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PCB变形原因解析需求怎样改进……
发布时间:2022-09-23 02:31:19 来源:华体会注册送 浏览次数:4433 [返回]

   

  电路板经过回流焊时大多简单发生板弯板翘,严峻的话乃至会构成元件空焊、立碑等状况,应怎么战胜呢?

  在主动化外表贴装线上,电路板若不平坦,会引起定位禁绝,元器材无法插装或贴装到板子的孔和外表贴装焊盘上,乃至会撞坏主动插装机。装上元器材的电路板焊接后发生曲折,元件脚很难剪平坦齐。板子也无法装到机箱或机内的插座上,所以,装配厂碰到板翘同样是十分烦恼。现在的外表贴装技能正在朝着高精度、高速度、智能化方向开展,这就对做为各种元器材家乡的PCB板提出了更高的平坦度要求。

  在IPC规范中特别指出带有外表贴装器材的PCB板答应的最大变形量为0.75%,没有外表贴装的PCB板答应的最大变形量为1.5%。实践上,为满意高精度和高速度贴装的需求,部分电子装联厂家对变形量的要求愈加严厉。

  PCB板由铜箔、树脂、玻璃布等资料组成,各资料物理和化学功用均不相同,压合在一起后必然会发生热应力残留,导致变形。一起在PCB的加工进程中,会经过高温、机械切削、湿处理等各种流程,也会对板件变形发生重要影响,总归能够导致PCB板变形的原因杂乱多样,怎么削减或消除由于资料特性不同或许加工引起的变形,成为PCB制造商面对的最杂乱问题之一。

  PCB板的变形需求从资料、结构、图形散布、加工制程等几个方面进行研讨,本文将对或许发生变形的各种原因和改进办法进行剖析和论述。

  一般电路板上都会规划有大面积的铜箔来当作接地之用,有时分Vcc层也会有规划有大面积的铜箔,当这些大面积的铜箔不能均匀地分言谕一片电路板上的时分,就会构成吸热与散热速度不均匀的问题,电路板当然也会热胀冷缩,假如涨缩不能一起就会构成不同的应力而变形,这时分板子的温度假如现已到达了Tg值的上限,板子就会开端软化,构成永久的变形。

  如今的电路板大多为多层板,并且层与层之间会有向铆钉相同的连接点(vias),连结点又分为通孔、盲孔与埋孔,有连结点的当地会约束板子涨冷缩的效果,也会直接构成板弯与板翘。

  一般回焊炉都会运用链条来带动电路板于回焊炉中的行进,也便是以板子的两头当支点撑起整片板子,假如板子上面有过重的零件,或是板子的尺度过大,就会由于自身的种量而呈现出中心洼陷的现象,构成板弯。

  基本上V-Cut便是损坏板子结构的首恶,由于V-Cut便是在本来一大张的板材上切出沟槽来,所以V-Cut的当地就简单发生变形。

  PCB板由芯板和半固化片以及外层铜箔压合而成,其间芯板与铜箔在压合时受热变形,变形量取决于两种资料的热胀大系数(CTE)

  高Tg印制板当温度升高到某一区域时,基板将由玻璃态”转变为“橡胶态”,此刻的温度称为该板的玻璃化温度(Tg)。也便是说,Tg是基材坚持刚性的最高温度(℃)。也便是说一般PCB基板资料在高温下,不光发生软化、变形、熔融等现象,一起还体现在机械、电气特性的急剧下降。

  基板的Tg进步了,印制板的耐热性、耐湿润性、耐化学性、耐稳定性等特征都会进步和改进。TG值越高,板材的耐温度功用越好 ,特别在无铅制程中,高Tg运用比较多。

  高Tg指的是高耐热性。跟着电子工业的飞跃开展,特别是以计算机为代表的电子产品,向着高功用化、高多层化开展,需求PCB基板资料的更高的耐热性作为重要的确保。以SMT、CMT为代表的高密度装置技能的呈现和开展,使PCB在小孔径、精密线路化、薄型化方面,越来越离不开基板高耐热性的支撑。

  所以一般的FR-4与高Tg的FR-4的差异:是在热态下,特别是在吸湿后受热下,其资料的机械强度、尺度稳定性、粘接性、吸水性、热分化性、热胀大性等各种状况存在差异,高Tg产品显着要好于一般的PCB基板资料。

  其间做好内层图形的芯板的胀大由于图形散布与芯板厚度或许资料特性不同而不同,当图形散布与芯板厚度或许资料特性不同而不同,当图形散布比较均匀,资料类型共同,不会发生变形。当PCB板层压结构存在不对称或许图形散布不均匀时会导致不同芯板的CTE差异较大,然后在压合进程中发生变形。其变形机理可经过以下原理解说。

  假设有两种CTE相差较大的芯板经过半固化片压合在一起,其间A芯板CTE为1.5x10-5/℃,芯板长度均为1000mm。在压合进程作为粘结片的半固化片,则经过软化、活动并填充图形、固化三个阶段将两张芯板粘合在一起。

