SMT電路板PCB翹曲度的原因及解決辦法

為了正確放置SMT組件，PCB必須保持完全平整。為了準確放置，貼片機必須將SMT組件釋放到所有組件的電路板上方相同高度。

如果PCB有翹曲，也就是說不平整，則機器在將元件放置在電路板上時，在釋放元件時無法保持恒定的高度——這會影響放置的準確性，尤其是對于細間距元件。

此外，平面PCB有助于在回流期間將SMT組件保持在適當?shù)奈恢谩Ｈ绻亓鳡t內的高溫導致電路板平整度發(fā)生變化，則SMT組件可能會因為它們漂浮在熔融焊料上而滑出位置，從而導致焊料橋接和開路。

一、什么是PCB翹曲？

PCB通常由玻璃纖維和其他一些復合材料制成，大多數(shù)PCB僅層壓一次并且非常簡單。

PCB翹曲就是PCB形狀改變了，具體的如下圖所示，很明顯的PCB翹曲。

PCB翹曲

二、PCB翹曲標準是多少？

根據(jù)IPS標準，所需貼裝PCB的翹曲度（WD）應小于或等于0.75%。也就是說，當WD大于0.75%時，應判斷為翹板，或缺陷產品。

實際上，在不安裝元件而只需要插件的情況下，板的平整度要求更低，WD標準可以小于或等于1.5%。

當然，有些廠家為了滿足更高的客戶需求，他們可以追求更嚴格的標準，有些WD標準需要小于或等于0.5%，甚至這個要求達到小于或等于0.3%。

三、PCB翹曲度的計算公式

翹曲，顧名思義，就是PCB印制板是否平整，能否完美地插入板子的孔洞和表面貼裝焊盤中。

翹曲通常是指塑件表面未按設計形狀成型的變形。影響翹曲的因素很多，所以在生產過程中一定要注意。畢竟，每一個微小的錯誤都可能使整個電路板報廢。那么如何計算PCB的翹曲？

PCB翹曲度計算公式：

翹曲=單角翹曲高度/(PCB對角線長度*2)*100%

PCB翹曲度計算公式

在自動插線中，如果PCB不平整，會造成定位不準，甚至會導致自動插機死機。如果在元件焊接后板子彎曲，非常難以整齊地切割元件腳，最終會導致PCB電路板無法安裝在機箱或機器中的插座中，相當于報廢了一個一塊電路板。如果廠家遇到PCB翹曲就是一件很心疼的事情。

四、PCB翹曲原因

1、PCB翹曲原因

1）電路板本身的重量會導致板子凹陷變形

一般回流爐是用鏈條帶動電路板在回流爐內向前移動，即以板子兩側為支點支撐整塊板子。

如果板子上有重物，或者板子尺寸過大，由于板子的量，中間會出現(xiàn)凹陷，導致板子彎曲。

2）V-cut太深，導致兩側V-cut處翹曲

基本上，V-Cut是破壞板子結構的罪魁禍首，因為V-Cut在原大片材上切槽，所以V-Cut容易翹曲。

材料、結構、圖形對板翹曲的影響：PCB由芯板、半固化片和外層銅箔壓制而成。芯板和銅箔在壓在一起時會因熱而變形。翹曲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）約為17X10-6；而普通FR-4基材Tg點下Z向CTE為(5070)X10-6；TG點以上為(250350)X10-6，由于玻璃布的存在，X方向CTE一般與銅箔相近。

2、PCB加工過程中引起的翹曲

PCB加工翹曲的原因很復雜，可以分為熱應力和機械應力。

其中，熱應力主要在壓制過程中產生，機械應力主要在板材的堆垛、搬運和烘烤過程中產生。

1）來料覆銅板過程中引起的PCB翹曲

覆銅板均為雙面，結構對稱，無圖形。銅箔和玻璃布的CTE幾乎相同，因此在壓制過程中幾乎沒有因CTE不同而引起的翹曲。

但覆銅板壓機尺寸較大，熱板不同區(qū)域的溫差會導致壓合過程中不同區(qū)域的樹脂固化速度和固化程度略有差異。同時，不同升溫速率下的動態(tài)粘度也有較大差異，因此也會因固化過程的不同而產生局部應力。

