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PCB电路板板翘曲的预防和整平方法

文章来源:亚洲城人气:发表时间:2018-08-28 07:15

  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。

  (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。

  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。

  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h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。

  h板的方法是:有条件的PCB厂是采用大型烘箱h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h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。

  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。

  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?

  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,这里推二种整平操作方法:

  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。

  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中(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。

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