PCB设计论坛
直播中

张涛

7年用户 1331经验值
私信 关注
[经验]

常见PCB弓曲扭曲翘曲挠曲分析改善方案

  前言
  翘曲度(Warpage or warp or Bow & Twist ),用于表述平面在空间中的弯曲程度。绝对平面的翘曲度为0。常用的翘曲度单位有:毫米,微米等。
  印制板若不平整,会引起定位不准,元器件无法插装到板子的孔和表面贴装焊盘上,甚至会撞坏自动插装机贴片机。只有保证PCB在PCBA的过程中有很高的平整度才能保证SMT过程中(钢网印刷、贴片、焊接)的品质。
2.jpg
  PCB板翘曲度标准
  在客户没有特殊要求的情况下,PCB在以下标准中规定PCB板的弓曲和扭曲,通孔板不应该超过1.5%,表面贴装印制板不应该超过0.75%,高精度表面贴装印制板不应该超过0.50%。
  参考标准依据:
  IPC-6012 《刚性印制板的鉴定与性能规范》
  IPC-A-600 《 印制板可接受性》
  IPC-2221 《印制板通用设计标准》
  IPC-TM-650 《实验方法手册》
2.jpg
  为排除其他因素影响,以上翘曲度标准针对未装配,未过reflow的PCB裸板。
  IPC-A-610 《电子组装可接受性》10.2.6 (强调未造成装配和使用的损伤即可接收)
  PCB板翘曲度分类
  PCB板的翘曲分为弓曲与扭曲(即俗称的边翘与角翘)。
  弓曲 bow:
  板以圆柱形状或球面曲线状偏离平面,即如果板是长方形的则它只有四角在同一平面上(即边翘)。
  扭曲twist:
  平行于长方形对角线的板材变形,即一个角与其它三个角不在同一平面上(即角翘)
2.jpg
3.jpg
  PCB板翘曲度测量工具
  PCB板翘曲度测量工具包含以下:
  大理石平台(或者标准的精密平面)
  测试工具:塞尺、塞规或红外线测试仪,测高仪、板翘测试仪,千分尺
  适当精度的直尺
  PCB板翘曲度测量和计算方法
  PCB板弓曲与扭曲的翘曲度测量和计算方法不一样的,以下为详细步骤:
  弓曲 bow的测量和计算步骤:
  将PCB板放在基准平面上,使凸面向上,对每一条边,要用最够的力压住两个角以保证他们和基准面接触,用千分尺或者塞尺测出垂直方向的最大读数为R1 (四条边都需要测量)
  用千分尺测试PCB板厚为R2
  使用足够的力压PCB板使所有的边都与基准面接触,测得边的长度为L
  弓曲的PCB板翘曲度为=(R1-R2)/L*100%
  相应的测量其余三边的翘曲度,备注:若短边长度为W,则短边的翘曲度为=(R1-R2)/W*100%
  测量翘曲度需要测量两面,所以严格来说还需要翻转PCB测量凹面向上的翘曲度。
2.jpg
  扭曲twist的测量和计算步骤:
  将PCB板放在基准平面上,让三个角与平面接触,用足够的力压PCB板以保证三个角与基准平台面接触,测量翘起的角到基准面距离为R1
  用千分尺测试PCB板厚为R2
  测得该角对应的对角线的长度为D (对非长方形测量角到对角长度)
  扭曲的PCB板翘曲度为=(R1-R2)/2D*100%
  若不需要用手按住也可以三个角与平台接触则扭曲的翘曲度为:Warpage%=(R1-R2)/D*100% (此公式为PCB厂普遍使用的方法)
  如有需要,还需翻转PCB测量凹面向上翘曲度。
2.jpg
  如:
  员工发现一批PCB有翘曲问题个别批PCB弓曲,个别批扭曲此PCB 长240mm, 宽76.3mm短边翘曲最大3mm角落翘曲最大为5mm那么此PCB的翘曲度是多少?
2.jpg
  对角线长度=Sqrt(240*240+76.3*76.3)=251.8mm
  弓曲板翘曲度为=(R1-R2)/W*100%=3/76.3*100%= 3.93%
  扭曲板翘曲度为=(R1-R2)/D*100% =5/251.8*100%=1.99%
  PCB板翘曲原因----与夹具不匹配
  PCB定位孔与夹具Fixture不匹配:
  当PCB定位孔距过大,则板中心向上弓曲。
  当PCB定位孔距过小,则无法上Fixture,无法印刷锡膏。
