了解電路(lù)板板彎板翹的(dí)原(yuán)因(yīn)，危(wēi)害及解決方(fāng)法詳解
印刷電路(lù)板(bǎn)（PCB）的彎(wān)曲(qū)通(tōng)常(cháng)被(bèi)認為是錯(cuò)誤識別不合(hé)格(gé)的最(zuì)高級別，因為這可能是人們了解得最少(shǎo)的。許(xǔ)多新來的(dí)檢查員認為，將(jiāng)完(wán)全(quán)平坦的(dí)剛性電(diàn)路(lù)板(bǎn)作為(wéi)標準(zhǔn)是(shì)一(yī)個(gè)謬論。在PCB設計階段了解PCB彎曲和(hé)扭曲(qū)的(dí)原因(yīn)和原(yuán)因有(yǒu)助於(yú)解決(jué)該(gāi)問題。
弓和(hé)扭曲(qū)之間的區(qū)別
首先，讓我們(mén)討論(lùn)弓和(hé)扭曲這(zhè)兩個(gè)術語(yǔ)的不同(tóng)之(zhī)處。盡管板(bǎn)子(zǐ)的所有(yǒu)四個角都與麵板接觸，但帶(dài)有弓形問題的電路板(bǎn)仍會(huì)從麵板上抬起（想象弓形武(wǔ)器的(dí)形狀）。
彎(wān)曲(qū)和(hé)彎曲(qū)的印刷電路板示例(lì)
當(dāng)三個(gè)PCB角與(yǔ)麵板(bǎn)接觸而第(dì)四個角升(shēng)高(gāo)時，會(huì)發(fā)生扭曲(qū)。根據(jù)IPC，這兩個條(tiáo)件(jiàn)都有確(què)定彎(wān)曲(qū)或扭曲程度是合格(gé)還是不合格的要(yào)求。
為(wéi)什(shí)麼(mó)IPC允(yǔn)許(xǔ)彎(wān)曲(qū)或(huò)扭(niǔ)曲？
答(dá)案是由(yóu)於印刷電路板製造(zào)中(zhōng)涉(shè)及的(dí)材(cái)料(liào)和工(gōng)藝(yì)。PCB層(céng)壓(yā)板由玻璃纖維(wéi)布和(hé)環氧(yǎng)樹脂製(zhì)成(chéng)，每(měi)層都(dū)具(jù)有(yǒu)獨特的(dí)熱膨脹(zhàng)性能。在(zài)PCB層(céng)壓板的一(yī)側(cè)或(huò)兩側(cè)添加(jiā)一層(céng)銅，您(nín)必(bì)須考慮其他(tā)的熱膨脹(zhàng)特(tè)性(xìng)。
當電路(lù)板製造(zào)商(shāng)將材(cái)料(liào)暴(bào)露於各種蝕(shí)刻(kè)和熱處理(lǐ)過程(chéng)中時，無法(fǎ)保證層壓板在所(suǒ)有樣品上都能(néng)表現(xiàn)出均匀的反(fǎn)應。
由於不同樣(yàng)品之間的(dí)反(fǎn)應不(bù)同，盡管(guǎn)PCB層(céng)壓板製造商(shāng)遵循所有層壓板的(dí)嚴(yán)格製造工(gōng)藝，所以(yǐ)IPC設置了允(yǔn)許(xǔ)的(dí)公差。為(wéi)了解決正常差異(yì)，預(yù)計(jì)成品將(jiāng)落(là)在(zài)定義的(dí)參數或(huò)公差(chà)範(fàn)圍內(nèi)，而不(bù)是確切的(dí)數(shù)字(zì)。這些預設公差(chà)允(yǔn)許較(jiào)小程度(dù)的彎曲(qū)和/或(huò)扭曲，而(ér)不(bù)會影(yǐng)響電(diàn)路(lù)板的性能。
弓(gōng)和(hé)扭(niǔ)曲的其(qí)他影(yǐng)響(xiǎng)
其他(tā)因素(sù)會影(yǐng)響電路板製造過程中(zhōng)的彎曲度和彎(wān)曲度，其中(zhōng)包(bāo)括：
附(fù)加零件(jiàn)號特征
電路板(bǎn)層(céng)數更高（附加材料=附加熱(rè)處理）
