刘祥
江门崇达电路技术有限公司，529000 广东江门
摘要;21世纪是人类科学技术发展的顶峰时期，各种高科技油然而生。近几年来随着表面安装和芯片安装的迅速发展，为了能够在日益激烈的信息科学技术领域占得一席之地，为此下游客户对电路板平整度的要求也越来越高。本文针对PCB生产过程中出现变形的原因进行分析探讨，并提出相应的改善措施，希望能为以后类似工程提供借鉴作用。
关键词：PCB；变形；压合；改善
0.引言
电路板作为自动化表面贴装线上的重要部分，其平整度要求是非常高的，若出现电路板不平整情况就很容易以下严重后果，比如定位不准、元器件没法插装或贴装到板子的孔和表面贴装焊盘上，严重时还可能毁坏自动插装机。为此只有提高各种元器件PCB板的平整度，才能更好的适应当前迅速发展的表面贴装技术，为人类的福祉做出更大的贡献。
根据当前IPC标准，带有表面贴装器件的PCB板和没有表面贴装器件所允许的最大变形量是不一样的，其分别为0.75%、1.5%。不过在实际中，有些电子装联厂家为了更好适应当前高精度、高速度贴装需求，会对PCB板提出更高的要求，因此只有不断努力提高PCB板平整度才是相关企业的生存之道。
1.PCB板出现变形原因分析
PCB板是由铜箔、树脂以及玻璃布等各种物理、化学性能不同材料所组成的，因此其在压合过程中就肯定会受到残留热应力影响而出现变形，加上其需要经过高温、机械切割、湿处理等环节，这些环节同样会让其出现变形，总的可以归结为以下几方面;
1.1压合材料、结构、图形对板件变形的影响分析
在压合过程中，PCB板中的芯板与外层铜箔会因为受热而出现变形。而其中做好内层图形的芯板出现变形原因是因为图形分布跟芯板厚度或者材料特性不相同而有所差别，只有在图形分布比较均衡、材料化学物理性能一致以及厚度相同时，在压合过程中不同芯板的变形才会跟铜箔间的变形保持相同，才不容易出现变形情况。
因此可以得出PCB板会因为层压结构、材料类型不同、图形分布不均匀等原因而在压合过程中出现变形。
1.2PCB板加工过程中引起的变形
在加工过程中，引起PCB板出现变形的原因很多且比较复杂，总的可以归结为热应力和机械应力两种应力造成的。而这两种应力对PCB影响并不是同时的，PCB板在压合过程中主要是受到热应力影响而产生变形，而PCB板堆放、搬运及烘烤过程中则会受到机械应力的作用而产生变形。
覆铜板来料：作为一块双面板，覆铜板结构对称且无图形，铜箔与玻璃布CTE相同度高，因此覆铜板在压合过程中，基本上不会因为玻璃布不同而产生变形。不过由于覆铜板压机尺寸相对比较大，这样就很容易出现不同区域热盘温度不一致情况，加上树脂固化速度、程度会直接受到热盘温度变化影响，因此在压合过程不同区域树脂会有所差异，最终让P覆铜板在加工过程中出现变形。
压合：不同于覆铜板，PCB板由于其厚度更厚、图形分布不均匀等原因，其在压合过程中会产生大量热应力，而PCB板在日后钻孔、烘烤等环节中会因为残留的热应力而产生变形。
阻焊、字符等烘烤流程：阻焊油墨在固化过程中是不允许堆叠在一起的，因此PCB板在烘烤中只能竖放起来，这样板件就很容易因其自身重力及烘箱强风产生变形。
热风焊料整平：普通板在整平过程中，需要经过锡炉高热风烘烤后，之后出炉两分钟后再将其水洗，这种骤冷骤热的整平过程会让电路板出现热应力，最终引致其出现微观应变和整体变形翘区。
存放：在加工过程中，由于PCB板需要竖插存放在架子上，一旦架子没有调整好松紧度或者板件堆叠在一起等，在这期间都可能产生机械应力，从而让板件出现变形情况。
2.试验研究和改善对策
2.1不同材料对板件变形的影响
下表1为不同材料板件变形超标缺陷率统计表。
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表1
从表1中可以发现，相对于高Tg材料，低Tg材料变形缺陷率明显更高，而表中所有的高Tg材料都是为填料形材料，CTE比低Tg材料小，加上压合中的烘烤温度能够达到150摄氏度，因此对低Tg材料影响会更大。
2.2工程设计研究
为了最大程度降低PCB板产生变形，在工程设计过程中，需要尽可能确保结构对称、材料一致及图形分析均匀。经过研究分析发现，相对于铜箔压合结构，芯板直接压合结构更易产生变形。另外PCB板还会因拼板边框形式而产生变形，下表2中是不同边框图形设计变形情况对比。
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表2 不同边框图形设计变形情况对比
从表中可以看出铜皮边框板件变形不合格率明显高于铜点边框，这是因为铜皮边框在压合、拼装过程中，因其强度比铜点边框板件大，更不易释放板件中存留的应力，因此板件在之后的加工过程中更容易产生变形。为此技术人员在设计过程中需要灵活运用，尽可能降低其所带来的不良后果。
2.3压合研究
由于PCB板件产生变形主要原因是因为压合，因此技术人员需要采用以下几种措施来有效减少应力的产生，比如选择合理的参数设置、压机及叠板方式等。对于那些结构比较对称的板件，技术人员在压合过程中需要重点注意的是叠板的对称以及对称放置好工具板、缓冲材料等辅助工具。目前为了减少压合过程中热应力对PCB板件变形影响，一般可以选择冷热一体压机进行压合，这是因为冷热分体压机能够在高温下将板件转到冷压机上。材料在Tg点以上失压并经过快速冷却时就很会产生大量热应力，从而导致板件出现变形，而不同于冷热分体压机，冷人一体机可以有效实现板件热压末段降温，这种压合方式能够有效避免板件在高温情况下失压。
为了满足一些客户的特殊需求，有时难免会碰到材料不同、结构不对称的板件，从上文分析可以得出板件会因为CTE不同而产生变形，为了在满足客户需求的前提下确保板件的合格率，我们只能选用非对称的叠板方法。该方法主要是利用缓冲材料的非对称放置，让PCB板两面升温速度不一样，依靠这种温度差异来应对CTE芯板升温和降温阶段涨缩所带来变形量不一致问题。经过试验后发现不对称叠法以及压合后增加后固化流程，的确能够很好的满足客户的需求。
2.4其他生产流程
除了压合之前，PCB板件在加工过程中还需要经过阻焊、字符固化及热风整平等环节，这些环节都是需要经过高温处理，甚至能达到150摄氏度，从上文可以看出普通的Tg材料在Tg点是处在高弹状态，这时其很容易在外力作用下产生变形，因此PCB在烘板加工中需要使用叠板，避免出现下层板被压弯变形情况。另外板件跟吹风方向要确保平行。PCB在热风整平加工环节，技术人员需要等至其出锡炉平放30秒之后，才能将其进行冷水处理，这样是为了避免板件因骤冷骤热而产生变形。
3.结语
综上所述，现当今是属于高科技的信息时代，人们对高科技产品质量要求越来越高，PCB板件作为表面安装和芯片安装的重要构成部分，其质量至关重要。因此技术人员必须不断提高自身技术水平，在加工过程中严格按照相关规定要求进行，最大程度提高PCB板件的平整度。