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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?#24615;?#20214;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。?#22771;埃?#34920;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?#24066;?#21464;形为0.75%,没有表面贴装器件的PCB板的最大?#24066;?#21464;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?#24066;?#30340;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?#30331;?#21066;,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?#30830;?#38754;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。

      ?#35805;?#30340;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?#30830;?#24067;在同一电路板上时,会造成热量不均匀冷?#27492;?#24230;,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?#19968;?#23558;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:

      ?#22791;逿g印刷版的温度增加到一定区域时,基板将从?#23433;?#29827;态”变为“橡胶态?#34180;?#27492;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?#19968;?#20250;表现出机械和电气特性的?#26412;?#19979;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?#33014;茫?#29305;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,?#35805;鉬r-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?#30331;?#24230;,尺寸稳定性,粘附性,吸水性,?#30830;?#35299;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?#21152;?#33455;板厚度或材料特性的差异,具有良好内?#23458;?#24418;的芯板的扩展是不同的。当图形分?#21152;?#33455;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?#20154;?#29575;下底部的运动粘度曲线,?#35805;憷此擔?#26448;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 mm

Delta 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?#24418;?#21464;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?#20013;?#26495;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?#23548;?#19978;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,?#23548;?#19978;当收缩大于2.25毫?#36164;?#21463;到A核板的阻碍,要实?#33267;?#22359;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?#30830;?#24067;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?#33268;邸?/span>

      覆铜板材?#21644;?#21253;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?#20154;?#29575;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?#31896;?#36807;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。

?#30830;?#28938;锡找平:普通板式?#30830;?#28938;锡炉通常的锡炉温度为225℃~265℃,时间为3 s至6 s。?#30830;?#28201;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?#31181;印?#25972;平?#30830;?#28938;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?#35805;?#29282;固地插入搁板,不适?#32454;?#26495;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?#26032;?#26495;的加热和冷?#27492;?#24230;,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?#38477;停?#36827;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?#27599;?#20197;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?#33455;?/span>

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?#28909;?#21448;冷,都希望托盘可?#21592;?#25345;电路板等到电路板温度低于Tg值开始变?#29627;?#20063;可?#21592;?#25345;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?#33268;?#25176;是昂贵的,但也必须添加人工储存和回?#32960;?#30424;。

6.使用实心连接和印章孔代替V形切割?#25351;?#22120;

由于V形切割会破坏板的结构强度,因?#21496;?#37327;不要使用V形切割器或减小V形切口的深度。

?#23548;?#36830;接:采用刀式?#25351;?#26426;

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?#20801;?#20026;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?#31995;蚑g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。?#35805;憷此擔琍CB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?#20801;?#20102;两种边框设计板的?#21592;?#27979;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?#36164;?#25918;,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


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