PCB高頻電路板變形的危害

　　在自動(dòng)化表面貼裝線上，電路板若不平整，會(huì)引起定位不準(zhǔn)，元器件無(wú)法插裝或貼裝到高頻電路板板子的孔和表面貼裝焊盤(pán)上，甚至?xí)矇淖詣?dòng)插裝機(jī)。裝上元器件的電路板焊接后發(fā)生彎曲，元件腳很難剪平整齊。高頻電路板板子也無(wú)法裝到機(jī)箱或機(jī)內(nèi)的插座上，所以，裝配廠碰到板翹同樣是十分煩惱。

　　目前的表面貼裝技術(shù)正在朝著高精度、高速度、智能化方向發(fā)展，這就對(duì)作為各種元器件家園的PCB高頻電路板提出了更高的平整度要求。

　　在IPC標(biāo)準(zhǔn)中特別指出帶有表面貼裝器件的PCB高頻電路板允許的變形量為0.75%，沒(méi)有表面貼裝的PCB高頻電路板允許的變形量為1.5%。

　　實(shí)際上，為滿足高精度和高速度貼裝的需求，部分電子裝配廠家對(duì)變形量的要求更加嚴(yán)格，如有要求允許的變形量為0.5%，甚至有個(gè)別要求0.3%。

　　PCB高頻電路板由銅箔、樹(shù)脂、玻璃布等材料組成，各材料物理和化學(xué)性能均不相同，壓合在一起后必然會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力殘留，導(dǎo)致變形。

　　同時(shí)在PCB的加工過(guò)程中，會(huì)經(jīng)過(guò)高溫、機(jī)械切削、濕處理等各種流程，也會(huì)對(duì)板件變形產(chǎn)生重要影響，總之可以導(dǎo)致PCB高頻電路板變形的原因復(fù)雜多樣，如何減少或消除由于材料特性不同或者加工引起的變形，成為PCB制造商面臨的復(fù)雜問(wèn)題之一。

　　PCB高頻電路板變形產(chǎn)生原因分析

　　PCB高頻電路板的變形需要從材料、結(jié)構(gòu)、圖形分布、加工制程等幾個(gè)方面進(jìn)行研究，文章將對(duì)可能產(chǎn)生變形的各種原因和改善方法進(jìn)行分析和闡述。

　　電路板上的鋪銅面面積不均勻，會(huì)惡化板彎與板翹。

　　一般電路板上都會(huì)設(shè)計(jì)有大面積的銅箔來(lái)當(dāng)作接地之用，有時(shí)候Vcc層也會(huì)有設(shè)計(jì)有大面積的銅箔，當(dāng)這些大面積的銅箔不能均勻地分布在同一片電路板上的時(shí)候，就會(huì)造成吸熱與散熱速度不均勻的問(wèn)題。

　　電路板當(dāng)然也會(huì)熱脹冷縮，如果漲縮不能同時(shí)就會(huì)造成不同的應(yīng)力而變形，這時(shí)候高頻電路板板子的溫度如果已經(jīng)達(dá)到了Tg值的上限，高頻電路板板子就會(huì)開(kāi)始軟化，造成的變形。

　　電路板上各層的連結(jié)點(diǎn)（vias，過(guò)孔）會(huì)限制高頻電路板板子漲縮。

　　現(xiàn)今的電路板大多為多層板，而且層與層之間會(huì)有像鉚釘一樣的連接點(diǎn)（vias），連結(jié)點(diǎn)又分為通孔、盲孔與埋孔，有連結(jié)點(diǎn)的地方會(huì)限制高頻電路板板子漲冷縮的效果，也會(huì)間接造成板彎與板翹。

　　PCB高頻電路板變形的原因：

　?。?span style="font-family: Calibri;">1）電路板本身的重量會(huì)造成高頻電路板板子凹陷變形

　　一般回焊爐都會(huì)使用鏈條來(lái)帶動(dòng)電路板于回焊爐中的前進(jìn)，也就是以高頻電路板板子的兩邊當(dāng)支點(diǎn)撐起整片高頻電路板板子。

　　如果高頻電路板板子上面有過(guò)重的零件，或是高頻電路板板子的尺寸過(guò)大，就會(huì)因?yàn)楸旧淼闹亓慷尸F(xiàn)出中間凹陷的現(xiàn)象，造成板彎。

　　（2）V-Cut的深淺及連接條會(huì)影響拼板變形量

　　基本上V-Cut就是破壞高頻電路板板子結(jié)構(gòu)的元兇，因?yàn)?span style="font-family: Calibri;">V-Cut就是在原來(lái)一大張的板材上切出溝槽來(lái)，所以V-Cut的地方就容易發(fā)生變形。

