原创 PCB 板翘曲的预防和整平方法

 

对于PCB 板翘曲所造成的影响，行业中的人都比较清楚。如它使SMT电子元件安装无法进行、或电子元件（包含集成块 ）与印制电路板焊点接触不良、或电子元件安装后切脚时有些脚切不到或会切到基板；波峰焊时基板有些部位焊盘接触不到焊锡面而焊不上锡等 ；
　　印制电路板翘曲的成因，一个方面是所采用的基板（覆铜板）可能翘曲，但在印制电路板加工过程中，因为热应力，化学因素影响，及生产工艺不当也会造成印制电路板产生翘曲。
　　所以，对于印制电路板厂来说，首先是要预防印制电路板在加工过程中产生翘曲；再就是对于已经出现翘曲的PCB 板要有一个合适、有效的处理方法。
　　一、 预防印制电路板在加工过程中产生翘曲
　　1、防止由于库存方式不当造成或加大基板翘曲
　　（1）由于覆铜板在存放过程中，因为吸湿会加大翘曲，单面覆铜板的吸湿面积很大，如果库存环境湿度较高，单面覆铜板将会明显加大翘曲。双面覆铜板潮气只能从产品端面渗入，吸湿面积小，翘曲变化较缓慢。所以对于没有防潮包装的覆铜板要注意库房条件，尽量减少库房湿度和避免覆铜板裸放，以避免存放中的覆铜板加大翘曲。
　　（2）覆铜板摆放方式不当会加大翘曲。如竖放或覆铜板上压有重物，摆放不良等都会加大覆铜板翘曲变形。
　　2、避免由于印制电路板线路设计不当或加工工艺不当造成翘曲。
　　如PCB板导电线路图形不均衡或PCB板两面线路明显不对称，其中一面存在较大面积铜皮，形成较大的应力，使PCB板翘曲，在PCB制程中加工温度偏高或较大热冲击等都会造成PCB板翘曲。对于覆板板库存方式不当造成的影响，PCB厂比较好解决，改善贮存环境及杜绝竖放、避免重压就可以了。对于线路图形存在大面积的铜皮的PCB板，最好将铜箔网格化以减少应力。
　　3、消除基板应力，减少加工过程PCB板翘曲
　　由于在PCB加工过程中，基板要多次受到热的作用及要受到多种化学物质作用。如基板蚀刻后要水洗、要烘干而受热，图形电镀时电镀是热的，印绿油及印标识字符后要用加热烘干或用UV光烤干，热风喷锡时基板受到的热冲击也很大等等。这些过程都可能使PCB板产生翘曲。
　　4、波峰焊或浸焊时，焊锡温度偏高，操作时间偏长，也会加大基板翘曲。对于波峰焊工艺的改进，需电子组装厂共同配合。
　　由于应力是基板翘曲的主因，如果在覆铜板投入使用前先烘板（也有称焗板），多家PCB厂都认为这种做法有利于减少PCB板的翘曲。
　　烘板的作用是可以使基板的应力充分松弛，因而可以减少基板在PCB制程中的翘曲变形。
　　焗板的方法是：有条件的PCB厂是采用大型烘箱焗板。投产前将一大叠覆铜板送入烤箱中，在基板玻璃化温度附近温度下将覆铜板烘烤若干小时到十几小时。用经过焗板的覆铜板生产的PCB板，其翘曲变形就比较小，产品的合格率高了许多。对于一些小型PCB厂，如没有那么大型的烘箱可以将基板切小后再烘，但烘板时应有重物压住板，使基板在应力松弛过程能保持平整状态。烘板温度不宜太高，过高温度基板会变色。也不宜太低，温度太低需很长时间才能使基板应力松弛。
　　二、印制电路板翘曲整平方法
　　1、在PCB制程中将翘曲的板及时整平
　　在PCB制程中，将翘曲度比较大的板挑出来用辊压式整平机整平，再投入下一工序。不少PCB厂认为这一做法对于减少PCB成品板翘曲比例是有效的。
　　2、PCB成品板翘曲整平法
　　对于已完工，翘曲度明显超差，用辊压式整平机无法整平的PCB板，有些PCB厂将它放入小压机中（或类似夹具中），将翘曲的PCB板压住几个小时到十几小时进行冷压整平，从实际应用中观察，这一作法效果不十分明显。一是整平的效果不大，另就是整平后的板很容易反弹（即恢复翘曲）。
　　也有的PCB厂将小压机加热到一定温度后，再对翘曲的PCB板进行热压整平，其效果较冷压会好一些，但压力如太大会把导线压变形；如果温度太高会产生松香水变色其至基变色等等缺陷。而且不论是冷压整平还是热压整平都需要较长时间（几个小时到十几个小时）才能见到效果，并且经过整平的PCB板翘曲反弹的比例也较高。有没有更佳的整平方法呢？
　　3、翘曲PCB板弓形模具热压整平法
　　根据高分子材料力学性能及多年工作实践，本文推荐弓形模具热压整平法。根据要整平的PCB板的面积作若干付很简单的弓形模具（见图一），这里推二种整平操作方法：
　　（1）将翘曲的PCB板夹入弓形模具中放入烘箱烘烤整平法：
　　将翘曲PCB板翘曲面对着模具弓曲面，调节夹具螺丝，使PCB板略向其翘曲的相反方向变形，再将夹有PCB板的模具放入已加热到一定温度的烘箱中烘烤一段时间。在受热条件下，基板应力逐渐松弛，使变形的PCB板恢复到平整状态。但烘烤的温度不宜太高，以免松香水变色或基板变黄。但温度也不宜过低，在较低的温度下要使应力完全松弛需要很长时间。
　　通常可用基板玻璃化温度作为烘烤的参考温度，玻璃化温度为树脂的相转变点，在此温度下高分子链段可以重新排列取向，使基板应力充分松弛。

