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電子制造中的翹曲難題:PCB板整平方法綜述

大研智造 ? 來源:jf_44781395 ? 作者:jf_44781395 ? 2024-10-28 14:23 ? 次閱讀

電子制造領域,PCB板的翹曲是一個普遍而棘手的問題,它不僅阻礙了SMT電子元件的安裝,還可能導致焊點接觸不良,甚至在切腳過程中損傷基板。此外,波峰焊過程中,翹曲的基板可能導致某些焊盤無法接觸到焊錫,從而影響焊接質(zhì)量。

PCB板翹曲的成因復雜,既可能源于基板本身的不平整,也可能是由于加工過程中的熱應力、化學影響或不當?shù)纳a(chǎn)工藝。因此,對于印制電路板制造商而言,預防翹曲的產(chǎn)生和有效處理已翹曲的PCB板至關重要。

一、預防電路板在加工過程中產(chǎn)生翹曲

預防措施首先應從庫存管理做起。覆銅板在存放過程中容易吸濕,尤其是單面覆銅板,因此應控制庫存環(huán)境的濕度,并避免裸放。此外,不當?shù)臄[放方式,如豎放或重物壓迫,也會加劇翹曲,因此應平整堆放。在電路板設計和加工過程中,應避免導電線路圖形的不均衡和不對稱,以減少應力的產(chǎn)生。波峰焊或浸焊時,應控制焊錫溫度和操作時間,以減少基板翹曲。此外,通過消除基板應力,如通過烘板處理,可以顯著減少加工過程中的翹曲。

1. 防止由于庫存方式不當造成或加大基板翹曲


(1)由于覆銅板在存放過程中,因為吸濕會加大翹曲,單面覆銅板的吸濕面積很大,如果庫存環(huán)境濕度較高,單面覆銅板將會明顯加大翹曲。雙面覆銅板潮氣只能從產(chǎn)品端面滲入,吸濕面積小,翹曲變化較緩慢。所以對于沒有防潮包裝的覆銅板要注意庫房條件,盡量減少庫房濕度和避免覆銅板裸放,以避免存放中的覆銅板加大翹曲。

(2)覆銅板擺放方式不當會加大翹曲。如豎放或覆銅板上壓有重物,擺放不良等都會加大覆銅板翹曲變形。

2. 避免由于印制電路板線路設計不當造成翹曲。


如PCB板導電線路圖形不均衡或PCB板兩面線路明顯不對稱,其中一面存在較大面積銅皮,形成較大的應力,使PCB板翹曲,在PCB制程中加工溫度偏高或較大熱沖擊等都會造成PCB板翹曲。對于覆銅板庫存方式不當造成的影響,PCB廠比較好解決,改善貯存環(huán)境及杜絕豎放、避免重壓就可以了。對于線路圖形存在大面積的銅皮的PCB板,最好將銅箔網(wǎng)格化以減少應力。

3. 加工工藝不當造成翹曲。

波峰焊或回流焊時,焊錫溫度偏高。操作時間偏長,也會加大基板翹曲。對于波峰焊工藝的改進。需電子組裝廠共同配合。

4. 消除基板應力,減少加工過程PCB板翹曲。

由于在PCB加工過程中,基板要多次受到熱的作用及要受到多種化學物質(zhì)作用。如基板蝕刻后要水洗、要烘干而受熱,圖形電鍍時電鍍是熱的,印綠油及印標識字符后要用加熱烘干或用UV光烤干,熱風噴錫時基板受到的熱沖擊也很大等等。這些過程都可能使PCB板產(chǎn)生翹曲。

由于熱應力是基板翹曲的主因,如果在覆銅板投入使用前先烘板(也有稱焗板),多家PCB廠都認為這種做法有利于減少PCB板的翹曲。

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烘板的作用是可以使基板的應力充分松弛,因而可以減少基板在PCB制程中的翹曲變形。

焗板的方法是:有條件的PCB廠是采用大型烘箱煸板。投產(chǎn)前將一大疊覆銅板送入烤箱中,在基板玻璃化溫度附近溫度下將覆銅板烘烤若干小時到十幾小時。用經(jīng)過焗板的覆銅板生產(chǎn)的PCB板,其翹曲變形就比較小,產(chǎn)品的合格率高了許多。對于一些小型PCB廠,如沒有那么大型的烘箱可以將基板切小后再烘,但烘板時應有重物壓住板,使基板在應力松弛過程能保持平整狀態(tài)。烘板溫度不宜太高,過高溫度基板會變色。也不宜太低,溫度太低需很長時間才能使基板應力松弛。

