PCB板材翘曲成因

Innovation,Teamwork,Excellence,QualityPCB板材翹曲成因聯茂電子技術服務處Preparedby：彭新民2009.10.16初編2010.10.27二編2Innovation,Teamwork,Excellence,Quality一、前言随着电子产品制造技术的迅速高水平化、电子产品的小型化、轻量化、高功能化、以及表面贴装技术（SMT）的猛速发展，要求印制电路板本身的弯曲/翘曲度、PCB焊接时连接盘和焊垫的共面性与平坦度也非常严格；因此在电子产品中起重要角色的PCB也必须随着向高精度、高密度、高层次、小型化方向发展，这样导致PCB的结构也层出不穷，同时给PCB的生产厂家带来了技术上的空前挑战。3Innovation,Teamwork,Excellence,Quality二、板材翹曲成因板材翹曲是物理現象，不是化學現象，物理現象一定找得出原因，發生翹曲最基板的成因以簡單的一句話說就是應力不平衡。以下就各種板材發生翹曲的原因做一淺顯的說明。1.經緯交錯。2.緯紗歪斜。3.絕緣層疊構不對稱。4.銅面疊構不對稱。5.殘銅率不對稱。6.板面線路不對稱。4Innovation,Teamwork,Excellence,Quality13.綠油烘烤上架不良。10.綠油厚度不對稱。9.PP奶油層厚度不均。12.單面盲孔板。8.PP翻面組合。11.線路很長很密，有的面均是經向走向，有的面均是緯向走向，經緯交錯。7.壓合降溫過快。14.外力。5Innovation,Teamwork,Excellence,Quality1.經緯交錯基板是由PP疊構做成，PP在上膠時是連續生產，經向的紗是連續的，需有張力支持，布面才不會形成皺折。緯向的紗是斷的，不需要張力支持。經向和緯向生產時殘留的應力就不同。而且大部份的布，經向和緯向的紗束密度不同(玻纖布規格)，布是骨架，材質是玻璃，玻璃是許多長度標準品的材質，可見玻璃的漲縮很小，所以漲縮的貢獻主要是來自於樹脂，經向和緯向因為紗束密度不同，所以壓合漲縮程度自然不同。當經向和緯向交互疊構壓合時，不同的應力方向，造成板扭。6Innovation,Teamwork,Excellence,Quality經向經向7Innovation,Teamwork,Excellence,Quality2.緯紗歪斜經紗是連續的，不會有歪斜，緯紗是截斷的，可能會有歪斜，在平織法的狀態下，歪斜的玻布會想回到應力最小的狀態，於是形成板彎。8Innovation,Teamwork,Excellence,Quality板彎跟板扭的應力情況是不一樣的，板彎是板中央翹起，與兩板邊不同，形成彎曲狀；板扭是兩個對角翹起，形成扭曲狀。板彎板扭原布多少有一些緯紗歪斜，並不是緯歪不可以，而是不能太大。9Innovation,Teamwork,Excellence,Quality3.絕緣層疊構不對稱絕緣層疊構不對稱，例如一邊厚布一邊薄布，厚布縮的少，薄布縮的多，應力不對稱，於是產生板翹。複合板也是疊構不對稱的一種。core76282116縮的多縮的少示意圖10Innovation,Teamwork,Excellence,Quality4.銅面疊構不對稱最基本的銅面疊構不對稱就是單面板，因為銅的漲縮比樹脂小，會向銅的那一面凸起，樹脂的那一面收縮，所以厚銅面縮的少，應力不對稱，於是產生板翹。core21161oz21162oz示意圖11Innovation,Teamwork,Excellence,Quality5.殘銅率不對稱殘銅率不對稱，等於銅面疊構不對稱。core21161oz21162oz示意圖12Innovation,Teamwork,Excellence,Quality6.板面線路不對稱板面線路不對稱是指板面大銅面、線路區及空曠區沒有平均分配，大銅面集中某個區域，線路區及空曠區也在另外位置集中，會形成板扭部份L型板有此問題。線路區示意圖大銅面空曠區線路區大銅面13Innovation,Teamwork,Excellence,Quality7.壓合降溫過快壓合降溫速率過快，殘留應力會形成板翹，過Tg點溫度的烘烤可以解救此異常。降溫時料溫在Tg點以上，壓合降溫速率控制不要超過昇溫速率，應力可以得到釋放，Tg點以下可以加快降溫速率。14Innovation,Teamwork,Excellence,Quality8.PP翻面組合PP翻面組合，緯紗歪斜會得到加成，本來不會板翹的可能會形成板翹，此時形成的是板扭，尤其是當PP合計強度比core強的時後。所謂翻面加成，係指如下列情況，由一面上視往下看，緯歪現象不是平行同一方向如下。PPcorePP表示緯歪方向15Innovation,Teamwork,Excellence,Quality9.PP奶油層厚度不均PP奶油層厚度不均分兩種，一種是兩面厚度不一致，一種是同一面有厚有薄。當壓單張CORE時，可能導致薄板板彎翹，或波浪狀，此現象可以靠壓程的調整來改善板翹的發生。16Innovation,Teamwork,Excellence,Quality10.綠油厚度不對稱。綠油也是樹脂，當成品板較薄時，綠油就會對板翹有貢獻。17Innovation,Teamwork,Excellence,Quality11.線路很長很密，有的面均是經向走向，有的面均是緯向走向，經緯交錯。此設計不常遇到，長線路可以視為鎖住張力的方向。18Innovation,Teamwork,Excellence,Quality12.單面盲孔板由于为单面盲孔，存在两次或两次以上压合情况，即造就了内层芯板有的存在两次压合（或两次以上），而有的为一次压合，进而导致板材固化程度、应力释放、膨胀对称性、机械应力等等系列因素层次叠加、错综繁乱，在压合制作后就形成之大强度弯曲应力贡献；针对此类板，可将客户设计之不对称结构进行分解，然后以合理对称结构进行组合，使其两边结构与受机械加工应力尽量保持对称，从而使两边板材的固化程度、应力释放、膨胀对称性、机械应力等等保持一致性。19Innovation,Teamwork,Excellence,Quality20Innovation,Teamwork,Excellence,Quality13.綠油烘烤上架不良。一般材料內應力造成的板彎翹有下列2種形態。板彎板扭以上箭號方向表示翹起方向。21Innovation,Teamwork,Excellence,Quality若發現綠油烘烤後彎翹形態如下，則可能有烘烤上架不良因素造成。板彎以上箭號方向表示翹起方向。22Innovation,Teamwork,Excellence,Quality形成原理為烤架略歪，雖然很輕易將PCB板材放入，看起來沒有過緊，實際上導軌兩邊各有上下一點卡緊，烘烤時熱漲造成非導軌邊彎曲，導軌邊因導軌卡住，所以彎成另一方向。示意圖如下：此點卡住此點卡住導架略歪☉☉：表示方向指向螢幕外♁☉♁♁：表示方向指向螢幕內烤架是可伸縮調整尺寸的，沒鎖緊鎖平，也會造成導架歪