一般這種應力在壓制后會保持平衡，但在以后的加工過程中會逐漸釋放和變形。

2）PCB壓制過程中引起的PCB翹曲

PCB壓制過程是產生熱應力的主要過程。與覆銅板的壓制類似，也會因固化工藝的不同而產生局部應力。由于厚度較厚，圖案分布多樣，預浸料較多，熱應力會比覆銅板更難消除。

PCB板中的應力在隨后的鉆孔、成型或燒烤過程中釋放，導致板變形。

3）阻焊層和絲印烘烤過程中引起的PCB翹曲

由于在固化過程中阻焊油墨不能相互堆疊，PCB板將放置在機架中烘烤板固化。

阻焊溫度在150℃左右，超過覆銅板的Tg值，PCB容易軟化導致不能耐高溫。造商必須均勻加熱基板的兩面，同時保持加工時間盡可能短，以減少基板的翹曲。

PCB翹曲

4）PCB冷卻和加熱過程中引起的PCB翹曲

錫爐溫度225℃-265℃，普通板熱風焊料整平時間3s-6s。熱風溫度為280℃-300℃。

焊料整平后，板子從常溫下放入錫爐，出爐后兩分鐘內進行常溫后處理水洗。整個熱風焊錫整平過程是一個突然加熱和冷卻的過程。

由于電路板的材料不同，結構不均勻，在冷卻和加熱過程中不可避免地會出現(xiàn)熱應力，導致微觀應變和整體變形翹曲區(qū)域。

5）儲存不當造成的PCB翹曲

PCB板在半成品階段的存放，一般都是牢固地插在貨架上，貨架的松緊度沒有調整好，或者存放過程中板子的堆放會導致板子發(fā)生機械變形。

尤其是2.0mm以下的薄板，影響更為嚴重。

3、工程設計的原因

1、電路板上的銅表面積不均勻，一側多，另一側少。線條稀疏的地方，表面張力會比密集的地方弱，溫度過高會導致板翹曲。

2、由于特殊的介質或阻抗關系，層壓結構可能不對稱，導致板子翹曲。

3、板子本身的鏤空位置太大而且很多，溫度太高容易翹曲。

4、板上的面板數(shù)量過多，面板之間的間距是空心的，尤其是矩形板，也容易翹曲。

五、PCB翹曲怎么改善？

1、PCB設計時的注意事項

1）板內鋪銅，增加版面張力。

當板長80mm以上無銅，板厚小于1.0mm時，會導致板翹。

銅前

如果板子不能壓合，又不能加厚，就采用重壓翹板。

鍍銅后

2）鏤空區(qū)域覆銅，加上工藝

當板子空心位置太多，板子太大時，回流焊后容易彎曲。

在PCB的制造過程中，所有介電層之間分布均勻。然而，正是銅層分布不均勻導致PCB翹曲發(fā)生。為防止翹曲，設計工程師必須平衡電路板每一層上的銅圖案與電路面積。設計工程師還必須平衡元件布局、裝配分布和熱分布以減少翹曲。

鏤空區(qū)域覆銅，加上工藝

例如，如果最外面的頂面有一個大的銅表面，而最外面的底面只有很少的銅跡線，那么PCB在蝕刻后將有更大的翹曲趨勢。設計工程師必須確保兩個外層的線圖案面積盡可能匹配。如果兩側的銅面積差異很大，則設計人員最好在薄側添加一個單獨的銅網(wǎng)格以平衡兩者。

鍍銅前

建議：在鏤空區(qū)域鍍銅，減少板子翹曲；另外，如果板子內部不影響功能，也要鋪銅；最后一個建議是加工藝邊，邊工藝邊鋪銅。

鍍銅后

3）芯板與PP板為同一品牌

多層板的芯板和PP板必須是同一品牌，否則板子會翹曲。

比如6層板的pp片材不對稱：2-3芯板的pp片材薄，4-5芯板的pp片材厚，這樣一壓就翹了被壓了出來。因此，芯板和PP片材必須是同一品牌，以保證厚度一致，保證多層板PP片材的對稱性。

4）層預浸料的排列保持對稱

制造商必須確保層間預浸料的排列保持對稱。例如，對于六層板，1-2層和5-6層之間的厚度最好相同，包括預浸料片的數(shù)量。這將防止層壓后翹曲。

層預浸料的排列保持對稱

2、PCB加工過程中的注意事項

1）切割前的PCB

覆銅板切割前對PCB進行烘烤（150℃，時間8±2小時）的目的是為了去除板子中的水分，同時使板子中的樹脂完全固化，進一步消除電路板中的剩余應力，這對于防止電路板翹曲很有用。

目前，很多雙面、多層板仍堅持下料前或下料后的烘烤步驟。但是，有些板廠也有例外。目前PCB廠的烘干時間也不一致，4-10小時不等。建議根據(jù)生產的印制板等級和客戶對翹曲的要求來決定。

整塊烤好后切割成拼圖或下料后再烤，兩種方法都是可行的。建議切割后烤板，內板也應該烤。

2）預浸料的經(jīng)緯度

預浸料貼合后，經(jīng)緯向收縮率不同，落料和貼合時必須區(qū)分經(jīng)緯向，否則容易造成成品板貼合后翹曲，即使對烤板施加壓力也難以矯正。

造成多層板翹曲的原因很多是由于層壓時預浸料在經(jīng)緯方向上沒有區(qū)分，隨意堆放。

如何區(qū)分經(jīng)緯度？軋制預浸料的軋制方向為經(jīng)向，寬度方向為緯向；對于銅箔板，長邊為緯向，短邊為經(jīng)向。如果你不確定，可以向制造商或供應商查詢。

