干货分享：PCB板变形原因分析

关于 PCB 板的变形，可以从设计、材料、生产过程等几方面来进行分析，这里简单地阐述下，供大家参考。


设计方面：
（1）涨缩系数匹配性
一般电路板上都会设计有大面积的铜箔来当作接地之用，有时候 Vcc 层也会有设计有大面积的铜箔，当这些大面积的铜箔不能均匀地分佈在同一片电路板上的时候，就会造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，但如果涨缩不能匹配，就会造成不同的应力变化，最终引发变形，这时候，板子的温度如果已经达到了 Tg 值，板子就会开始软化，并在固化后，变成永久的变形。

（2）电路板上各层的连结点(vias，过孔)限制板子涨缩
现今的电路板大多为多层板，而且层与层之间，会有像铆钉一样的连接点（通孔、盲孔、埋孔），在有连结点的地方，会限制板子热涨冷缩的效果，也会间接造成板弯与板翘。


（3）V-cut 的设计会影响拼板变形量
V-cut 很容易成为外力导致 PCB 板变形的元凶，因为 V-cut 就是在原来一大张的板材上切出沟槽来，所以，V-cut 的地方就容易发生变形。


材料方面：
（1）热膨胀系数（CTE）差异
PCB 板，通常采用 FR-4 覆铜板最为板材，而 FR-4 覆铜板由铜箔、介质层组成，而树脂与玻纤布，则构成介质层。不过，通常情况下，不会将树脂与玻纤布在 CTE 上进行区分，而是统一作为介质层进行考量。
因铜箔与介质层的材料不一样，其 CTE 自然不一样，因此在受温度影响时，造成的变化也不一样。当这种变化体现在形变上时，两者之间的差异，则体现为 PCB 板变形。


（2）材料本身的局部差异
关于材料本身的问题，极为复杂，例如厚度不均匀，在此不作深入探讨。


生产过程方面：
PCB 板加工过程的变形原因同样非常复杂，可分为热应力和机械应力导致。其中热应力主要产生于压合过程中，机械应力主要产生板件堆放、搬运、烘烤过程中，下面按流程顺序做简单讨论：


（1）覆铜板来料
覆铜板大多为双面板，结构对称，无图形，铜箔与玻纤布 CTE 相差无几，所以在压合过程中几乎不会产生因 CTE 不同引起的变形。但是，覆铜板压机尺寸大，热盘不同区域存在温差，会导致压合过程中不同区域树脂固化速度和程度有细微差异，同时不同升温速率下的动黏度也有较大差异，所以也会产生由于固化过程差异带来的局部应力。一般这种应力会在压合后维持平衡，但会在日后的加工中逐渐释放产生变形。


（2）压合

压合工序是多层 PCB 板产生热应力的主要流程。与覆铜板压合类似，受固化过程差异带来的局部应力影响，PCB 板由于厚度更厚、图形分布多样、半固化片更多等原因，其热应力也会比覆铜板更多更难以消除。而 PCB 板中存在的应力，在后继钻孔、外形、烘烤等流程中释放，导致板件产生变形。


（3）阻焊、字符等烘烤流程

由于阻焊油墨固化时不能互相堆叠，所以 PCB 板都会竖放在架子里烘板固化，阻焊温度 150℃ 左右，板件容易在自重或者烘箱强风作用下变形。


（4）热风焊料整平

通常在热风焊料整平时，锡炉温度为 225℃~265℃，时间为 3S-6S，热风温度为 280℃~300℃。焊料整平时，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。整个热风焊料整平过程为骤热骤冷过程。由于电路板材料不同，结构又不均匀，在冷热过程中必然会出现热应力，导致微观应变和整体变形，形成翘曲。


其他方面：
（1）存放
PCB 板在半成品阶段的存放，一般都竖直插在架子中，架子松紧调整的不合适，或者存放过程中堆叠放板等，都会使板件产生机械变形。尤其对于 2.0mm 以下的薄板，影响更为严重。


（2）电路板本身的重量会造成板子凹陷变形
一般回焊炉都会使用链条来带动电路板于回焊炉中的前进，也就是以板子的两边当支点撑起整片板子，如果板子上面有过重的零件，或是板子的尺寸过大，就会因为本身的种量而呈现出中间凹陷的现象，造成板弯。



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