PCB闆[Pan]為何會翹(Qiao)曲，翹曲變形的危害又有(You)哪些(Xie)呢？

PCB闆[Pan]變[Bian]形的危害

在(Zai)自動化表面貼裝線上，電路闆若不平整，會[Hui]引[Yin]起定位不準，元器件無法插裝(Zhuang)或貼裝到闆子的孔(Kong)和表面貼裝焊盤[Pan]上，甚至(Zhi)會撞壞自動插[Cha]裝機。

裝上元器[Qi]件的電路闆焊[Han]接後發生(Sheng)彎曲，元件腳很難剪平整齊。闆子也無法裝到機箱(Xiang)或機内的[De]插座上，所以，裝配(Pei)廠[Chang]碰到闆翹同樣(Yang)是十分煩惱。

目(Mu)前[Qian]的表面貼裝(Zhuang)技術正在朝着[Zhe]高精度、高速度、智能(Neng)化(Hua)方向發展，這(Zhe)就對做(Zuo)為各[Ge]種元器件家(Jia)園的 PCB 闆提出[Chu]了[Le]更高[Gao]的平[Ping]整度要求。

在 IPC 标準中(Zhong)特别指出帶有(You)表面貼裝[Zhuang]器件(Jian)的 PCB 闆允許的變(Bian)形量為 0.75%，沒[Mei]有表面貼裝的 PCB 闆允[Yun]許的變形量為 1.5%。

實際[Ji]上，為滿足高精度[Du]和高速度貼裝的需求，部分電子裝聯廠家對變形量的[De]要求更(Geng)加嚴格，如有要求允[Yun]許的變形[Xing]量為 0.5%，甚至有個别要[Yao]求百分之[Zhi]零點三。

PCB 闆由銅箔、樹(Shu)脂、玻璃布等材(Cai)料組成，各材料物理和化學性能均不相同，壓[Ya]合在一起後必然會産生熱應力殘留，導(Dao)緻變形。

同時[Shi]在 PCB 的加[Jia]工過程中，會經過高溫、機械切削、濕[Shi]處理[Li]等各種流程[Cheng]，也會對闆件變形産生重要(Yao)影響，總之可(Ke)以導緻 PCB 闆變(Bian)形的原因複(Fu)雜[Za]多樣，如何減少[Shao]或消[Xiao]除(Chu)由于材料特性不同或者加工引(Yin)起的[De]變形，成為 PCB 制[Zhi]造商面臨的複雜(Za)問題之(Zhi)一(Yi)。

PCB闆變形産生原[Yuan]因分析

PCB 闆的變形需(Xu)要[Yao]從材料、結構、圖形(Xing)分布[Bu]、加工制程等幾個方(Fang)面進行研[Yan]究[Jiu]，文章将對可[Ke]能産生變形[Xing]的各種原因和改[Gai]善方法進行分[Fen]析和闡述。

電路闆(Pan)上的鋪銅(Tong)面面積不均勻，會(Hui)惡化闆彎[Wan]與闆翹。

一般電路闆(Pan)上都會設計有大面積的銅箔[Bo]來當作接地之(Zhi)用，有時候 Vcc 層也會有設計有大[Da]面積的銅箔，當這(Zhe)些大面積的銅箔不能均勻[Yun]地分佈(Bu)在同一片電路闆上的時候[Hou]，就會造(Zao)成吸熱與散熱速(Su)度不均勻的問題。

電路闆(Pan)當然也會熱脹冷縮，如果漲縮不能同時就會[Hui]造成[Cheng]不同的應力而變形，這時候闆[Pan]子的[De]溫[Wen]度如果已經達到了 TG 值的上(Shang)限，闆子就會開始軟化(Hua)，造(Zao)成的變形。

電路闆上各層的連結點（vias，過孔）會限[Xian]制闆子漲縮 。

現今[Jin]的[De]電路闆大多為多層闆，而且層與層之間[Jian]會有向鉚釘一樣[Yang]的連接點（vias），連[Lian]結點又分為通(Tong)孔、盲孔與(Yu)埋孔(Kong)，有連結點的地方會限制闆子[Zi]漲[Zhang]冷縮的效果，也會間接(Jie)造成闆彎與闆翹[Qiao]。

