PCB板加工过程中引起变形怎么办?
在PCB板的加工过程中,变形问题是一个较为常见且棘手的难题。PCB板加工过程的变形原因极为复杂,主要可分为热应力和机械应力两种应力所导致。其中,热应力主要产生于压合过程中,而机械应力则主要产生于板件堆放、搬运、烘烤等环节。下面按照加工流程顺序,对PCB板变形的原因及改善对策进行简单讨论。

变形原因剖析
覆铜板来料阶段
覆铜板通常为双面板,其结构对称且无图形,铜箔与玻璃布的CTE(热膨胀系数)相差无几。基于此特性,在压合过程中,几乎不会产生因CTE不同而引发的变形。然而,覆铜板压机尺寸较大,热盘不同区域存在温差。这种温差会导致压合过程中不同区域树脂固化速度和程度出现细微差异。同时,不同升温速率下,动黏度也有较大差异,进而产生由于固化过程差异带来的局部应力。一般而言,这种应力会在压合后维持平衡状态,但在后续的加工过程中,会逐渐释放并导致板件产生变形。
压合工序
PCB压合工序是产生热应力的主要流程。除了材料或结构不同产生的变形(前文已有分析)外,与覆铜板压合类似,也会产生固化过程差异带来的局部应力。由于PCB板厚度更厚、图形分布多样、半固化片更多等原因,其热应力会比覆铜板更多且更难消除。而这些存在于PCB板中的应力,会在后续的钻孔、外形加工或者烘烤等流程中释放,最终导致板件产生变形。
阻焊、字符等烘烤流程
在阻焊、字符等烘烤流程中,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进行烘板固化。阻焊温度一般在150℃左右,刚好超过中低Tg材料的Tg点。当温度超过Tg点时,树脂会处于高弹态,此时板件容易在自重或者烘箱强风的作用下发生变形。
热风焊料整平
普通板的热风焊料整平过程中,锡炉温度通常为225℃ - 265℃,时间为3S - 6S,热风温度为280℃ - 300℃。焊料整平时,板从室温进入锡炉,出炉后两分钟内又要进行室温的后处理水洗。整个热风焊料整平过程是一个骤热骤冷的过程。由于电路板材料不同,结构又不均匀,在冷热变化过程中必然会出现热应力,进而导致微观应变和整体变形翘曲。
存放环节
PCB板在半成品阶段的存放,一般都会坚插在架子中。如果架子松紧调整得不合适,或者在存放过程中存在堆叠放板等情况,都会使板件产生机械变形。尤其对于2.0mm以下的薄板,这种影响更为严重。
除以上因素以外,影响PCB变形的因素还有很多,例如加工过程中的振动、夹具的使用不当等,都可能在不同程度上对PCB板的变形产生影响。
改善对策探讨
降低温度对板子应力的影响
“温度”是板子应力的主要来源。因此,降低回焊炉的温度或者调慢板子在回焊炉中升温及冷却的速度,能够大大降低板弯及板翘的情形发生。不过,这一方法可能会带来其他副作用。例如,降低回焊炉温度可能会影响焊接质量,导致焊点不牢固等问题;调慢升温及冷却速度则可能会延长生产周期,降低生产效率。
采用高Tg的板材
Tg是玻璃转换温度,即材料由玻璃态转变成橡胶态的温度。Tg值越低的材料,表示其板子进入回焊炉后开始变软的速度越快,变成柔软橡胶态的时间也会变长,板子的变形量自然就会越严重。采用较高Tg的板材可以增加其承受应力变形的能力。但是,相对地,材料的价钱也比较高。这需要在成本和产品质量之间进行权衡,根据产品的具体要求和市场定位来选择合适的板材。
增加电路板的厚度
许多电子产品为了追求更轻薄的目的,板子的厚度已经缩减到1.0mm、0.8mm,甚至做到了0.6mm的厚度。然而,这样的厚度要保持板子在经过回焊炉不变形,确实存在很大难度。建议如果没有轻薄的要求,板子最好可以使用1.6mm的厚度,这样可以大大降低板弯及变形的风险。当然,增加板厚可能会在一定程度上影响产品的整体轻薄化设计,但对于一些对变形要求较为严格的产品来说,这是一个可行的解决方案。
减少电路板的尺寸与减少拼板的数量
大部分回焊炉都采用链条来带动电路板前进。尺寸越大的电路板会因为其自身的重量,在回焊炉中凹陷变形。所以,尽量把电路板的长边当成板边放在回焊炉的链条上,就可以降低电路板本身重量所造成的凹陷变形。把拼板数量降低也是基于这个理由,即过炉的时候,尽量用窄边垂直过炉方向,这样可以达到最低的凹陷变形量。不过,减少电路板尺寸和拼板数量可能会影响生产效率和产品的布局设计,需要在设计阶段进行充分的考虑和优化。
使用过炉托盘治具
如果上述方法都难以实现,最后可以考虑使用过炉托盘(reflow carrier/template)来降低变形量。过炉托盘可以降低板弯板翘的原因在于,不管是热胀还是冷缩,都希望托盘可以固定住电路板,等到电路板的温度低于Tg值开始重新变硬之后,还可以维持住原来的尺寸。如果单层的托盘还无法降低电路板的变形量,就必须再加一层盖子,把电路板用上下两层托盘夹起来,这样就可以大大降低电路板过回焊炉变形的问题了。不过,过炉托盘价格较贵,而且还得加人工来置放与回收托盘,这会增加生产成本和生产管理的复杂性。
改用实连接、邮票孔,替代V - Cut的分板使用
既然V - Cut会破坏电路板间拼板的结构强度,那就尽量不要使用V - Cut的分板,或是降低V - Cut的深度。采用实连接、邮票孔等方式可以在一定程度上保持电路板间的结构强度,减少因分板而导致的变形问题。但这可能会对后续的电路板分离和使用带来一定的影响,需要在设计和生产过程中进行综合考虑。
综上所述,PCB板加工过程中的变形问题涉及多个环节和多种因素。要有效解决这一问题,需要从设计、材料选择、加工工艺和存放等多个方面进行综合考虑和优化,以找到最适合产品的解决方案,确保PCB板的质量和性能。
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