PCB變形的原因及(Ji)如何改善

PCB闆由銅箔[Bo]、樹[Shu]脂、玻璃布等[Deng]材料組成，各材料物理和化學性能均(Jun)不相同,壓合在一起後必然會産生(Sheng)熱應力殘留，導緻(Zhi)變形。同時在PCB的加(Jia)工過(Guo)程中,會經過高溫、機械[Xie]切(Qie)削[Xue]、濕處理等各種流程[Cheng],也(Ye)會對闆件變形産生重要影響。導[Dao]緻PCB闆變形的原[Yuan]因複雜多(Duo)樣，那[Na]麼如何減少因(Yin)材料特性[Xing]不同或加工(Gong)引起的PCB變形，也成為了PCB制作商最頭疼(Teng)的問題之一。

變形[Xing]産生原因分析

PCB闆的變(Bian)形需要從材料、結構、圖形分布、加工(Gong)制程等幾個方面進行研(Yan)究

電路闆上[Shang]的鋪銅面面積不均勻，會[Hui]惡化闆彎與(Yu)闆翹

一般[Ban]電路闆上都會[Hui]設計[Ji]有大面[Mian]積的銅(Tong)箔來[Lai]當作接地(Di)之用，有時[Shi]候Vcc層[Ceng]也會有設計有大面(Mian)積的銅箔，當這些(Xie)大面積的銅箔不能均(Jun)勻地分佈在同(Tong)一片電路闆上的時候，就會造成吸熱與散熱速度[Du]不均勻的問(Wen)題，電路闆當然也[Ye]會熱脹(Zhang)冷縮，如果漲縮不能同時就會造(Zao)成不同的應力而變[Bian]形，這時候(Hou)闆子的溫[Wen]度[Du]如(Ru)果已經達到了Tg值的上限，闆子[Zi]就會開始軟(Ruan)化，造成永久的變形。

電路闆上各層(Ceng)的連結點 (vias ，過孔 ) 會[Hui]限(Xian)制闆子漲縮

現(Xian)今(Jin)的電路闆大多為多[Duo]層闆，而且層與層之(Zhi)間會有向鉚釘一(Yi)樣的連(Lian)接[Jie]點(vias)，連結點又[You]分為[Wei]通孔、盲孔與埋孔(Kong)，有連結點的地方會限制闆子漲冷縮[Suo]的效果，也會間接(Jie)造成闆彎與[Yu]闆(Pan)翹。

電路闆[Pan]本身的重量會造成闆子[Zi]凹陷變[Bian]形

一(Yi)般回焊爐都會使用鍊(Lian)條(Tiao)來帶動電路闆(Pan)于回焊爐中的前(Qian)進，也(Ye)就是以闆子的兩[Liang]邊當支點撐起整片闆子，如果闆[Pan]子上面(Mian)有過重的零件，或是(Shi)闆子[Zi]的尺寸過大，就會(Hui)因為本身的種量而呈現出中間凹陷的現[Xian]象，造成闆彎。

V-Cut 的(De)深淺及連接(Jie)條會[Hui]影響拼闆變(Bian)形量

基本上V-Cut就是破壞闆(Pan)子結[Jie]構的元兇，因為V-Cut就是在原來一大張的闆(Pan)材上[Shang]切出溝槽來，所以V-Cut的地方就容易發生變形。

PCB 闆加(Jia)工過程中引起(Qi)的變形

PCB闆加工過程(Cheng)的變[Bian]形原因非常(Chang)複雜[Za]可分為熱[Re]應力(Li)和機械應力兩(Liang)種應力導緻。其中熱[Re]應力主[Zhu]要産生(Sheng)于壓合過程中，機械應力[Li]主要産生[Sheng]闆件堆(Dui)放、搬運、烘[Hong]烤過程中。下面[Mian]按流程順序(Xu)做簡單讨論。

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覆銅闆來料：覆銅闆均為雙面闆，結構(Gou)對稱，無圖形，銅(Tong)箔與玻璃布CTE相差無幾(Ji)，所以在壓合[He]過程中幾乎[Hu]不會産生因(Yin)CTE不同引起的變形。但是，覆銅闆壓機尺寸大，熱盤不同區域存在[Zai]溫差，會導緻(Zhi)壓合[He]過程中不同區域樹脂固化速度和程度有細微差異，同時不同升溫速率下的動黏(Nian)度也有較大(Da)差異，所以也會産生由于[Yu]固化過程差異帶來的局[Ju]部應力。一般這[Zhe]種應力會(Hui)在壓合後維(Wei)持平[Ping]衡，但會在日後的(De)加工中逐漸釋(Shi)放産生變形[Xing]。