材(cái)料混合(hé)（即，使用帶有(yǒu)標準FR4的高(gāo)頻PTFE層(céng)壓板(bǎn)來控(kòng)製(zhì)阻(zǔ)抗值，從而(ér)導(dǎo)致不平衡堆(duī)積）
銅配(pèi)重的混合
銅配(pèi)重(zhòng)的混(hùn)合對弓(gōng)曲和扭曲(qū)有負麵(miàn)影響，因(yīn)為銅具有(yǒu)高的(dí)熱膨(péng)脹(zhàng)係數(shù)。與(yǔ)低(dī)密(mì)度銅(tóng)區(qū)域相(xiāng)比，更(gēng)高密度的(dí)銅將(jiāng)以更大的力(lì)向(xiàng)最小電阻區域擴(kuò)展(zhǎn)。
平衡(héng)的(dí)堆(duī)疊(dié)結構(gòu)使相(xiāng)對的熱(rè)膨(péng)脹值(zhí)彼此(cǐ)相反，從而有(yǒu)助於保(bǎo)持均匀的(dí)弓曲(qū)和(hé)扭轉力。通(tōng)過(guò)使堆(duī)疊(dié)不(bù)平衡，具有較大熱(rè)膨脹(zhàng)值(zhí)的一側將影(yǐng)響整個電路板。銅平麵(miàn)的(dí)實(shí)心層(céng)將與信(xìn)號層不同地擴展(zhǎn)，特別是(shì)在信號密度(dù)較小(xiǎo)的情(qíng)況(kuàng)下。將所有信號(hào)放在(zài)電路(lù)板一側的類(lèi)似(sì)層(céng)上，而所有(yǒu)平麵都(dū)在(zài)另一(yī)側(cè)，這是(shì)災(zāi)難的(dí)根源。
PCB製(zhì)造(zào)商還應(yīng)盡自己(jǐ)的(dí)職責，以確保適當地(dì)保存未(wèi)加工的(dí)層(céng)壓板(bǎn)以(yǐ)保(bǎo)持(chí)材(cái)料(liào)平整，並負責進(jìn)行中(zhōng)的工作以防止(zhǐ)生產麵板(bǎn)堆放(fàng)笨(bèn)拙。當設(shè)計(jì)易(yì)於(yú)彎(wān)曲和彎(wān)曲(qū)時，製(zhì)造商還可以(yǐ)建(jiàn)議客(kè)戶盜(dào)用銅(tóng)。
板(bǎn)翹板(bǎn)彎的改善(shàn)對策(cè)
那要(yào)如何才可以(yǐ)防(fáng)止板子(zǐ)過(guò)回(huí)焊爐(lú)發生(shēng)板(bǎn)彎(wān)及(jí)板(bǎn)翹的(dí)情(qíng)形呢?
1. 降(jiàng)低溫度(dù)對(duì)板子(zǐ)應(yīng)力(lì)的(dí)影響(xiǎng)
既然(rán)「溫(wēn)度(dù)」是板子(zǐ)應力的主要(yào)來源，隻要(yào)降(jiàng)低回(huí)焊爐的(dí)溫度或是調(tiáo)慢(màn)板子在回(huí)焊爐(lú)中(zhōng)升溫(wēn)及(jí)冷卻(què)的速度(dù)，就(jiù)可以(yǐ)大大(dà)地降低(dī)板彎及板翹的情形發(fā)生。不過可(kě)能會(huì)有(yǒu)其(qí)他(tā)副(fù)作用就事(shì)了(liǎo)。
2. 采用高Tg的(dí)板材
Tg是玻(bō)璃轉換溫(wēn)度(dù)，也(yě)就(jiù)是(shì)材料(liào)由玻璃態(tài)轉變成橡(xiàng)膠態的(dí)溫度，Tg值越(yuè)低的材料(liào)，表示其板子進入回(huí)焊(hàn)爐(lú)後開始變(biàn)軟的速(sù)度越快，而(ér)且變(biàn)成柔(róu)軟(ruǎn)橡膠態(tài)的時間也(yě)會(huì)變長，板(bǎn)子(zǐ)的變形量(liáng)當然就(jiù)會(huì)越嚴重(zhòng)。採(cǎi)用(yòng)較(jiào)高(gāo)Tg的(dí)板(bǎn)材(cái)就可(kě)以增(zēng)加其承(chéng)受(shòu)應力變形(xíng)的(dí)能力(lì)，但是相(xiāng)對(duì)地材料的價(jià)錢也(yě)比較高。
