 普通的PCB板基板材料不仅会软化， 变形， 熔化， 等等， 在高温。同时，它还表现为机械和电气特性的急剧下降。一般来说，Tg of 板大于130度，高Tg一般大于170度，中Tg大于150度左右。通常Tg≥170°C的PCB印制板称为高Tg印制板。随着基板Tg的增加，印制板的耐热性、耐湿性、耐化学性、稳定性等特性将得到改善和提高。TG值越高，电路板的耐温性越好，特别是在无铅工艺中，高Tg应用更为常见。高Tg是指高耐热性。随着电子工业的快速发展，尤其是以计算机为代表的电子产品，高功能性、高多层层的发展要求PCB板基板材料具有更高的耐热性作为重要保证。具有代表性的高密度贴装技术的出现和发展，使得PCB板在小孔径、细线、薄化等方面越来越离不开

基板高耐热性的支撑。因此，一般FR-4与高Tg FR-4的区别在于材料在热状态下的机械强度，尺寸稳定性，附着力，吸水性和热分解性，特别是在吸湿后加热时。在扩张等各种条件下存在差异。高Tg产品明显优于普通PCB板基板材料。由于图案分布与芯板厚度或材料特性之间的差异，具有内层图案的芯板的扩展是不同的。当图案分布与芯板的厚度或材料特性不同时，就会有所不同。当图案分布相对均匀时，材料类型相同。它会变形。PCB板层压结构的不对称或不均匀的图案分布会导致不同芯板的CTE差异很大，导致层压过程中变形。变形机理可以用以下原理来解释。假设有两块CTE差异较大的芯板被预浸料压在一起，其中A芯板CTE为1.5x10-5/摄氏度，芯板长度为1000mm。压制工艺用作粘接片的预浸料，将两块芯板通过软化、流动和填充图形和固化三个阶段粘合在一起。此时，两块芯板的变形分别为△LA=（180摄氏度~30摄氏度）x1.5x10-5m/摄氏度X1000mm=2.25mm;△LB=（180摄氏度~30摄氏度）X2.5X10-5米/摄氏度X1000毫米=3.75毫米。在自由状态下，两块芯板长而短，互不干扰，尚未变形。在压制过程中，它将在高温下保持一段时间，直到半固化完全固化。此时，树脂变为固化状态，不能随意流动。两个核心板组合在一起。当温度下降时，如果没有层间树脂结合，芯板将恢复到原来的长度而不变形。上两块芯板在高温下被固化树脂粘合，在冷却过程中不能随意收缩。A公司RE 板应缩小 3.75 毫米。实际上，当收缩率大于2.25mm时，就会

受到A芯板的阻碍。两块芯板之间的力是平衡的，B芯板不能收缩到3.75mm，A芯板收缩超过2.25mm，使整个板面向B芯板。

2.2 PCB加工过程中引起的变形 PCB板加工

过程中变形的原因非常复杂，可分为两类应力：热应力和机械应力。其中，热应力主要在压制过程中产生，机械应力主要在板材的堆叠，搬运和烘烤过程中产生。以下是按流程顺序进行的简要讨论。来料覆铜板：覆铜板均为双面，结构对称，无图形。铜箔和玻璃布的CTE几乎相同，因此在压制过程中几乎没有CTE差异引起的变形。但是，覆铜压机的尺寸较大，并且热板的不同区域存在温差，这会导致压制过程中不同区域的树脂固化速度和程度略有不同，并且温度升高不同。不同速度下的动态粘度也存在很大差异，因此由于固化过程的差异也会产生局部应力。通常，这种应力在压制后会保持平衡，但在以后的加工中会逐渐释放和变形。

压制： PCB板压制过程是产生热应力的主要过程。由不同材料或结构引起的变形显示在上一节的分析中。与覆铜板的压制类似，也会出现由固化过程差异引起的局部应力。PCB板比覆铜板具有更多的热应力， 因为厚度更厚， 图案分布多样化， 和更多的预浸料.PCB板中的应力在随后的钻孔过程中释放， 成型， 或烧烤过程， 导致电路板变形。

阻焊层的烘烤过程， 字符， 等： 由于阻焊油墨在固化时不能堆叠在一起， PCB板将被放置在机架中进行固化。阻焊层温度约为150°C，刚好超过中低Tg材料的Tg点。Tg点以上的树脂弹性高，板材在自身重量或烘箱强风的作用下容易变形。

热风焊锡流平：锡炉温度为225摄氏度~265摄氏度，普通板热风焊锡流平时时间为3S-6S。热空气的温度为280摄氏度~300摄氏度。焊料调平后，电路板从室温进入锡炉，出炉后两分钟内进行室温后处理水洗。整个热风焊料流平过程是一个突然加热和冷却的过程。

由于电路板的材料不同， 结构不均匀。在此过程中不可避免地会产生热应力，导致微观应变和整体变形翘曲区。

存储： PCB板在半成品阶段的存储一般牢固地插入货架， 货架松紧度没有适当调整， 或者存储过程中板的堆叠会导致板的机械变形。特别是对于2.0mm以下的薄板，冲击更为严重。除了上述因素， 影响PCB板变形的因素很多。

3. 改进措施

那么当PCB板通过回流炉时，我们如何防止电路板弯曲和翘曲呢？

1）减少温度对板材应力的影响：由于温度是板材的主要应力，只要降低回流炉的温度或放慢回流炉中板材的加热和冷却速度，就可以大大降低弯曲和板材。发生了翘曲的情况。但可能还有其他副作用。