PCB 闆(Pan)變形的原因：

（1）電路闆本身的重量[Liang]會造成闆子[Zi]凹陷變形

一般[Ban]回焊[Han]爐都會使[Shi]用鍊條來(Lai)帶動電路闆于回焊[Han]爐中的前進，也[Ye]就是以闆子(Zi)的兩(Liang)邊當支[Zhi]點撐起整片闆子。

如[Ru]果闆子[Zi]上面有過(Guo)重的零件，或[Huo]是闆子的尺寸(Cun)過大，就會因為[Wei]本身的種量而呈現[Xian]出中間凹陷的[De]現象，造成闆彎。

（2）V-Cut 的深淺[Qian]及連接條會影響拼闆變形量

基本上 V-Cut 就是破壞闆子結構的元(Yuan)兇，因為 V-Cut 就是[Shi]在[Zai]原來一大張的闆材上[Shang]切出溝槽來，所以[Yi] V-Cut 的地[Di]方[Fang]就容易發生變形。

壓合材料(Liao)、結構、圖形(Xing)對闆件變形的響分(Fen)：

PCB 闆由芯闆和半固化(Hua)片以及外(Wai)層銅箔壓合而成，其中芯闆(Pan)與[Yu]銅箔在壓合時受熱變形，變形(Xing)量取決于(Yu)兩種材料的熱膨脹系數（CTE）。

銅箔的熱膨脹系數（CTE）為 17X10-6 左[Zuo]右；而普通 FR-4 基材在(Zai) TG點下 Z 向 CTE 為（50~70）X10-6；TG點(Dian)以上為（250~350）X10-6，X 向 CTE 由于玻璃布存在，一(Yi)般與銅箔類似。

PCB闆加工[Gong]過程中引起的變形

PCB 闆[Pan]加工過程的[De]變形原因非常複[Fu]雜可分為熱應力和機械應力兩種應力導緻。

其中熱應力[Li]主要産生于壓合[He]過程中，機械(Xie)應力主要産生闆[Pan]件堆放、搬[Ban]運、烘[Hong]烤過程中。下[Xia]面按流程順序做簡單讨[Tao]論。

1. 覆銅[Tong]闆來料：

覆[Fu]銅闆(Pan)均(Jun)為雙面闆，結(Jie)構對稱，無圖形，銅箔與玻(Bo)璃布 CTE 相(Xiang)差無幾，所以在壓[Ya]合過程中幾[Ji]乎不會産生因 CTE 不同引起的變形。

但是(Shi)，覆銅闆壓機[Ji]尺寸大，熱盤不同區域存在[Zai]溫差，會導緻壓合過程中不同區(Qu)域樹脂固化速度和程(Cheng)度有細微差異，同[Tong]時不同升溫[Wen]速率下的動黏(Nian)度也有較大差[Cha]異，所(Suo)以也會産生由于固化過程差異帶來的(De)局部應力。

一(Yi)般(Ban)這種(Zhong)應力會在壓合後維持平衡(Heng)，但(Dan)會在日後[Hou]的加[Jia]工中逐漸(Jian)釋放産生變形。

2. 壓合：

PCB 壓合(He)工序是産生熱應力(Li)的主要流程，與覆[Fu]銅闆壓合類似，也會産生固化過[Guo]程差(Cha)異帶來的局部應力，PCB 闆由于厚度更[Geng]厚、圖形分布多樣、半固化片更(Geng)多等原因[Yin]，其熱應力也(Ye)會比覆銅闆更多更難消除。

而 PCB 闆中存(Cun)在的應力，在後繼鑽孔、外形或[Huo]者燒烤等流程中釋放，導緻闆(Pan)件(Jian)産生變形。

3. 阻[Zu]焊、字[Zi]符等烘烤流程：

由于阻焊油墨固(Gu)化時不能互相堆疊，所以 PCB 闆(Pan)都會豎放[Fang]在架子裡烘[Hong]闆固(Gu)化，阻焊溫度[Du] 150℃左右，剛好超過中低 TG材(Cai)料的 TG=G 點，TG點(Dian)以上樹脂為高彈态，闆件容易在自重或者烘箱[Xiang]強風作用下變形。