因些整平效果很明显。用弓形模具整平的优点是投资很少，烘箱各PCB厂都有，整平操作很简单，如果翘曲的板数比较多，多做几付弓形模具就可以了，往烘箱里一次可以放几付模具，而且烘的时间比较短（数十分钟左右），所以整平工作效率比较高。
　　（2）先将PCB板烘软后再夹入弓形模具中压合整平法：
　　对于翘曲变形比较小的PCB板，可以先将待整平的PCB板放入已加温到一定温度的烘箱（温度设定可参照基板玻璃化温度及基板在烘箱中烘烤一定时间后，观察其软化情况来确定。通常玻纤布基板的烘烤温度要高一些，纸基板的烘烤温度可以低一些；厚板的烘烤温度可以略高一些，薄板的烘烤温度可以略低一些；对于已喷了松香水的PCB板的烘烤温度不宜过高。）烘烤一定时间，然后取出数张到十几张，夹入到弓形模具中，调节压力螺丝，使PCB板略向其翘曲的反方向变形，待板冷却定型后，即可卸开模具，取出已整平的PCB板。
　　有些用户不甚了解基板的玻璃化温度。这里推荐烘烤参考温度，纸基板的烘烤温度取110℃~130℃，FR-4取130℃~150℃。整平时，对所选取的烘烤温度及烘烤时间作几次小试验，以确定整平的烘烤温度及烘烤时间。烘烤的时间较长，基板烘得透，整平效果较好，整平后PCB板翘曲回弹也较少。
　　经过了弓形模具整平的PCB板翘曲回弹率低；即使经过波峰焊仍能基本保持平整状态；对PCB板外观色泽影响也很小。
　　PCB板翘曲是PCB厂极为头痛的事，它不仅降低了成品率，而且影响了交货期。如果采用弓形模具热整平，并且整平工艺合理、合适，就能将翘曲的PCB板整平，解决交货期的困扰。