  图1为一般FR-4树脂在不同升温速率下的动粘底曲线℃左右开端活动,并在到达TG点以上开端交联固化,在固化之前半固化片为自在状况,此刻芯板和铜箔处在受热后自在胀大状况,其变形量能够经过各自的CTE和温度改变值得到。

  见图2,压合时会在高温下坚持一段时刻,直到半固化彻底固化,此刻树脂变成固化状况,不能随意活动,两种芯板结合在一起.当温度下降时,如无层间树脂捆绑,芯板会回复至初始长度,并不会发生变形,但实践上两张芯板在高温时现已被固化的树脂粘合,在降温进程中不能随意缩短,其间A芯板应该缩短3.75mm,实践受骗缩短大于2.25mm时会遭到A芯板的阻止,为到达两芯板间的受力平衡,B芯板不能缩短到3.75mm,而A芯板缩短会大于2.25mm,然后使整板向B芯板方向变曲,如图2所示。

  依据上述剖析可知,PCB板的层压结构、资料类型现已图形散布是否均匀,直接影响了不同芯板以及铜箔之间的CTE差异,在压合进程中的涨缩差异会经过半固化片的固片进程而被保存并终究构成PCB板的变形。

  PCB板加工进程的变形原因十分杂乱可分为热应力和机械应力两种应力导致。其间热应力首要发生于压合进程中,机械应力首要发生板件堆积、转移、烘烤进程中。下面按流程次序做简略评论。

  覆铜板来料:覆铜板均为双面板,结构对称,无图形,铜箔与玻璃布CTE相差无几,所以在压合进程中简直不会发生因CTE不同引起的变形。可是,覆铜板压机尺度大,热盘不同区域存在温差,会导致压合进程中不同区域树脂固化速度和程度有纤细差异,一起不同升温速率下的动黏度也有较大差异,所以也会发生由于固化进程差异带来的部分应力。一般这种应力会在压合后坚持平衡,但会在日后的加工中逐渐开释发生变形。

  压合:PCB压合工序是发生热应力的首要流程,其间由于资料或结构不同发生的变形见上一节的剖析。与覆铜板压合相似,也会发生固化进程差异带来的部分应力,PCB板由于厚度更厚、图形散布多样、半固化片更多等原因,其热应力也会比覆铜板更多更难消除。而PCB板中存在的应力,在后继钻孔、外形或许烧烤等流程中开释,导致板件发生变形。

  阻焊、字符等烘烤流程:由于阻焊油墨固化时不能相互堆叠,所以PCB板都会竖放在架子里烘板固化,阻焊温度150℃左右,刚好超越中低Tg资料的Tg点,Tg点以上树脂为高弹态,板件简单在自重或许烘箱强风效果下变形。

  热风焊料整平:一般板热风焊料整平常锡炉温度为225℃~265℃,时刻为3S-6S。热风温度为280℃~300℃.焊料整平常板从室温进锡炉,出炉后两分钟内又进行室温的后处理水洗。整个热风焊料整平进程为骤热骤冷进程。由于电路板资料不同,结构又不均匀,在冷热进程中必然会呈现热应力,导致微观应变和全体变形翘区。

  寄存:PCB板在半成品阶段的寄存一般都坚插在架子中,架子松紧调整的不合适,或许寄存进程中堆叠放板等都会使板件发生机械变形。特别关于2.0mm以下的薄板影响更为严峻。

  已然「温度」是板子应力的首要来历,只需下降回焊炉的温度或是调慢板子在回焊炉中升温及冷却的速度,就能够大大地下降板弯及板翘的景象发生。不过或许会有其他副效果就事了。

  Tg是玻璃转化温度,也便是资料由玻璃态转变成橡胶态的温度,Tg值越低的资料,表明其板子进入回焊炉后开端变软的速度越快,并且变成柔软橡胶态的时刻也会变长,板子的变形量当然就会越严峻。裼媒细Tg的板材就能够添加其接受应力变形的才能,可是相对地资料的价钱也比较高。

  许多电子的产品为了到达更轻浮的意图,板子的厚度现已剩余1.0mm、0.8mm,乃至作到了0.6mm的厚度,这样的厚度要坚持板子在经过回焊炉不变形,真的有点强人所难,主张假如没有轻浮的要求,板子最好能够运用1.6mm的厚度,能够大大下降板弯及变形的危险。

  已然大部分的回焊炉都裼昧刺趵创动电路板行进,尺度越大的电路板会由于其自身的分量,在回焊炉中洼陷变形,所以尽量把电路板的长边当成板边放在回焊炉的链条上,就能够下降电路板自身分量所构成的洼陷变形,把拼板数量下降也是根据这个理由,也便是说过炉的时分,尽量用窄边笔直过炉方向,能够到达最低的洼陷变形量。