4. 熱風焊料[Liao]整平：

普通闆(Pan)熱風焊料整平時錫爐溫度為(Wei) 225℃~265℃，時間為 3S-6S。熱風溫度為 280℃~300℃。

焊料整平[Ping]時闆從室溫進[Jin]錫[Xi]爐，出爐後兩分鐘(Zhong)内又進行室溫的[De]後處理水洗。整個熱風焊料整平過程為驟熱驟冷過程。

由于電路闆(Pan)材料不(Bu)同，結構又不均勻，在冷[Leng]熱(Re)過程中必然會出現熱應(Ying)力，導緻微觀應變和整[Zheng]體[Ti]變形翹(Qiao)區。

5.存[Cun]放：

PCB 闆在半成(Cheng)品階段的存[Cun]放一般都堅插在架(Jia)子中，架子松緊調(Diao)整[Zheng]的不合适，或者存放過[Guo]程中堆疊放闆等都會使[Shi]闆件産生機械變形。尤其對于 2.0mm 以[Yi]下的薄[Bao]闆影響[Xiang]更[Geng]為嚴重。

除以(Yi)上因素以[Yi]外，影響 PCB 闆變形的因(Yin)素還有很多。

PCB闆(Pan)翹[Qiao]曲變形的預防

電路闆翹曲(Qu)對印制電路闆的制作影響是非常大的，翹曲也是電路闆制作[Zuo]過程中的重(Zhong)要問題之一(Yi)，裝上元(Yuan)器件的闆子焊接後[Hou]發生彎曲，組件腳很難(Nan)整齊。

闆子(Zi)也無法(Fa)裝到機箱(Xiang)或機内的(De)插座上(Shang)，所以，電路闆[Pan]翹曲會影響到整[Zheng]個[Ge]後序工藝(Yi)的正常運作。

現(Xian)階段印制電(Dian)路[Lu]闆已進入到表面安裝和芯片安[An]裝的時(Shi)代，工藝對(Dui)電路闆(Pan)翹曲的要(Yao)求可謂(Wei)是越來(Lai)越高。所[Suo]以我們要找到[Dao]半路幫翹曲的[De]原因。

1. 工程設計：

印制闆設[She]計時[Shi]應注[Zhu]意事項：

A. 層[Ceng]間半(Ban)固化片的(De)排列應當對稱(Cheng)，例如六層闆[Pan]，1～2 和(He) 5～6 層間的厚(Hou)度和(He)半固化片的張數[Shu]應當一緻，否則層(Ceng)壓後容易[Yi]翹曲。

B. 多(Duo)層[Ceng]闆芯(Xin)闆和半固[Gu]化片(Pian)應使用(Yong)同一供[Gong]應商[Shang]的産品。

C. 外層 A 面和 B 面的線路圖形面積應[Ying]盡量接近[Jin]。若 A 面[Mian]為大銅[Tong]面，而B面隻走幾根(Gen)線，這種[Zhong]印制闆在[Zai]蝕[Shi]刻後就很容易翹曲。如果兩面的[De]線路面積相差太(Tai)大，可在稀(Xi)的一面加一些單獨的網格，以作平衡。

2. 下料前烘闆：

覆銅闆下[Xia]料前烘闆（150 攝氏(Shi)度[Du]，時(Shi)間 8±2 小時）目的是去除闆内的水分[Fen]，同時使闆材内[Nei]的樹脂完全固化，進一步消除闆材中[Zhong]剩餘的應力，這對(Dui)防止闆翹曲是有(You)幫助的。

目前，許多[Duo]雙面、多層[Ceng]闆仍堅持下[Xia]料前或後烘闆(Pan)這一步驟(Zhou)。但也有部分闆[Pan]材廠例外(Wai)，目前各 PCB 廠烘闆的時間規定也不一緻，從 4－10 小時都有，建議根據生産的印(Yin)制闆的檔次和客戶(Hu)對翹曲度(Du)的要求來(Lai)決定。