　　壓合材料、結(jié)構(gòu)、圖形對(duì)板件變形的影響：

　　PCB高頻電路板由芯板和半固化片以及外層銅箔壓合而成，其中芯板與銅箔在壓合時(shí)受熱變形，變形量取決于兩種材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）。

　　銅箔的熱膨脹系數(shù)（CTE）為17X10-6左右；而普通FR-4基材在Tg點(diǎn)下Z向CTE為（50~70）X10-6；TG點(diǎn)以上為（250~350）X10-6，X向CTE由于玻璃布存在，一般與銅箔類(lèi)似。

　　PCB高頻電路板加工過(guò)程中引起的變形

　　PCB高頻電路板加工過(guò)程的變形原因非常復(fù)雜可分為熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力兩種應(yīng)力導(dǎo)致。

　　其中熱應(yīng)力主要產(chǎn)生于壓合過(guò)程中，機(jī)械應(yīng)力主要產(chǎn)生板件堆放、搬運(yùn)、烘烤過(guò)程中。下面按流程順序做簡(jiǎn)單討論。

　　1.覆銅板來(lái)料：

　　覆銅板均為雙面板，結(jié)構(gòu)對(duì)稱，無(wú)圖形，銅箔與玻璃布CTE相差無(wú)幾，所以在壓合過(guò)程中幾乎不會(huì)產(chǎn)生因CTE不同引起的變形。

　　但是，覆銅板壓機(jī)尺寸大，熱盤(pán)不同區(qū)域存在溫差，會(huì)導(dǎo)致壓合過(guò)程中不同區(qū)域樹(shù)脂固化速度和程度有細(xì)微差異，同時(shí)不同升溫速率下的動(dòng)黏度也有較大差異，所以也會(huì)產(chǎn)生由于固化過(guò)程差異帶來(lái)的局部應(yīng)力。

　　一般這種應(yīng)力會(huì)在壓合后維持平衡，但會(huì)在日后的加工中逐漸釋放產(chǎn)生變形。

　　2.壓合：

　　PCB壓合工序是產(chǎn)生熱應(yīng)力的主要流程，與覆銅板壓合類(lèi)似，也會(huì)產(chǎn)生固化過(guò)程差異帶來(lái)的局部應(yīng)力，PCB高頻電路板由于厚度更厚、圖形分布多樣、半固化片更多等原因，其熱應(yīng)力也會(huì)比覆銅板更多更難消除。

　　而PCB高頻電路板中存在的應(yīng)力，在后繼鉆孔、外形或者燒烤等流程中釋放，導(dǎo)致板件產(chǎn)生變形。

　　3.阻焊、字符等烘烤流程：

　　由于阻焊油墨固化時(shí)不能互相堆疊，所以PCB高頻電路板都會(huì)豎放在架子里烘板固化，阻焊溫度150℃左右，剛好超過(guò)中低Tg材料的Tg點(diǎn)，Tg點(diǎn)以上樹(shù)脂為高彈態(tài)，板件容易在自重或者烘箱強(qiáng)風(fēng)作用下變形。

　　4.熱風(fēng)焊料整平：

　　普通板熱風(fēng)焊料整平時(shí)錫爐溫度為225℃~265℃，時(shí)間為3S-6S。熱風(fēng)溫度為280℃~300℃。

　　焊料整平時(shí)板從室溫進(jìn)錫爐，出爐后兩分鐘內(nèi)又進(jìn)行室溫的后處理水洗。整個(gè)熱風(fēng)焊料整平過(guò)程為驟熱驟冷過(guò)程。

　　由于電路板材料不同，結(jié)構(gòu)又不均勻，在冷熱過(guò)程中必然會(huì)出現(xiàn)熱應(yīng)力，導(dǎo)致微觀應(yīng)變和整體變形翹曲。

　　5.存放：

　　PCB高頻電路板在半成品階段的存放一般都豎插在架子中，架子松緊調(diào)整的不合適，或者存放過(guò)程中堆疊放板等都會(huì)使板件產(chǎn)生機(jī)械變形。尤其對(duì)于2.0mm以下的薄板影響更為嚴(yán)重。

　　除以上因素以外，影響PCB高頻電路板變形的因素還有很多。

　　PCB高頻電路板翹曲變形的預(yù)防

　　電路板翹曲對(duì)印制電路板的制作影響是非常大的，翹曲也是電路板制作過(guò)程中的重要問(wèn)題之一，裝上元器件的高頻電路板板子焊接后發(fā)生彎曲，組件腳很難整齊。

　　高頻電路板板子也無(wú)法裝到機(jī)箱或機(jī)內(nèi)的插座上，所以，電路板翹曲會(huì)影響到整個(gè)后序工藝的正常運(yùn)作。

　　現(xiàn)階段印制電路板已進(jìn)入到表面安裝和芯片安裝的時(shí)代，工藝對(duì)電路板翹曲的要求可謂是越來(lái)越高。所以我們要找到電路板翹曲的原因。