  此类翘曲大多因为客户的Fixture定位距离已经定型,而又没有注明定位孔的公差,由于定位孔加工工艺的不同,对孔距影响较大从而造成翘曲。
2.jpg
  处理方法:通知客户并更改夹具
  PCB板翘曲原因----PCBA rework
  PCBA rework导致翘曲:
  当PCBA rework 再焊过程中,由于贴装温度高于PCB的Tg温度,PCB硬性会受到高温而降低,同时由于客户Fixture设计以及单面贴装,再贴第一面的rework过程中,板子会出现单元悬空状态,导致焊接过程PCB单元向下拱曲,致使第二面贴装、焊接无法进行。
2.jpg
  处理方法:调整返工条件并减少返工次数,并将问题反馈给客户
  PCB板翘曲原因----库存方式
  PCB库存方式造成翘曲:
  由于PCB存放中会吸湿会加大翘曲,单面板的吸湿会格外严重,所以对于没有防潮包装的PCB要注意存储条件,尽量减少湿度和避免裸板储存以减少翘曲。
  PCB出货包装中应隔有硬木板,否则容易造成变形。
  PCB摆放方式不当也会加大翘曲,如竖直摆放或PCB上压有重物都会加大PCB的变形。
  处理方法:改善后续PCB的储存条件
  PCB板翘曲原因----客户设计
  PCB客户设计造成翘曲:
  PCB导线图形存在明显的不对称,比如一面存在大面积铜皮,一面盲孔过多,层与层厚度不对称等会形成较大的应力,使PCB翘曲。
2.jpg
  PCB设计的时候会考虑到板翘曲影响:
  多层板都是偶数层的,平衡板厚层与层之间都对应相同厚度(介质层,铜厚,绿油厚度等)Top面与Bot面孔数量需接近所有的层材料选用同一供应商来料(热膨胀系数相同)
2.jpg
  以上为客户设计PCB时需注意的,PIC无法了解知晓
  PCB线路设计造成翘曲:
  PCB导线图形存在明显的不对称,比如一面存在大面积铜皮,一面盲孔过多,层与层厚度不对称等会形成较大的应力,使PCB翘曲。
2.jpg
  以上为客户设计PCB时需注意的,PIC无法了解知晓
  PCB板翘曲原因----PCB 物料问题
  PCB物料问题造成翘曲:
  PCB厂选材不当,选用的树脂材料抗弯曲能力不够,容易产生翘曲。(应选用高Tg,low CTE并且吸水率低树脂材料)
2.jpg
  处理方法:通知客户,一般客户会联系PCB更改材料或要求PCB厂改善
  PCB板翘曲原因----生产过程管控问题
  PCB在制作过程中未按要求管控造成板翘曲:
  PCB厂排版没有采用镜像排版,使Set结构不对称等
  PCB制作过程中是否有释放应力,下料前没有烘板,层压后未烘板,层压温度过高或者升温速度过快,热处理后没有自然冷却足够时间,比如有的PCB热风整平后用水洗冷却,虽然外观很漂亮但是容易产品翘曲、分层等问题。
  处理方法:影响贴装的PCB需退货处理并通知客户
  PCB板翘曲原因----PCB制作中经纬向问题
  PCB在制作过程中经纬方向错乱导致翘曲:
  PCB是由PP叠构而成,PP是有径向与纬向之分,其中经向的纱是连续的,有张力支持,纬向的纱是断的,不需张力支持,另外径向与纬向的纱密度也不同,因此径向与纬向残留的应力是不同的,径向与纬向交错时易产生扭曲。
2.jpg
  如果因此原因造成翘曲影响贴装的PCB需退货处理
  PCB在制作过程中经纬向错乱导致翘曲:
  PCB层压过程中员工容易将PP经纬向用错,或者某次层压的PP经纬向与上一次层压的经纬向不一致,导致翘曲。
2.jpg
  如果因此原因造成翘曲影响贴装的PCB需退货处理
  切片可以确认PCB经纬向方向是否有错误
  PCB板翘曲改善----翘曲度返工
  PCB板翘曲度超规格返工流程:
  PCB对翘曲不合格的板子挑出放到烘箱内,在150C的重压下烘板3~6hrs,并自然冷却,然后再次检测翘曲,有时候需2~3次烘压才可以将板子整平。
  压力:0~10kg/cm2.
  时间:整平+热压+冷压
  板与板之间必须隔白纸/铝片
  板厚0.3~0.8mm 《40pnls/叠
  板厚0.8~1.5mm 《30pnls/叠
  板厚 》1.5mm Qty《20pnls/叠
2.jpg




原作者:Admin SMT之家

更多回帖

发帖
×
20
完善资料,
赚取积分