壓[Ya]合：PCB壓[Ya]合工序是産生熱[Re]應力的主要流程，其中由于材料或(Huo)結構不(Bu)同産生的[De]變形見上一節(Jie)的分析。與覆銅闆壓合類似，也會産生固化過程差異帶[Dai]來的[De]局部應力，PCB闆由(You)于厚度[Du]更厚、圖形分[Fen]布多樣、半固[Gu]化片更[Geng]多等原因(Yin)，其熱應力[Li]也會比[Bi]覆銅闆(Pan)更多更難消除[Chu]。而PCB闆中存在的應[Ying]力，在後繼鑽(Zuan)孔、外形或者燒烤(Kao)等[Deng]流程中釋(Shi)放，導緻闆(Pan)件産生變形。

阻焊、字(Zi)符等烘烤流程：由于阻焊油[You]墨(Mo)固化時不能互相堆疊，所以PCB闆[Pan]都會豎放在架子[Zi]裡(Li)烘闆固化，阻焊溫度150℃左右，剛好超過中低(Di)Tg材料的Tg點，Tg點[Dian]以上樹[Shu]脂為高彈态，闆件容[Rong]易在[Zai]自重或者烘箱(Xiang)強風作用下變形。

熱風[Feng]焊料整平：普[Pu]通闆(Pan)熱風(Feng)焊料整平時[Shi]錫爐溫度為225℃~265℃,時(Shi)間[Jian]為3S-6S。熱[Re]風溫度為280℃~300℃.焊料整平時闆從室溫進錫爐(Lu)，出(Chu)爐後[Hou]兩分鐘内又進行室[Shi]溫的後處理(Li)水洗(Xi)。整個熱風焊料(Liao)整平過程為驟熱[Re]驟冷過程。由[You]于電[Dian]路闆[Pan]材料不同，結(Jie)構又不均勻，在冷熱過[Guo]程中必然會出(Chu)現[Xian]熱應力[Li]，導緻(Zhi)微觀應變和[He]整體變形翹區。

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存放：PCB闆(Pan)在半成品階段的存放一般都堅插在架子中，架子松(Song)緊調整的不[Bu]合适，或者存放過程[Cheng]中堆疊放闆等(Deng)都會[Hui]使闆件産[Chan]生機械[Xie]變形。尤其對于2.0mm以(Yi)下的[De]薄闆影[Ying]響更為嚴重[Zhong]。

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除以上因素以外，影響PCB變形(Xing)的因素還有很多。

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那麼，如何(He)改善 PCB 變形的情況尼[Ni]？

1. 降低溫度[Du]對闆子應力的影響

既然「溫度(Du)」是闆子應力的主[Zhu]要來源，隻要[Yao]降低[Di]回焊爐的溫度或是調慢(Man)闆子在回(Hui)焊爐中升溫及冷卻的速度，就可以(Yi)大大地降低闆彎及闆翹的情形發生。不過可(Ke)能會有[You]其他副作用就[Jiu]事了。

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2. 采(Cai)用高 Tg 的闆材

Tg（基材(Cai)保持剛性的[De]最高溫度[Du] ( ℃)）就是材料由玻璃态轉變成橡膠态的溫度，Tg值越低的(De)材料，表[Biao]示其闆子進入回(Hui)焊(Han)爐後開始變軟[Ruan]的速度[Du]越快，而且變成柔軟橡膠态的時間也[Ye]會變長，闆子的變形量當然就[Jiu]會越嚴(Yan)重。採用較高Tg的闆材就(Jiu)可以增加其承[Cheng]受應力變形(Xing)的能力，但是相對地材料[Liao]的價錢[Qian]也比[Bi]較高。

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3. 增加電路闆的厚(Hou)度(Du)

許多電子(Zi)的産品為了達到更[Geng]輕[Qing]薄的目的，闆子的(De)厚度已經剩下1.0mm、0.8mm，甚至[Zhi]作到[Dao]了0.6mm的厚度，這[Zhe]樣的厚度要保持闆子在經過回焊爐不變形，真的有點強人所[Suo]難，建議如果沒(Mei)有輕薄的要求，闆子最好(Hao)可以(Yi)使用1.6mm的厚度，可以大大降低闆(Pan)彎及變形的風險。

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4. 減少電路闆[Pan]的尺寸[Cun]與減少[Shao]拼闆的數量

