PCB变形的原因和改进

当电路板进行回流焊接时，电路板很容易弯曲并变形。如果是严重的话，甚至会造成空焊和石碑的情况。应该如何克服？
1. PCB电路板变形损坏      在自动表面贴装线上，如果电路板不光滑，会导致定位不准确，元件无法插入或粘贴到电路板的孔和表面贴装垫上，甚至自动插入机也会损坏。装配有元件的电路板在焊接后弯曲，元件支脚难以按顺序切割。电路板不能装入外壳或插座中，因此组装厂卡在电路板上同样令人烦恼。目前，表面贴装技术正朝着高精度，高速度和智能化方向发展，对各种元件所在的PCB板提出了更高的平坦度要求。
      深圳市铭华航电SMT贴片加工厂在IPC标准中，带有表面贴装器件的PCB板的最大允许变形为0.75％，没有表面贴装器件的PCB板的最大允许变形为1.5％。事实上，为了满足高精度和高速安装的要求，一些电子安装制造商对变形量有更严格的要求。例如，我们公司的几个客户允许的最大变形量为0.5％，甚至一些客户需要0.3％。      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是不同的。当压在一起时，不可避免地会发生热应力残留，导致变形。同时在PCB加工过程中，通过高温，机械切削，湿法工艺等工艺，会对板材变形产生很大影响，总之会造成PCB变形复杂，如何减少或消除造成的通过不同的材料特性和加工，PCB制造商的变形是最复杂的问题之一。
2.分析变形原因      PCB板的变形需要从材料，结构，图形分布和加工过程等方面进行研究。本文分析和阐述了可能的变形和改进方法的各种原因。电路板上铜表面的面积不均匀，这会使电路板的弯曲和翘曲变差。      一般的电路板会设计用大面积的铜箔进行接地，有时Vcc层设计了大面积的铜箔，当这些大面积的铜箔不能均匀分布在同一电路板上时，会造成热量不均匀冷却速度，电路板，当然，也可以加热冷胀，如果增加，不能同时可以造成不同的应力和变形，此时板的温度如果Tg已达到上限值，板会开始软化，导致永久变形。电路板每层上的连接点（通孔，通孔）将限制电路板的膨胀和收缩      如今，电路板大多是多层的，层之间会有类似铆钉的连接点（过孔）。连接点分为通孔，盲孔和埋孔。在存在连接点的情况下，板的膨胀和收缩的影响将受到限制，并且还将间接地引起板的弯曲和翘曲。
电路板本身的重量会使电路板的压痕变形      通常，背焊炉将使用链条在背焊炉中向前驱动电路板，也就是说，整个电路板将由电路板两侧的支点支撑。 V形切口的深度和连接将影响面板的变形基本上，V形切割是损坏板结构的罪魁祸首，因为V形切割是切割原始大板上的凹槽，因此V形切割容易变形的地方。2.1声压分析压缩材料，结构和图形对板的变形 PCB板是由芯板，半固化板和外铜箔压缩而成，其中芯板和铜箔在压在一起时会发生热变形，变形量取决于热膨胀系数（CTE） ）这两种材料。铜箔的热膨胀系数（CTE）约为17×10-6。然而，普通fr-4基底在Tg点的Z CTE为（50~70）×10 -6。上述TG点为（250~350）×10-6，由于存在玻璃布，x方向CTE通常与铜箔相似。关于TG点的说明：      当高Tg印刷版的温度增加到一定区域时，基板将从“玻璃态”变为“橡胶态”。此时的温度称为板的玻璃化温度（Tg）。也就是说，Tg是为了保持基材的刚性最高温度（℃）。也就是说，普通的PCB基板材料不仅会产生软化，变形，熔化等现象，而且还会表现出机械和电气特性的急剧下降。通常，Tg板高于130度，高Tg高于170度，中等Tg高于150度。Tg为170℃以上的PCB印刷电路板通常称为高Tg，PCB。      提高了基板的Tg，可以提高印刷电路板的耐热性，耐湿性，耐化学性和稳定性。 TG值越高，板的耐温性越好，特别是在无铅工艺中，应用的TG越高。高Tg是指高耐热性。