2）使用高Tg板：Tg是玻璃化转变温度，即材料从玻璃变为橡胶的温度。Tg值越低，板进入回流炉后开始软化的速度越快。而且变成软橡胶状态的时间

会更长，当然板的变形也会更严重。使用较高的Tg片材会增加其应力和变形，但材料的价格相对较高。

3）增加电路板的厚度：为了达到许多电子产品更轻、更薄的目的，电路板的厚度已经留成了1.0mm、0.8mm甚至0.6mm的厚度。这个厚度应该保持回流焊炉后的板子不变形，这真的很困难。建议如果对轻薄没有要求，可以使用厚度为1.6mm的板，这样可以大大减少。板弯曲和变形的风险。

4）减小电路板的尺寸，减少面板的数量：由于大多数回流炉使用链条来驱动电路板前进，因此较大的电路板尺寸会因其自重而在回流炉中凹陷，因此尽量将电路板的长边作为板的一侧放在回流炉的链条上， 从而减少电路板本身重量引起的凹陷和变形， 并将电路板放在一起。数量的减少也是基于这个原因，即在通过炉子时，尽量使用垂直于炉膛方向的窄边，以达到凹陷变形的量。

5）使用炉盘夹具：如果上述方法难以实现，则使用炉盘以减少变形量。炉盘之所以能减少板材的弯曲，是因为无论是热胀还是冷缩，都希望炉盘能抱住电路板，等到电路板温度低于Tg值再开始硬化，这样花园的尺寸就可以保持了。如果单层支持。托盘不能减少电路板的变形， 所以需要增加一层盖子，用上下托盘夹住电路板， 从而大大减少

电路板通过回流炉变形的问题。但是，烤箱托盘非常昂贵，需要手动放置和回收托盘。

6）使用真正的连接和冲压孔代替V-Cut的子板：由于V-Cut会破坏电路板之间电路板的结构强度，因此尽量不要使用V-Cut的子板，或减小V-Cut深度。PCB板优化。生产工程：影响不同材料对板材的变形情况将计入不同材料板材的缺陷率。低Tg材料的变形。沉没率高于高Tg材料。上表所列高Tg材料均为填料形材料，CTE小于低Tg材料。同时，在压制后的加工过程中，烘烤温度为150摄氏度。影响肯定会大于中高Tg材料。工程设计应尽量避免结构不对称，材料不对称，图形不对称设计以减少变形。同时，在研究过程中，还发现芯板直接层压结构比铜箔层压结构更容易变形。在工程设计中，拼图板的框架形式对变形的影响也较大。

一般来说， PCB工厂会有连续的大铜框架和非连续的铜点或铜块框架， 并且也存在不同的区别。两种框架形式变形不同的原因是连续铜框架的强度高，在压制拼接过程中刚度比较大，使板内的残余应力不易释放，形状加工后释放集中， 导致更严重的变形。不连续的铜点框在压制和后续加工过程中逐渐释放应力，单板成型后变形较小。以上是工程设计中可能涉及的一些影响因素。当时可以灵活使用。它可以减少设计引起的变形的影响。

3.3 压缩研究

压力对变形的影响非常重要。合理的参数设置、压力机选择和堆垛方式可以有效降低应力。对于结构对称的一般面板，一般在按压时要注意面板的对称堆叠，并对称放置工具面板和缓冲材料等辅助工具。同时，选择冷热一体压机来压榨也明显有助于降低热应力。为了使冷热分压机在高温（GT温度以上）将板材转移到冷压机上，Tg点以上的材料压力损失和快速冷却会导致热应力的快速释放和变形，而冷热一体机可以实现热压结束时的降温，以避免板在高温下的压力损失高温。同时，对于客户的特殊需求，不可避免地会出现一些材料或结构不对称的板材。此时，上一篇文章中分析的不同CTE引起的变形将非常明显。对于这个问题，我们可以尝试使用非对称堆叠方法解决这个问题。原理是利用缓冲材料的不对称放置来到达PCB板。双面加热速度不同，影响不同CTE芯柏树在加热和冷却阶段的膨胀和收缩，以解决变形不一致的问题。是的我公司某结构不对称板上的测试结果。通过不对称堆叠方式， 并在压制后添加后固化工艺， 并在发货前流平， 该板最终满足客户的2.0mm要求。

3.4 其他生产工艺

在PCB板生产过程中， 除了压制， 还有阻焊层的几个高温加工工艺， 表征和热风流平。其中，阻焊层和烘烤板后字符的温度为150摄氏度。如上所述，该温度在普通Tg材料中。在Tg点以上，材料处于高弹性状态，在外力作用下容易变形。因此，避免堆叠板，以防止干燥板时下板弯曲，并在干燥板时确保板。工件的方向与吹气方向平行。在热风流平过程中，需要确保将板材放入锡炉中冷却30秒以上，以避免高温后处理后冷水洗后突然冷变形。除了生产工艺， PCB板在每个工位的存放也对变形有一定的影响。在一些制造商中，由于要生产的产品数量多，空间小，将多块板堆叠在一起进行存储。这也会导致电路板因外力而变形。由于PCB板还具有一定的塑性， 这些变形在随后的找平过程中不会 100% 恢复.