既然[Ran]大部分的回焊爐都採用(Yong)鍊(Lian)條來帶動[Dong]電路[Lu]闆前進，尺寸越大的(De)電路闆會因為其自身的[De]重量，在[Zai]回焊[Han]爐(Lu)中凹陷變(Bian)形，所以盡(Jin)量把電路(Lu)闆的(De)長邊當成闆邊放在回焊(Han)爐的鍊條上，就可以(Yi)降低電路闆本身(Shen)重(Zhong)量所造成(Cheng)的凹陷變形(Xing)，把拼闆數量(Liang)降低也是基于(Yu)這個理由(You)，也就[Jiu]是說過(Guo)爐的時候，盡(Jin)量用窄邊垂直(Zhi)過爐方向，可以達到最低的凹陷變形量[Liang]。

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5. 使用過爐托盤治具[Ju]

如果上述方法都很難作(Zuo)到，最後就是使[Shi]用過爐托(Tuo)盤 (reflow carrier/template) 來降低變形量了(Le)，過爐托盤可以降低闆彎闆翹(Qiao)的原因是因(Yin)為不管是熱脹還是冷縮，都希望托盤[Pan]可以固定(Ding)住電路闆等到(Dao)電路闆的溫度低于Tg值開[Kai]始重新變硬之後，還(Hai)可[Ke]以維持住園來的(De)尺寸。

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如果單層的托[Tuo]盤還無法降低電路闆的變形量，就必須(Xu)再加一層[Ceng]蓋子，把電路闆用上下兩層托盤夾起來[Lai]，這樣就可以大大降低電路闆(Pan)過回焊爐變形的問(Wen)題了。不過這過爐托盤挺貴的，而且還得加人工來[Lai]置放與回[Hui]收[Shou]托盤(Pan)。

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6. 改用實(Shi)連接、郵票[Piao]孔，替代 V-Cut 的分闆(Pan)使用(Yong)

既然V-Cut會破壞電(Dian)路闆間拼闆的結構強度，那就(Jiu)盡量不要(Yao)使用(Yong)V-Cut的分闆，或是降[Jiang]低V-Cut的深度。

PCB 生産[Chan]工程[Cheng]中的優(You)化

工程設計研究(Jiu)

工程設計應該盡量避免(Mian)結構不對稱、材料不對稱、圖形不對(Dui)稱的設計，以減[Jian]少變形的産生(Sheng)，同時在研[Yan]究過(Guo)程還發現芯闆直接[Jie]壓合結構(Gou)比銅箔壓合結[Jie]構更容易變形。

壓合研究[Jiu]

壓合對變形的影響[Xiang]至關重要，通過合理的參數設置、壓機選擇和疊闆[Pan]方式等可(Ke)以有效減少應力的[De]産生。針對一般的結構對稱的闆件，一般需要注意壓合時對稱疊闆，并(Bing)對稱[Cheng]放置工具闆、緩沖材料等[Deng]輔助工具。同時選擇冷熱(Re)一(Yi)體壓機壓合對減[Jian]少熱應力也有明顯幫助，原因[Yin]為冷熱分體壓機在高[Gao]溫[Wen]下（GT溫(Wen)度以上）将闆件(Jian)轉到冷壓機，材[Cai]料在Tg點以上失[Shi]壓并快速冷卻會導緻熱應力[Li]迅速釋放産生變形，而冷熱一體壓機可實現[Xian]熱壓末段降溫[Wen]，避免闆件[Jian]在高(Gao)溫下失(Shi)壓。

其他生(Sheng)産流程[Cheng]

PCB生産流程中，除壓合(He)外還有阻焊、字(Zi)符化[Hua]以及(Ji)熱風整平幾個高溫處理(Li)流程，其中(Zhong)阻焊、字符後的[De]烘(Hong)闆[Pan]最高溫度150℃在前文提[Ti]到過此溫度在普通Tg材料Tg點以(Yi)上，此時材料為高彈态，容易在外[Wai]力下變形，所以要[Yao]避免烘闆時疊闆防[Fang]止下層闆[Pan]被壓彎，同時要烘闆時保[Bao]證闆(Pan)件方向與[Yu]吹風(Feng)方向平行。在熱[Re]風整平加工時則[Ze]要保證闆件[Jian]出錫爐平放冷卻30s以上[Shang]，避免高溫下過(Guo)後(Hou)處理(Li)的冷水洗導緻[Zhi]驟冷變形。

出貨前校平

大多數PCB廠家在出(Chu)貨前[Qian]都會有校平流程，這是因為在加工過程(Cheng)中不可避免的會[Hui]産生受熱或(Huo)機械(Xie)力産生(Sheng)的闆件變形(Xing)，在出貨前(Qian)通[Tong]過機械[Xie]校平或熱烘校平可[Ke]以得到有效改善。

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