随着电子工业的快速发展，特别是以计算机为代表的电子产品，PCB基板材料需要更高的耐热性作为重要保证。以SMT和CMT为代表的高密度安装技术的出现和发展使得PCB在小孔径，精细布线和薄成型方面越来越不能支持基板的高耐热性。因此，一般fr-4和高Tg fr-4之间的差异在于热状态下，特别是在吸湿后的热量下，机械强度，尺寸稳定性，粘附性，吸水性，热分解性和热膨胀性。材料不同，高Tg产品明显优于普通PCB基板材料。      由于图形分布与芯板厚度或材料特性的差异，具有良好内部图形的芯板的扩展是不同的。当图形分布与芯板厚度或材料特性不同时，当图形分布更均匀且材料类型一致时，不会发生变形。当PCB板的层压结构不对称或图形分布不均匀时，不同芯板的CTE将大不相同，这将导致压实过程中的变形。变形机制可以通过以下原理来解释。图。 1普通半固化片的动态粘度曲线      假设核心板有两种CTE大差异通过A固化压制在一起，其中A核心板CTE为1.5×10-5 /℃，核心板长度为1000mm。在压制过程中，用作粘合片的半凝固片通过软化，流动和填充三个阶段与两个芯板粘合在一起。      图1为普通FR-4树脂在不同加热速率下底部的运动粘度曲线，一般来说，材料从90℃到流动，并达到TG以上的交联固化开始，并在固化前半固化状态为自由度，自由膨胀芯板和铜箔处于加热状态，其变形可以通过它们的价值来改变CTE和温度。为了模拟压制条件，温度从30℃到180℃，此时，两个芯板的变形分别为Delta LA =（180℃~30℃）x1.5×10 -5 m /℃X1000mm = 2.25 mmDelta LB =（180℃~30℃）X2.5 X10-5 m /℃X1000mm = 3.75 mm
此时，由于半凝固仍处于自由状态，两个芯板一长一短，不干涉，并且尚未变形。，如图2所示，压合后将在高温下保持一段时间，直到A固化完全固化，树脂达到固化状态，此时不能流动，两种芯板在一起。当温度下降，没有夹层树脂束缚时，芯板会回到初始长度，不会产生变形，但实际上两块芯板在高温下已经固化树脂粘合，在冷却过程中不能自动收缩，其中一块核心板收缩应为3.75毫米，实际上当收缩大于2.25毫米时受到A核板的阻碍，要实现两块核心板之间的力平衡，B核心板不能缩小到3.75毫米，而且一颗核心板的收缩将大于2.25mm，使得整个板将朝B芯板弯曲，如图2所示。图2不同CTE芯板压制过程中的变形图      基于以上分析，可以看出PCB板的层叠结构和材料类型是否均匀分布对不同芯板与铜箔之间的CTE差异有直接影响。在压实过程中，通过半凝固板的固定过程保持膨胀和收缩的差异，最终形成PCB板的变形。2.2 PCB加工过程中的变形      PCB板加工过程中变形的原因非常复杂，可分为热应力和机械应力。其中，热应力主要在压制过程中产生，而机械应力主要在堆积，运输和烘烤过程中产生。以下是流程顺序的简要讨论。      覆铜板材：铜包覆板是双面的，结构对称，没有图形。铜箔与玻璃布的CTE几乎相同，因此在压实过程中几乎不会发生由不同CTE引起的变形。然而，由于铜包覆板压机的大尺寸和热板不同区域的温差，在压制过程中不同区域的树脂的固化速度和程度会略有不同，并且动态粘度会不同。加热速率也会有很大差异，因此也会发生由固化过程中的差异引起的局部应力。通常，压缩后应力将得到平衡，但在后续加工中会逐渐释放并产生变形。