二、印制電路板翹曲整平方法

在PCB制程中,對于翹曲度較大的板,應及時采用輥壓式整平機進行整平。對于成品板,傳統(tǒng)的冷壓或熱壓整平方法效果有限,且容易導致反彈。因此,本文推薦采用弓形模具熱壓整平法,這種方法利用高分子材料的力學性能,通過加熱和壓力使PCB板恢復平整。具體操作包括將翹曲的PCB板夾入弓形模具中,放入烘箱烘烤,或先烘烤再夾入模具中壓合。這種方法投資少,操作簡單,且整平效率高。

1. 在PCB制程中將翹曲的板及時整平

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在PCB制程中,將翹曲度比較大的板挑出來用輥壓式整平機整平,再投入下一工序。不少PCB廠認為這一做法對于減少PCB成品板翹曲比例是有效的。

2. PCB成品板翹曲整平法

對于已完工,翹曲度明顯超差,用輥壓式整平機無法整平的PCB板,有些PCB廠將它放入小壓機中(或類似夾具中),將翹曲的PCB板壓住幾個小時到十幾小時進行冷壓整平,從實際應用中觀察,這一作法效果不十分明顯。一是整平的效果不大,另就是整平后的板很容易反彈(即恢復翹曲)。

也有的PCB廠將小壓機加熱到一定溫度后,再對翹曲的PCB板進行熱壓整平,其效果較冷壓會好一些,但壓力如太大會把導線壓變形:如果溫度太高會產(chǎn)生松香水變色其至基板變色等等缺陷。而且不論是冷壓整平還是熱壓整平都需要較長時間(幾個小時到十幾個小時)才能見到效果,并且經(jīng)過整平的PCB板翹曲反彈的比例也較高。

3. 翹曲PCB板弓形模具熱壓整平法

根據(jù)高分子材料力學性能及多年工作實踐,本文推薦弓形模具熱壓整平法。根據(jù)要整平的PCB板的面積作若干付很簡單的弓形模具(見圖一),這里推薦二種整平操作方法:

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(1)將翹曲的PCB板夾入弓形模具中放入烘箱烘烤整平法:

將翹曲PCB板翹曲面對著模具弓曲面,調(diào)節(jié)夾具螺絲,使PCB板略向其翹曲的相反方向變形,再將夾有PCB板的模具放入已加熱到一定溫度的烘箱中烘烤一段時間。在受熱條件下,基板應力逐漸松弛,使變形的PCB板恢復到平整狀態(tài)。但烘烤的溫度不宜太高,以免松香水變色或基板變黃。但溫度也不宜過低,在較低的溫度下要使應力完全松弛需要很長時間。

通常可用基板玻璃化溫度作為烘烤的參考溫度,玻璃化溫度為樹脂的相轉(zhuǎn)變點,在此溫度下高分子鏈段可以重新排列取向,使基板應力充分松弛。因些整平效果很明顯。用弓形模具整平的優(yōu)點是投資很少,烘箱各PCB廠都有,整平操作很簡單,如果翹曲的板數(shù)比較多,多做幾付弓形模具就可以了,往烘箱里一次可以放幾付模具,而且烘的時間比較短(數(shù)十分鐘左右),所以整平工作效率比較高。

(2)先將PCB板烘軟后再夾入弓形模具中壓合整平法:

對于翹曲變形比較小的PCB板,可以先將待整平的PCB板放入已加溫到一定溫度的烘箱中(溫度設定可參照基板玻璃化溫度及基板在烘箱中烘烤一定時間后,觀察其軟化情況來確定。通常玻纖布基板的烘烤溫度要高一些,紙基板的烘烤溫度可以低一些:厚板的烘烤溫度可以略高一些,薄板的烘烤溫度可以略低一些;對于已噴了松香水的PCB板的烘烤溫度不宜過高。)烘烤一定時間,然后取出數(shù)張到十幾張,夾入到弓形模具中,調(diào)節(jié)壓力螺絲,使PCB板略向其翹曲的反方向變形,待板冷卻定型后,即可卸開模具,取出已整平的PCB板。