剪成[Cheng]拼闆後烘還是整塊大料[Liao]烘後下料，二種方法都可行，建議剪料後烘闆(Pan)。内層闆亦[Yi]應烘闆。

3. 半[Ban]固化片的經緯[Wei]向：

半[Ban]固化(Hua)片層壓後經向(Xiang)和緯向收縮率不一樣，下料[Liao]和[He]叠層時必(Bi)須分清經向和緯向。否則，層壓後很容易造成成(Cheng)品闆翹曲，即[Ji]使加壓力烘闆亦很[Hen]難糾(Jiu)正。

多層(Ceng)闆翹[Qiao]曲的原因，很(Hen)多就是層壓時半固化片的經[Jing]緯向(Xiang)沒分清，亂叠放(Fang)而造成的(De)。

如(Ru)何區分[Fen]經緯[Wei]向？成卷的半固[Gu]化片卷起(Qi)的方向是經向，而寬(Kuan)度方向是緯向；對銅箔闆來說長邊時緯向，短邊是經向，如不能确定可向生産商或供應商(Shang)查詢。

4. 層壓後除(Chu)應(Ying)力 ：

多層闆[Pan]在完成熱壓(Ya)冷壓後取出[Chu]，剪或銑掉毛邊，然[Ran]後平放在烘箱内 150 攝氏度烘 4 小時，以[Yi]使闆内的應力[Li]逐漸釋放并使樹脂[Zhi]完全固化，這一步[Bu]驟不可[Ke]省略。

5. 薄闆電鍍時需要拉直：

0.4～0.6mm 超薄多層闆作闆面電鍍和圖形[Xing]電[Dian]鍍時應制作[Zuo]特殊(Shu)的夾輥，在自動電鍍線上的飛巴上[Shang]夾上(Shang)薄闆後，用一條[Tiao]圓棍把整條飛[Fei]巴上[Shang]的夾輥(Gun)串起來，從而拉直輥上(Shang)所有的闆子，這樣電鍍後的(De)闆子就[Jiu]不會變形。

若無此措施，經電鍍二三十微米的銅層[Ceng]後，薄(Bao)闆會彎曲，而且(Qie)難以補救。

6. 熱風整[Zheng]平後闆子的冷卻(Que)：

印制闆熱風(Feng)整平時[Shi]經焊[Han]錫槽(Cao)（約 250 攝[She]氏度）的高溫沖(Chong)擊，取出後應[Ying]放(Fang)到平整的大理石或鋼闆上自然冷卻，在送至後(Hou)處理機作(Zuo)清洗。這(Zhe)樣對闆(Pan)子(Zi)防翹曲很有好處。

有的[De]工廠為(Wei)增強[Qiang]鉛錫表面(Mian)的亮[Liang]度[Du]，闆子熱(Re)風整平後[Hou]馬上投入冷水中(Zhong)，幾秒鐘後取出在[Zai]進行(Hang)後處理，這種一熱一冷的沖擊[Ji]，對某些型号的闆子很可能産生翹曲，分層或起泡(Pao)。

另(Ling)外設備上可加裝(Zhuang)氣浮床來進行冷卻。

7. 翹曲闆子的處理(Li)：

管理有[You]序的工廠，印制闆在終檢驗時會作 100％的平整度(Du)檢查。凡不(Bu)合格的闆子都将挑出(Chu)來，放到烘箱内，在 150 攝氏度及重壓下烘 3～6 小時，并在重壓(Ya)下自然冷卻。

然後卸壓把闆子取出[Chu]，在作平整度檢[Jian]查(Cha)，這樣可挽(Wan)救(Jiu)部分闆子，有的闆子需作二到三次的烘(Hong)壓才能[Neng]整平。若以上[Shang]涉及的防翹曲[Qu]的工(Gong)藝措施不落實，部分闆子烘壓也沒用，隻能報廢。

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