  假如上述办法都很难作到,终究便是运用过炉托盘 (reflow carrier/template) 来下降变形量了,过炉托盘能够下降板弯板翘的原因是由于不管是热胀仍是冷缩,都期望托盘能够固定住电路板比及电路板的温度低于Tg值开端从头变硬之后,还能够坚持住园来的尺度。

  假如单层的托盘还无法下降电路板的变形量,就必须再加一层盖子,把电路板用上下两层托盘夹起来,这样就能够大大下降电路板过回焊炉变形的问题了。不过这过炉托盘挺贵的,并且还得加人工来置放与收回托盘。

  已然V-Cut会损坏电路板间拼板的结构强度,那就尽量不要运用V-Cut的分板,或是下降V-Cut的深度。

  从表中能够看到,低Tg资料变形缺点率要高于高Tg资料,上表所列高Tg资料均为填料形资料,CTE均小于低Tg资料,一起在压合今后的加工进程中,烘烤温度最高150℃,对低Tg资料的影响肯定会大于中高Tg资料。

  工程规划应该尽量防止结构不对称、资料不对称、图形不对称的规划,以削减变形的发生,一起在研讨进程还发现芯板直接压合结构比铜箔压合结构更简单变形,表2为两种结构板件的实验成果。

  从表2能够看出两种结构变形不合格的缺点率有显着差异,能够理解为芯板压合结构由三张芯板组成,不同芯板间的涨缩以及应力改变更杂乱,更难以消除。

  在工程规划,拼板边框方法对变形也有较大影响,一般PCB工厂会存在接连大铜皮边框和非接连的铜点或铜块边框,也有不同差异。

  表3为两种边框规划板件的比照实验成果。之所以两种边框方法变形体现不同,是由于接连形铜皮边框强度高,在压合及拼板加工进程中刚性比较大,使板件内剩余应力不简单开释,会集在外形加工后开释,导致变形更严峻。而非接连形铜点边框则在压合及后继加工进程中逐渐开释应力,在外形后单板变形较小。

  以上为工程规划小涉及到的一些或许的影响要素,如能在规划时灵活运用。能够削减因规划带来的变形影响。

  压合对变形的影响至关重要,经过合理的参数设置、压机挑选和叠板方法等能够有用削减应力的发生。针对一般的结构对称的板件,一般需求留意压合时对称叠板,并对称放置东西板、缓冲资料等辅助东西。一起挑选冷热一体压机压合对削减热应力也有显着协助,原由于冷热分体压机在高温下(GT温度以上)将板件转到冷压机,资料在Tg点以上失压并快速冷却会导致热应力敏捷开释发生变形,而冷热一体压机可完成热压末段降温,防止板件在高温下失压。

  一起,关于客户特别的需求,不可防止的会存在一些资料或许结构不对称的板件,此刻前文剖析的由于CTE不同带来的变形将会十分显着,针对这种问题咱们能够测验运用非对称的叠板方法来处理,其原理为利缓冲资料的非对称放置到达PCB板双面升温速度不相同,然后影响不同CTE芯柏树在升温文降温阶段的涨缩来处理变形量不共同的问题。表4是在我司某款结构不对称板件上的实验成果。

  经过不对称叠法,以及压合后添加后固化流程,并在出货行进行校平操作,此板终究满意客户2.0mm的要求。

  PCB生产流程中,除压合外还有阻焊、字符化以及热风整平几个高温处理流程,其间阻焊、字符后的烘板最高温度150℃在前文提到过此温度在一般Tg资料Tg点以上,此刻资料为高弹态,简单在外力下变形,所以要防止烘板时叠板防止基层板被压弯,一起要烘板时确保板件方向与吹风方向平行。在热风整平加工时则要确保板件出锡炉平放冷却30s以上,防止高温下过后处理的冷水洗导致骤冷变形。

  除生产流程外,PCB板件在各工位的存储也对变形有必定的影响,在一些厂家由于待产较多、场所狭小的原因,会将多架板堆积在一起存储,这也会导致板件受外力变形,由于PCB板也有必定塑性,所以这些变形在后面的校平工序也不会得到100%的康复。

  大多数PCB厂家在出货前都会有校平流程,这是由于在加工进程中不可防止的会发生受热或机械力发生的板件变形,在出货前经过机械校平或热烘校平能够得到有用改进。受阻焊以及外表涂覆层的耐热性影响,一般烘板温度在140℃~150℃以下,刚好超越一般资料Tg温度,这对一般板的校平有很大优点,而关于高Tg资料的校平效果则没那么显着,所以在单个板翘严峻的高Tg板上能够恰当进步烘板温度,但要首要油墨和涂覆层质量。一起烘板时压重、添加随炉冷却时刻的做法也对变形有必定改进效果,表5为不同压重和炉冷时刻对板件校平效果的实验成果,从其间能够看到添加压重和延伸炉冷时刻对变形的校平都有显着效果。