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制板DFM案例揭秘 — 解析板翹成因及如何預防規避

來源:一博自媒體     時間:2018-5-8

文:王輝東      一博科技高速先生團隊隊員

都說人生若如初見,一切便是美好。上期DFM的文章發表,反饋十分良好。感謝各位讀者的支持,有的是很熟悉的朋友,有的我們似曾相識,也有的我們從未謀面。隨著文章的關注度和轉發率持續增高,讓我看到了大家的熱情,看到了大家對我司的支持和對高速先生團隊的肯定,內心的激動和興奮無法言表,收獲十里桃花,收益三生三世。相遇,就是愛的開端,有了好的開始,剩下就是轟轟烈烈……

 
當前隨著印制板進入到表面貼裝和芯片貼裝的時代,裝配廠對板翹的要求越來越嚴。線路板的翹曲,在貼裝時會造成元器件定位不準,元器件無法正常插裝到板子的孔和表面貼裝焊盤上,甚至會撞壞自動插裝機。裝上元器件的板子焊接后發生彎曲,會造成焊點開裂失效,元件腳很難剪平整齊,板子無法正常組裝等不良現象。
 
IPC-6012規定SMT的線路板最大翹曲度或扭曲度0.75%,其它板子翹曲度一般不超過1.5%;電子裝配廠允許的翹曲度(雙面/多層)通常是0.70---0.75%.實際上不少板子如SMT,BGA板子要求翹曲度小于0.5%;部分工廠甚至小于0.3%;

PCB翹曲度的測試方法應遵照IPC-TM-650.2.4.22B里面的規定,首先將PCB板放于平整大理石臺面或者厚度大于5MM的玻璃上面,使用測試針規插到翹曲度最大的地方,測量出來尺寸,然后和PCB對角的長度尺寸相除,得到比例大于0.75%,即為翹曲。

翹曲度計算方法=翹曲高度/曲邊長度

 
引起PCB翹曲的原因有哪些,總結有如下幾點:

1.PCB設計階段,器件選型時盡量不要使用比較大或者很厚重的器件。若必須用到此類器件時,PCB的板厚和強度必須能承受其重力。器件布局要均勻分布,特別要注意一些大功率器件,在后期運行過程中,應考慮散熱對板子性能影響。
 
過孔的分布也要均勻?,F今的電路板大多為多層板,而且層與層之間會有象鉚釘一樣的連接點(vias),有連接點的地方會增加板子的強度,防止板彎板翹和爆板。
  

2.PCB的成品尺寸不要太大,特別是拼板處理時,注意長寬比例在1:1.5左右。

對稱是最美的設計。層疊設計要對稱,層間半固化片的排列應當上下一致,例如八層板,1~2 3~4和5~6 7~8層間的厚度和半固化片的張數應當一致。 避免使用奇數不對稱疊層,混壓板也要注意不同材料的性能對板子抗形變能力的影響。
  
材料的選型時多層板芯板和半固化片應盡量使用同一供應商的產品,并且TG值和CTE膨脹系數要一致。
 

內層線路圖形分布均勻,成品銅厚也要對稱。內外層的線路圖形的殘銅率分布面積應盡量接近,不要相差大于40%。若A面為大銅面,而B面僅走幾根線,這樣兩面的線路設計殘率面積相差太大,當這些大面積的銅箔不能均勻地分布在同一層的時候,就會造成吸熱與散熱速度不均勻的問題,從而出現翹曲。所以建議在不影響PCB信號質量和品質的情況下應多鋪一些地銅。另外,工藝邊及板內的一些擋板區域也要加鋪實心銅皮。

下圖為線路層成品銅厚不對稱。
 
殘銅率不對稱
 
同層線路圖形分布不均勻
 

   
3、PCB開料前烘板
覆銅板下料前烘板,目的是去除板內的水分,同時使板材內的樹脂完全固化,進一步消除板材中剩余的應力,這對防止板翹曲是有幫助的。
由于半固化片和芯板層壓后經向和緯向收縮率不一樣,下料和疊層時必須分清經向和緯向。否則,層壓后很容易造成成品板翹曲,即使加壓力烘板亦很難糾正。多層板翹曲的原因,很多就是層壓時半固化片的經緯向沒分清,亂疊放而造成的。一般板固化片是成卷的,那么卷的那一個方向為經向;覆銅板則長方向為經向;
 
4.多層板在完成熱壓后,冷壓的時間也必須達到PCB板能均勻釋放應力的時間,此時間段一定不能縮小,否則熱應力釋放不完全,會造成PCB板翹。在剪切或銑掉PCB毛邊后,板子應平放在150攝氏度烘箱內烘4小時,使板內的應力逐漸釋放并使樹脂完全固化。
 

5.薄板電鍍時需要上夾棍拉直:當PCB厚度在0.4~0.6mm超的薄多層板做全板電鍍和圖形電鍍時,應制作特殊的夾棍,拉直棍上所有的板子,這樣電鍍后的板子就不會變形。

6.表面處理的選擇

印制板熱風整平(噴錫)時經焊錫槽(約250攝氏度)的高溫沖擊,相當于PCB多過了一次回流,對板子的熱沖擊比較大,變形的風險機率加大。(,)所以在選擇表面處理時要做一個取舍。當板厚小于0.6mm及以下時,不能做噴錫的表面處理。

7.翹曲板子的處理

印制板在最終檢驗出貨前會作100%的平整度檢查。熱壓整平,板翹返直。

8.PCBA貼裝前應烤板,注意爐溫曲線的合理管控。一些特殊板子須開治具焊接,防止變形。焊接時最好用爐溫區比較多的設備,我司是10溫區的回流焊接。

這正是:
設計全局統,
材料選適中。
疊層應對稱,
制板層層控。
焊接處處防,
一板即成功。


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