PCB生產中產品翹曲的成因與對策

張伯平

（邢臺市海納電子科技有限責任公司，河北 邢臺 054700）

PCB生產中產品翹曲的成因與對策

張伯平

（邢臺市海納電子科技有限責任公司，河北 邢臺 054700）

翹曲是印制板生產中最常見而又最難解決的問題。綜合分析造成印制板翹曲的原因主要為應力。本文從板材材料因素、板材生產設備因素及印制板生產工藝等方面詳細論述了問題產生的原因及解決方法。

PCB生產；印制板；翹曲

在PCB&CCL行業的共同努力下，印制板的基材逐漸向高檔基材和綠色環保型基材方向發展，適用于SMT，耐熱性高、熱穩定性好、低介電常數、耐離子遷移、無基材翹曲、加工性能良好等將成為今后一段時間基材的發展方向。當前對于SMT和BGA等安裝的板，按當前印制板制造技術，要保證在PCB制程中各種狀態下所有的板翹均達到0.5%以內，除印制板生產控制外，板材的生產過程及成品板的使用都需要共同控制。

1　基材原材料因素

原材料因素可分為固定因素和品質因素。

1.1固定因素

原材料固定因素是指組成基材的主要原材料玻纖布、銅箔、環氧樹脂的熱膨脹系數相差很大，如E-玻纖布為5.04x10-6/℃、銅箔為1.7x10-5/℃、雙酚A型環氧樹脂為8.5x10-5/℃。環氧樹脂的固化收縮率是玻纖布的十幾倍，是銅箔的五六倍。基材在生產過程中由于熱脹冷縮的緣故，銅箔和基板的膨脹系數存在明顯差異，從而產生內應力，內應力的釋放產生基材翹曲［1］。

1.2品質因素

原材料品質因素，在三大主材中的玻纖布結構是各向異性，如經向和緯向密度不同、經向與緯向強度不同等，必定造成產品各個方向的應力不相同，也是造成產品翹曲的一個重要因素。當配方中有兩種或兩種以上樹脂并用時，兩種樹脂的固化進程可能不一致，交聯密度可能不均衡等而造成應力。

2　基材生產設備因素

基材設備影響因素是指覆銅板生產過程中設備影響因素，包括如下幾個方面：

2.1在上膠過程中，上膠機的烘箱高度很高，由于自重作用，玻纖布會受到一個重力作用而產生變形。上膠機的被動輥很多，阻力較大，需有一個力才能將玻纖布拉過上膠機，這個力（俗稱“張力”），有可能使玻纖布變形。玻纖布變形或粘結片變形都使產品存在“內應力”而易翹曲。

2.2上膠機烘箱溫度分布不盡相同及黏結片上各處樹脂含量不同造成粘結片各個部位凝膠化時間（GT）有所不同。凝膠化時間、膠含量及固體物含量的不同，使黏結片在熱壓成型時流膠程度和固化進程與固化程度產生差異，使產品存在“內應力”，導致產品翹曲。

2.3層壓機熱壓板溫度分布存在差異，在產品熱壓成型過程中使產品各個部位固化進程與固化程度存在差異，使產生“內應力”而翹曲。此外，熱壓板、托板、鏡面板加工精度變形等對產品翹曲度均會有所影響。

2.4牛皮紙、石棉型或橡膠型緩沖墊等不同材質墊板材料，其厚度分布均勻性、使用厚度、使用次數等對傳熱效果均有不同影響，也即對產品固化進程均勻性有影響，對產品翹曲度也產生影響。

2.5基材生產壓機大體上都是采用上、下擠壓式，這種壓合方式使產品在熱壓成型過程中，由于壓力、傳熱、固化反應使產品中間部位的固化進程與四周存在明顯差異，這也是產品存在“內應力”因素。