3）貼合后應力消除

多層板經(jīng)過熱壓和冷壓后，取出、切割或銑掉毛刺，然后平放在150℃的烤箱中4小時，逐漸釋放板內應力并使樹脂完全固化，這一步不能省略。

4）薄板在電鍍時需要矯直

0.4～0.6mm超薄多層板用于表面電鍍和圖案電鍍時，應制作專用夾輥。在自動電鍍線上將薄板夾在夾輥上后，用圓棒夾住整個夾輥。將滾輪串在一起，將滾輪上的所有板材拉直，使電鍍后的板材不會變形。

沒有這個措施，電鍍20到30um的銅層后，板材會彎曲，很難補救。

5）熱風整平后板子的冷卻

PCB用熱風整平時，會受到焊錫槽的高溫（約250℃）的影響。取出后應放在平整的大理石或鋼板上自然冷卻，然后送至后處理機進行清洗，這有利于防止電路板翹曲。

有的工廠為了提高鉛錫面的亮度，熱風整平后立即將板子放入冷水中，幾秒鐘后取出進行后處理。這種冷熱沖擊可能會導致某些類型的電路板翹曲。扭曲、分層或起泡。

此外，可在設備上安裝氣浮床進行冷卻。

六、PCB翹曲修復方法

1、PCB工序中PCB翹曲修復

在PCB工序中，翹曲比較大的板材通過輥式整平機挑出整平，然后進入下一道工序。許多PCB制造商認為這種做法對于降低PCB成品板的翹曲率是有效的。

2、PCB成品板翹曲修復

對于成品，翹曲明顯超差，不能用輥式整平機整平。一些PCB廠將其放入小型壓力機（或類似夾具）中以壓制翹曲的PCB板，停留幾個小時到十個小時進行冷壓整平，從實際應用來看，這種做法的效果并不是很明顯。一是整平效果不大，二是壓平后的板子容易回彈（即翹曲恢復）。

有的PCB廠會把小壓機加熱到一定溫度，再對壓平的PCB板進行熱壓，效果會比冷壓好，但壓力過大會導致線材變形；如果溫度過高會產生松香變色及其變色等缺陷。而且，無論是冷壓整平還是熱壓整平，都需要很長時間（幾個小時到十幾個小時）才能看到效果，壓平后的PCB板翹曲反彈比例也很高。

這里推薦了弓形模具的熱沖壓壓平方法。根據(jù)要平整的PCB面積，使用簡單的弓形模具（見圖1）。這里，提出了兩種類型的調平操作。

1）將翹曲的PCB板夾入弓形模具，放入烤箱烘烤整平方法：

翹曲的PCB板彎曲面對模具的曲面，調整夾具螺絲使PCB板向反方向變形翹曲，然后將帶有PCB板的模具放入烤箱中加熱到一定溫度進行烘烤，烤一會兒。在加熱條件下，基板應力逐漸松弛，變形的PCB板恢復到平整狀態(tài)。但烘烤溫度不宜過高，以免松香變色或基材變黃。但溫度不宜過低，在較低溫度下完全松弛應力需要較長時間。

一般可以將基材的玻璃化轉變溫度作為烘烤的參考溫度，玻璃化轉變溫度是樹脂的相變點，在此溫度下聚合物鏈段可以重新排列，使基材應力充分松弛。

因為平整效果很明顯，用弓形模具壓扁的好處是投資很小。烤箱都可以在PCB工廠獲得。調平操作非常簡單。如果翹板數(shù)量比較多，做幾個弓形模具就夠了。你可以將它們放入烤箱一次。模具少，干燥時間比較短（幾十分鐘左右），所以整平工作效率比較高。

2）將PCB板軟化后夾入弓形模具壓平方法：

對于翹曲變形比較小的PCB板，可以將待整平的PCB板放入已經(jīng)加熱到一定溫度的烘箱中（即溫度設定可參照基材的玻璃化轉變溫度確定，基材在烘箱中烘烤一定時間，觀察軟化情況確定。一般玻璃纖維布基材的烘烤溫度較高，紙基板的烘烤溫度可以低一些；厚板的烘烤溫度可以略高一些，薄板的烘烤溫度可以略低一些。

噴過松香的PCB板，烘烤溫度不宜過高。烘烤一定時間，然后取幾張到十幾張，夾入弓形模具，調整壓力螺絲，并使PCB板輕微翹曲，反方向變形。板子冷卻定型后，即可卸模，取出壓平的PCB板。

弓模壓平后PCB板翹曲低；即使經(jīng)過波峰焊后也基本可以保持平整狀態(tài)；對PCB板外觀顏色的影響也很小。

PCB板翹曲是PCB制造商頭疼的問題。它不僅降低了產量，而且影響了交貨時間。如果采用弧形模具進行熱整平，且整平工藝合理合適，可以將翹曲的PCB板整平，解決交貨期問題。

以上就是關于PCB翹曲、PCB翹曲原因及解決方法的簡單介紹，希望能夠對大家有用，歡迎大家多多指教。