　　1.工程設(shè)計(jì)：

　　印制板設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng)：

　　A.層間半固化片的排列應(yīng)當(dāng)對(duì)稱，例如六層板，1～2和5～6層間的厚度和半固化片的張數(shù)應(yīng)當(dāng)一致，否則層壓后容易翹曲。

　　B.多層板芯板和半固化片應(yīng)使用同一供應(yīng)商的產(chǎn)品。

　　C.外層A面和B面的線路圖形面積應(yīng)盡量接近。若A面為大銅面，而B面僅走幾根線，這種印制板在蝕刻后就很容易翹曲。如果兩面的線路面積相差太大，可在稀疏的一面加一些獨(dú)立的網(wǎng)格，以作平衡。

　　2.下料前烘板：

　　覆銅板下料前烘板（150攝氏度，時(shí)間8±2小時(shí)）目的是去除板內(nèi)的水分，同時(shí)使板材內(nèi)的樹(shù)脂完全固化，進(jìn)一步消除板材中剩余的應(yīng)力，這對(duì)防止板翹曲是有幫助的。

　　目前，許多雙面、多層板仍堅(jiān)持下料前或后烘板這一步驟。但也有部分板材廠例外，目前各PCB廠烘板的時(shí)間規(guī)定也不一致，從4－10小時(shí)都有，建議根據(jù)生產(chǎn)的印制板的檔次和客戶對(duì)翹曲度的要求來(lái)決定。

　　剪成拼板后烘還是整塊大料烘后下料，二種方法都可行，建議剪料后烘板。內(nèi)層板亦應(yīng)烘板。

　　3.層壓后除應(yīng)力：

　　多層板在完成熱壓冷壓后取出，剪或銑掉毛邊，然后平放在烘箱內(nèi)150攝氏度烘4小時(shí)，以使板內(nèi)的應(yīng)力逐漸釋放并使樹(shù)脂完全固化，這一步驟不可省略。

　　4.薄板電鍍時(shí)需要拉直：

　　0.4～0.6mm超薄多層板作板面電鍍和圖形電鍍時(shí)應(yīng)制作特殊的夾輥，在自動(dòng)電鍍線上的飛巴上夾上薄板后，用一條圓棍把整條飛巴上的夾輥串起來(lái)，從而拉直輥上所有的高頻電路板板子，這樣電鍍后的高頻電路板板子就不會(huì)變形。

　　若無(wú)此措施，經(jīng)電鍍二三十微米的銅層后，薄板會(huì)彎曲，而且難以補(bǔ)救。

　　5.半固化片的經(jīng)緯向：

　　半固化片層壓后經(jīng)向和緯向收縮率不一樣，下料和迭層時(shí)必須分清經(jīng)向和緯向。否則，層壓后很容易造成成品板翹曲，即使加壓力烘板亦很難糾正。

　　多層板翹曲的原因，很多就是層壓時(shí)半固化片的經(jīng)緯向沒(méi)分清，亂迭放而造成的。

　　如何區(qū)分經(jīng)緯向？成卷的半固化片卷起的方向是經(jīng)向，而寬度方向是緯向；對(duì)銅箔板來(lái)說(shuō)長(zhǎng)邊是緯向，短邊是經(jīng)向，如不能確定可向生產(chǎn)商或供應(yīng)商查詢。

　　6.熱風(fēng)整平后高頻電路板板子的冷卻：

　　印制板熱風(fēng)整平時(shí)經(jīng)焊錫槽（約250攝氏度）的高溫沖擊，取出后應(yīng)放到平整的大理石或鋼板上自然冷卻，在送至后處理機(jī)作清洗。這樣對(duì)高頻電路板板子防翹曲很有好處。

　　有的工廠為增強(qiáng)鉛錫表面的亮度，高頻電路板板子熱風(fēng)整平后馬上投入冷水中，幾秒鐘后取出再進(jìn)行后處理，這種一熱一冷的沖擊，對(duì)某些型號(hào)的高頻電路板板子很可能產(chǎn)生翹曲，分層或起泡。

　　另外設(shè)備上可加裝氣浮床來(lái)進(jìn)行冷卻。

　　7.翹曲高頻電路板板子的處理：

　　管理有序的工廠，印制板在終檢驗(yàn)時(shí)會(huì)作100％的平整度檢查。凡不合格的高頻電路板板子都將挑出來(lái)，放到烘箱內(nèi)，在150攝氏度及重壓下烘3～6小時(shí)，并在重壓下自然冷卻。

　　然后卸壓把高頻電路板板子取出，再作平整度檢查，這樣可挽救部分高頻電路板板子，有的高頻電路板板子需作二到三次的烘壓才能整平。若以上涉及的防翹曲的工藝措施不落實(shí)，部分高頻電路板板子烘壓也沒(méi)用，只能報(bào)廢。