2.6由于設備“內應力”的釋放使產品形成不同程度翹曲，由“內應力”造成制品翹曲較難整平。此外，解板、剪板過程中也會造成翹曲。這些屬于外力因素，較容易整平。

3　印制板生產制程因素

要使印制板滿足電子產品SMT及BGA安裝要求，除了基板平整度應有基本保證之外，PCB制程也有很大影響。如兩面導電圖形與線路面積均衡性、多層板疊層對稱性、內層板與固化片經緯方向一致性，對制成品翹曲度變化均有一定影響，而影響較大的為溫度，在PCB制程中，制品要經歷若干熱沖擊、熱處理，當處理溫度超過覆銅板Tg時，應盡量使基板雙面受熱盡量相同和均勻，處理時間盡量短，以減少基板翹曲［2］。

依試驗為例說明：該板總厚度為18～20mil，制作過程中板易變形，折傷引起板曲，該制板的Lay-up為對稱性設計，壓板板曲是由于制板內應力未完全消除。機器磨板過程中由于機器原因會導致板翹曲卷起。沉銅電鍍過程中由于電流沖擊會造成板內應力的變化引起板翹曲。綠油制作過程中由于外層S/S和C/S面留銅率不一樣，綠油為熱固性樹脂，綠油黏附在板面，在鋦板時，對板面的作用力造成板彎，其次在插架鋦板過程中由于溫度高過Tg值板易變形。

3.1試驗要求：針對以上問題，本次試板采用如下幾點有針對性地進行改善。

3.1.1使用新的排板，使整個Panel板面因壓板及綠油時，樹脂及綠油對板材造成的應力兩面均勻。同時將S/S面假銅區增加無銅間隙，令整個Unit受力均勻。

新排板如下圖：

圖1　

3.1.2修改壓板程式，更好地消除壓板時產生的應力；

3.1.3所有制程采用化學磨板，防止板卷曲；

3.1.4沉銅電鍍過程采用夾具，夾具每邊用夾子與板夾緊，夾具厚度為50mil，夾具形狀如下圖：

圖2　

在圖形電鍍過程中，夾具每使用一次需要褪錫。

3.1.5綠油終鋦過程采用IR爐，防止插架鋦爐時板曲；

3.1.6在整個試板過程中板要平拿平放。

3.2試板內層制作：

3.2.1鋦板、切板：

一開六方式切板，大料切板前需145±5℃，鋦11h。

3.2.2壓板：入爐前，爐溫必須降至45℃，出爐爐溫應在45℃左右，用15張新牛皮紙。

3.3試板外層制作：

3.3.1鉆孔：

由于外層制作采用化學磨板，在鉆孔過程中盡量減小披峰，因此鉆孔時每疊板上覆蓋一塊尺寸與試板大小相同，厚度為40mil的覆銅板。

3.3.2沉銅、全板電鍍：

沉銅的前處理磨板使用內層的化學磨板，速度為1.9m/min。

沉銅、全板時都采用夾具夾板。

3.3.3外層干菲林/圖形電鍍：

前處理磨板采用化學磨板；電鍍時需要使用夾具，夾具每使用一次需褪錫。

3.4FQC測試：

1—Ply Core總數360units，合格數340units，合格率為94.4%；

2—Ply Core總數340units，合格數296units，合格率為87.1%。

4　PCB成品使用的影響

4.1PCB成品的儲運：為防止PCB成品在儲運中發生板面變色、銅箔氧化、板材彎曲等性能下降而出現的品質問題，PCB成品在儲運過程中，要防止雨淋、高溫、機械損傷、陽光直射，應儲存在陰涼、干燥、干凈、防水、防火、平坦和無腐蝕的空間。在取用、搬遷PCB成品板時，應戴上柔軟、清潔的手套，防止用手直接接觸銅面，還要注意防止板角部位撞擊其他板面，造成質量問題及應力發生［3-4］。