3. 增加電路(lù)板(bǎn)的厚(hòu)度
許多電子(zǐ)的產品為了達(dá)到更(gēng)輕(qīng)薄的(dí)目(mù)的(dí)，板子(zǐ)的厚度已經剩下1.0mm，0.8mm，甚(shèn)至(zhì)作到了0.6mm的(dí)厚(hòu)度，這樣的(dí)厚度要(yào)保(bǎo)持(chí)板子在經(jīng)過(guò)回(huí)焊爐不變(biàn)形，真的有點強人所(suǒ)難，建議如(rú)果沒(méi)有輕薄的要求(qiú)，板(bǎn)子(zǐ)最好可以使(shǐ)用1.6mm的厚(hòu)度，可以(yǐ)大大降低(dī)板彎及變(biàn)形的風險(xiǎn)。
4. 減少電路板(bǎn)的(dí)尺寸與(yǔ)減少拼板的(dí)數量(liáng)
既(jì)然大部分的回焊爐都採用鏈條來帶(dài)動電(diàn)路板前(qián)進，尺寸越大的電路(lù)板(bǎn)會因(yīn)為(wéi)其(qí)自身(shēn)的重量(liáng)，在回(huí)焊爐(lú)中(zhōng)凹(āo)陷變(biàn)形，所(suǒ)以盡(jìn)量把電路(lù)板的長邊(biān)當(dāng)成(chéng)板(bǎn)邊放(fàng)在(zài)回焊爐(lú)的(dí)鏈(liàn)條(tiáo)上，就(jiù)可以(yǐ)降(jiàng)低電(diàn)路板(bǎn)本(běn)身重(zhòng)量(liáng)所(suǒ)造成的(dí)凹陷變形(xíng)，把(bǎ)拼板(bǎn)數(shù)量降低也是(shì)基於(yú)這個理由(yóu)，也就是說(shuō)過(guò)爐的時(shí)候，盡(jìn)量(liáng)用窄邊(biān)垂(chuí)直(zhí)過(guò)爐方向，可以(yǐ)達到最低的(dí)凹陷(xiàn)變形量。
5. 使(shǐ)用過爐(lú)托盤治(zhì)具(jù)
如果(guǒ)上述方法都(dū)很難(nán)作到，最(zuì)後就是(shì)使用過爐(lú)托盤 (reflow carrier/template) 來降(jiàng)低(dī)變形(xíng)量了(liǎo)，過爐(lú)托(tuō)盤可以降低板彎板翹(qiáo)的原因是因為不管(guǎn)是(shì)熱脹還(huán)是(shì)冷縮(suō)，都希望托盤可(kě)以(yǐ)固定住電路板等到電(diàn)路(lù)板的溫度低於(yú)Tg值開始(shǐ)重(zhòng)新(xīn)變硬之後(hòu)，還可(kě)以維持住園來(lái)的(dí)尺寸。
結論(lùn)
深(shēn)圳小銘打樣SMT貼片(piàn)加工(gōng)：了解(jiě)PCB彎曲和(hé)扭(niǔ)曲為我(wǒ)們(mén)提供了可接受標準的參(cān)數以及關鍵(jiàn)的預(yù)防方法(fǎ)。對(duì)於製造商(shāng)來(lái)說(shuō)，了解(jiě)導致印刷(shuā)電路(lù)板(bǎn)彎曲和(hé)彎曲的(dí)主要(yào)原因(yīn)是很重(zhòng)要的，但(dàn)是(shì)它們並(bìng)不(bù)能消除(chú)電路板製造(zào)商(shāng)的(dí)潛在根(gēn)源。有(yǒu)了更好(hǎo)的理解，就(jiù)會有(yǒu)一(yī)個更(gēng)好(hǎo)，更(gēng)有(yǒu)效的電路板(bǎn)設計(jì)和(hé)製(zhì)造過程(chéng)。