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PCB生产中翘曲的预防及矫正方法

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  • PCB翘曲矫正
2023-12-26 16:42:29
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业内人士一定非常清楚PCB翘曲的影响。比如会阻碍SMT电子元件的安装,使电子元件(包括集成块)与PCB板的焊点接触不良,或者在所有电子元件安装完毕后难以切脚,以及在波峰焊的过程中,基板上的焊盘部分会因为翘曲而无法与焊料侧连接。

PCB翘曲的主要原因是基板(覆铜层压板)翘曲。除此之外,在PCB板的加工过程中,由于热应力的影响,化学物质的影响,以及不当的生产工艺,也会导致PCB翘曲。

所以对于PCB板厂商来说,首先是防止加工过程中PCB翘曲;而对于已经翘曲的PCB板,应该有一个合适有效的处理方法。


加工过程中防止印刷电路板翘曲


防止因库存模式不当而导致的翘曲

在储存期间,覆铜板的翘曲会因其吸收水分而增加。对于单面覆铜板来说,其吸湿面积较大,如果库存环境中湿度过高,其翘曲会显著增加。而且对于双面覆铜板来说,水分只能从产品的端面渗透,所以吸湿面积小,翘曲变化慢。因此,对于没有防潮包装的覆铜板,制造商应注意仓库的条件,尽量降低仓库的湿度,以避免覆铜板在储存过程中翘曲的增加。


 覆铜板放置不当会增加翘曲。

设置过紧、被重物压住、放置不当等。会增加铜板的变形。



覆铜层压板


避免因设计不当或加工不当造成的翘曲

如果PCB板导电电路图形不平衡或者PCB板两侧明显不对称,就会有一侧出现大面积的铜皮,形成较大的应力,造成PCB板翘曲。此外,PCB板加工过程中的高加工温度或大的热冲击也会引起翘曲。

对于库存模式不当的影响,工厂可以通过改善仓储环境,避免垂直摆放和重压,轻松解决。但对于铜皮面积较大的PCB板,最好将铜箔网格化,以减少应力。


消除基板上的应力

在PCB板的加工过程中,基板被多次加热,并受到各种化学物质的影响。例如,在衬底被蚀刻后,它应该被清洗、干燥和加热。在图案电镀的过程中,电镀通常是热的。印刷绿色油和标志字符后,PCB板应干燥或用紫外线加热。并且在用热空气涂覆焊料的过程中,基板会受到很大的热冲击。上述所有工艺都会导致PCB板翘曲。




烘烤板

由于应力是基板翘曲的主要原因,许多PCB工厂会在使用覆铜板之前对板进行烘烤,这被认为有利于减少PCB板的翘曲。烤盘可以充分释放基板的应力,从而减少PCB板生产中基板的变形。

大型PCB板工厂通常使用大型烤箱来干燥电路板。在投入生产之前,将一大堆覆铜层压板放入烘箱中,在接近基板玻璃化转变温度的温度下烘烤几个小时。用烘烤后的覆铜板制作的PCB板翘曲变形小,合格率高。对于一些小的PCB板厂,如果没有这么大的烤箱,可以把基板切成更小的块再烤。在烘烤的过程中,要有一个物体压在板上,以保持应力松弛过程中基板的平衡。烘焙温度不能太高也不能太低。温度过高时基板容易变色,温度过低时需要更长的时间来松弛基板应力。



基板的位置


PCB翘曲的矫正方法

PCB板生产过程中的翘曲时间水平

在PCB板的生产过程中,挑出翘曲较大的板材,用滚压校平机将翘曲校平,然后将板材放入下一道工序。许多PCB板制造商认为这种方法对于降低成品PCB板的翘曲率是有效的。



滚压校平机


成品PCB翘曲的整平方法

对于翘曲明显无法用擀面杖校平的成品PCB板,有些工厂尝试将其放入副压机(类似于手爪)中,用冷压校平几个小时。但是,这种方法不是很有效,因为整平的效果不大,而且整平后的板材容易反弹(即翘曲恢复)。

而另一些工厂会先将压机加热到一定温度,然后用热压的方法将翘曲的PCB板压平,效果会比冷压好。但如果压力过大,导线会变形;而且温度过高会导致松香水变色。

无论是冷压整平还是热压整平,都需要很长时间(几个小时到十几个小时)才能见效,而且整平后的PCB板翘曲反弹的比例很高。有没有更好的调平方法?


弧形模具热压调平法

根据高分子材料的力学性能,推荐热压调平法。这里有两种操作方法:


烘炉找平法

使PCB板的翘曲面向弧形模具的曲面,调节螺钉使PCB板沿翘曲的反方向轻微变形,然后将装有PCB板的弧形模具放入已加热到一定温度的烘箱中烘烤一段时间。在加热条件下,基板的应力逐渐松弛,使变形的PCB板恢复到平坦状态。但烘烤温度不宜过高,以免松香水变色或底材发黄。但是,温度也不能太低,否则低温下需要很长时间才能完全放松压力。

通常,基板的玻璃化转变温度可以用作烘焙的参考温度。也是树脂的相变点,在该点聚合物链段可以重新排列,充分松弛基板应力,流平效果明显。用弧形模具找平只需要很少的投资。PCB板厂都有烤箱。调平操作非常简单。而且如果翘板数量比较多,多做几个弧形模具就够了。况且一个烤箱一次可以放几个模具,烘烤时间比较短(几十分钟左右),所以整平效率比较高。



玻璃化温度


压缩调平方法

对于翘曲变形较小的PCB板,首先将放入已加热到一定温度的烘箱中,该温度由基板的玻璃化转变温度决定。将板材烘烤一定时间后,取出几块板材,夹入弧形模具中。然后调整螺丝,使木板向其翘曲的相反方向轻微变形。待板材冷却定型后,即可拆模,取出整平后的PCB板。

另外,最好提前做几个小测试,确定流平的烘烤温度和烘烤时间。烘烤时间越长,基板烘烤得越好,流平效果就越好,PCB板翘曲回弹就越少。

用弧形模具整平后,PCB板的翘曲回弹率低得多,PCB板的颜色变化小。并且即使经过波峰焊接,PCB板仍能保持平整状态。


PCB翘曲是所有PCB板厂的“头痛”问题,它不仅降低了产量,还影响了交货时间。如果使用弧形模具进行热压整平,并采用合理合适的整平工艺,可以将翘曲的PCB板完美整平,从而有效解决前述的良率和交货期问题。