4.2PCB的設計和制作：

①必須搞清楚基材的經、緯方向，特別是“正方形”形狀的產品，在生產過程中不能混淆。

②盡可能把板材的長度方向設計為經向，同時把承重放在經向，充分利用經向抗彎強度高的特點；

③因為經、緯方向的密度不同，根據統計的實際數據，對經、緯方向的收縮率進行不同數據的系數補償，從而消除內應力的影響，減少PCB成品板的翹曲。

4.3PCB的焊接：PCB成品板的焊接主要有波峰焊、回流焊、手工焊加工等。

①波峰焊加工中，焊接的溫度，實際是焊錫的溫度，焊接溫度過高，會造成線路銅箔或基材起泡、分層、翹曲，因此，對焊接溫度要嚴格控制。

②回流焊過程中，發生基材變形的原因一般為PCB成品吸潮所致，因此，要控制好成品上線前的預熱過程。

③手工焊主要是對特殊元器件的單獨補焊，電烙鐵的表面溫度及接觸時間應嚴格控制。

5　總結

要提高印制板平整度，首先要保證覆銅板平整度，其次要注意印制板生產過程的控制。還要注意后續加工過程的控制。

5.1原材料樹脂配方的選用、膠液各技術參數的設定是一個非常重要的環節，如橡膠類高分子材料，也有并用雙酚A側鏈型環氧樹脂，此類樹脂具有頗長側鏈，而使固化體系柔韌性增加，也有采用具體柔性分子鏈的固化劑，都可以達到提高固化體系柔韌性目的，減少固化時制品收縮率，有利于消除應力，提高覆銅板平整度。

5.2在上膠過程中，黏結片各個技術指標設定要與所選定樹脂配方相對應，嚴格控制凝膠化時間、膠含量及固體物含量值，使其在橫向各不同部位及連續縱向的值盡量接近一致，減少產品內應力，是制作高平整度覆銅板的一個重要技術措施。

5.3熱壓條件設定應與樹脂配方、粘結片各技術參數設定相對應，如果樹脂配比已改變，此時，熱壓條件應有所調整。熱壓條件中的升、降溫速率設定要與熱壓板面積、每一疊合產品張數、產品板厚，墊板材料厚度等相對應。特別是對應比較厚的產品，傳熱比較慢，如果升溫太快，會造成產品兩面受熱不一致，不均勻，造成固化進程不一致，也易導致產品翹曲。

5.4壓力設定要適當，壓力過低易產生流膠不足（與升溫速率過慢相同）而可能造成板厚薄不均。壓力設定及升壓時間設定，同樣與熱壓板面積、每一疊合產品張數。產品板厚等因素相關。一段加壓與分段加壓各有優缺點，應視樹脂配方及黏結片合技術參考、層壓產品規格型號。

5.5疊配料時經緯向交錯或不同結構玻纖布疊合，都會因固化收縮率不同而產生應力。所以，要注意兩種黏結片玻纖布結構是否相同，RC%、GT等技術參數是否相近，這也是減少應力，提高產品平整度應加以留意的一個方面。

5.6PCB在進行線路設計時應充分考慮產品的制造工藝及原材料特性：

①采用與無鉛焊料相對應的高Tg基材；

②根據使用環境采用低吸收率、低膨脹系數的基材；

③根據加工環境，選用較好機械性能的基材。

5.7在印制板生產流程中，壓板、磨板、綠油及鋦板等流程進行流程參數修改后，板翹曲度有改善；另外，適當增加制板厚度，并在成品完成后適當進行熱壓矯正，可以明顯提高成品平整度。

5.8處理好成品板的儲運及加工環境，就能防止其加工及使用的不良。

綜上所述，只有綜合分析各因素并采取相應措施，就能取得較好的效果。

［1］辜信實，等.印制電路用覆銅箔層壓板［M］.北京:化學工業出版社，2013.

［2］張懷武，等.現代印制電路原理與工藝［M］.北京:機械工業出版社，2010.

［3］祝大同.高導熱性樹脂開發與應用的新進展［M］.上海：印制電路信息，2012.

［4］孟昭光.厚銅箔印制板尺寸穩定性研究［M］.上海：印制電路信息，2013.

Causes and Counter measures of Products Warp in the Production of PCB

Zhang Boping
（Xingtai Haina Electronic Technology Co.，LTD，Xingtai Hebei 054700）

Warp is the most common and most difficult problem in the production of PCB.PCB warp is mainly caused by stress factors through comprehensive analysis.This article discusses the causes and solutions of the problem from the plate material，sheet production equipment and PCB production process indetail.

PCB production；PCB；warp

TN41

A

1003-5168（2015）05-0020-3

2015-4-28

張伯平，高級工程師，研究方向：印刷線路板、特種電鍍工藝。