      粘贴：PCB压制是产生热应力的主要过程，其中不同材料或结构引起的变形在前一节进行了分析。与覆铜板的压实类似，也会发生由不同固化过程引起的局部应力。由于厚度更厚，图形分布多样化，半固化片材更多，PCB板材的热应力也比铜包层板材更难以消除。 PCB的应力在随后的钻孔，成形或烧烤过程中释放，导致PCB变形。      电阻焊，烘烤工艺等字符：由于阻焊油墨固化不能相互堆叠，所以PCB将在烤盘上设置在烤盘上固化，电阻焊接温度在150℃左右，刚刚超过中下Tg材料点Tg，Tg高于树脂为高弹性状态，板材在重力作用下容易爆破变形或变形。热风焊锡找平：普通板式热风焊锡炉通常的锡炉温度为225℃~265℃，时间为3 s至6 s。热风温度为280℃~300℃。通常的板焊料从室温进入锡炉，后处理洗涤和室温后两分钟。整平热风焊料的整个过程是淬火过程。由于电路板材料不同且结构不均匀，在冷热过程中不可避免地出现热应力，导致微应变和整个变形翘曲区域。      储存：半成品阶段PCB板的储存一般牢固地插入搁板，不适合搁板的紧密调整，或者在储存过程中堆放板放置会造成机械变形。板。特别是，对2.0mm以下薄板的影响更为严重。除上述因素外，影响PCB变形的因素很多。3.改进措施那么如何通过背焊炉防止板材弯曲和板材翘曲？1.降低温度对板材应力的影响      由于“温度”是板材应力的主要来源，只要降低回焊炉的温度或调节回焊炉中慢板的加热和冷却速度，板材弯曲和板材翘曲的情况就可以了大大减少。但可能还有其他副作用。2.高Tg板Tg是玻璃化转变温度，其是材料从玻璃态变为橡胶态的温度。材料的Tg值越低，进入背焊炉后电路板开始变软越快，变成软橡胶状态的时间越长，电路板的变形当然就越严重。使用较高Tg的板可以增加它们承受应力和变形的能力，但是材料的成本相对较高。增加电路板的厚度许多电子产品为了达到更薄的目的，板的厚度有1.0毫米和0.8毫米，即使厚度为0.6毫米，这个厚度保持板焊后炉子不变形，真正站立，建议如果没有轻浮的要求，板子最好可以使用1.6毫米厚度，可以大大降低板材弯曲和变形的风险。4.减小电路板的尺寸和面板的数量由于大部分背焊炉采用链条驱动电路板，电路板的尺寸越大，由于其自身的重量，焊接炉背面凹陷变形，所以尽量放置电路的长边板作为链条上的边缘回到焊接炉，可以减轻电路板本身造成的重量下垂变形，减少化妆的数量也是出于这个原因，也就是说，一个炉子，尽可能用窄边垂直于炉子的方向，可以实现最低的下垂变形。
5.二手托盘夹具如果上述方法难以实现，最后是使用炉盘（回流载体/模板），减少炉托的变形可以减少板弯板变热，因为既热又冷，都希望托盘可以保持电路板等到电路板温度低于Tg值开始变硬，也可以保持花园的大小。如果单层托盘不能减少电路板的变形，就要加一个盖子，将电路板上下两个托盘夹紧，这样电路板背焊炉变形的问题可以大大减少。然而，这种炉托是昂贵的，但也必须添加人工储存和回收托盘。6.使用实心连接和印章孔代替V形切割分隔器由于V形切割会破坏板的结构强度，因此尽量不要使用V形切割器或减小V形切口的深度。实际连接：采用刀式分割机邮票孔PCB生产工程的优化：不同材料对板材变形的影响计算了不同材料的过度变形和缺陷率，结果如表1所示。
从表中可以看出，低Tg材料变形缺陷比高Tg，高Tg材料显示为包装材料，但是，低于Tg的材料，在加工过程中同时加工，烘烤温度150℃，最高对较低Tg材料的影响将大于高Tg材料。工程设计研究工程设计应尽可能避免结构不对称，材料不对称和图形不对称的设计，以减少变形的产生。同时，在研究过程中还发现，芯板的直接压缩结构比铜箔更容易变形。
从表2可以看出，两种结构的不合格缺陷率明显不同，可以理解为芯板的压缩结构由三个芯板组成。不同芯板之间的膨胀和收缩以及应力变化更复杂且难以消除。在工程设计中，胶合板框架的形状对变形也有很大影响。一般来说，PCB工厂会有大的连续铜框架和不连续的铜点或铜块框架，它们也有不同的差异。
表3显示了两种边框设计板的对比测试结果。两种框架的变形不同的原因是连续铜皮革框架具有高强度，在压制和胶合板的过程中刚性相对较大，这使得板材中的残余应力不易释放，并着重于形状加工后的释放，导致更严重的变形。非连续铜点框架逐渐释放压制和后续加工中的应力