有些用戶不甚了解基板的玻璃化溫度。這里推薦烘烤參考溫度,紙基板的烘烤溫度取110℃~130℃,F(xiàn)R-4取130℃~150℃。整平時,對所選取的烘烤溫度及烘烤時間作幾次小試驗,以確定整平的烘烤溫度及烘烤時間。烘烤的時間較長,基板烘得透,整平效果較好,整平后PCB板翹曲回彈也較少。

經(jīng)過了弓形模具整平的PCB板翹曲回彈率低:即使經(jīng)過波峰焊仍能基本保持平整狀態(tài):對PCB板外觀色澤影響也很小。

PCB板翹曲是PCB廠極為頭痛的事,它不僅降低了成品率,而且影響了交貨期。如果采用弓形模具熱整平,并且整平工藝合理、合適,就能將翹曲的PCB板整平,解決交貨期的困擾。

三、先進的焊接工藝-激光焊錫技術

在電子制造的精密焊接領域,激光焊錫技術正逐漸成為提升焊接質(zhì)量和效率的關鍵技術。這一技術尤其適用于高密度和高性能的集成電路組裝,如BGA和FBGA封裝。SMT的發(fā)展同樣也對集成電路組裝工藝過程中的可靠性提出了更高要求。集成電路在高溫焊接過程中容易產(chǎn)生形變,導致熱翹曲,而激光焊錫技術以其高精度和局部加熱的特點,能夠有效地解決這一問題。

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激光焊錫技術通過聚焦激光束對焊料進行局部快速加熱,實現(xiàn)了對焊點的精確控制,從而保證了焊接的一致性和可靠性。與傳統(tǒng)的焊接方法相比,激光焊錫技術具有顯著的優(yōu)勢:它不僅加熱速度快,而且熱影響區(qū)域小,減少了對敏感元件的熱損傷風險。此外,激光焊錫技術可以實現(xiàn)無接觸焊接,避免了傳統(tǒng)焊接過程中可能出現(xiàn)的交叉污染問題。

在焊接過程中,激光焊錫通過高能量密度的激光束迅速熔化焊料,形成冶金結合。這一過程涉及到潤濕、擴散和冶金三個關鍵階段,確保了焊點的牢固和穩(wěn)定。由于激光焊錫技術能夠?qū)崿F(xiàn)精確的能量控制,它在焊接高精度和高密度的電子組件時表現(xiàn)出色,尤其是在焊接過程中對溫度敏感的應用場景。

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此外,激光焊錫技術還具有自動化和智能化的潛力,能夠與現(xiàn)代生產(chǎn)線無縫集成,提高生產(chǎn)效率,降低人工成本。隨著電子制造業(yè)對焊接質(zhì)量要求的不斷提高,激光焊錫技術的應用前景廣闊,有望在未來的電子制造中發(fā)揮更大的作用。

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四、總結

本文深入探討了PCB板翹曲的問題,并提出了一系列預防和整平的方法,以減少其對電子制造過程的影響。從庫存管理到加工工藝的每一個環(huán)節(jié),都對PCB板的翹曲有著直接或間接的影響。通過合理的存放方式、優(yōu)化的電路設計、精確的焊接溫度控制以及應力消除處理,可以有效地預防翹曲的產(chǎn)生。對于已經(jīng)翹曲的PCB板,采用弓形模具熱壓整平法可以有效地恢復其平整度,提高成品率,確保按時交貨。

在焊接技術方面,激光焊錫技術以其高效、精確的特點,為電子制造業(yè)帶來了革命性的變革。這一技術不僅提高了焊接質(zhì)量,還為實現(xiàn)自動化和智能化生產(chǎn)提供了可能。隨著電子設備的不斷小型化和集成化,激光焊錫技術將在未來扮演越來越重要的角色,推動電子制造業(yè)向更高效、更環(huán)保的方向發(fā)展。

本文由大研智造撰寫,專注于提供智能制造精密焊接領域的最新技術資訊和深度分析。大研智造是集研發(fā)生產(chǎn)銷售服務為一體的激光焊錫機技術廠家,擁有20年+的行業(yè)經(jīng)驗。想要了解更多關于激光焊錫機在智能制造精密焊接領域中的應用,或是有特定的技術需求,請通過大研智造官網(wǎng)與我們聯(lián)系。歡迎來我司參觀、試機、免費打樣。

審核編輯 黃宇

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