預防 PCB 翹曲:設計與製造的最佳實務
1 分鐘
在電子設備的設計與製造過程中,PCB(印刷電路板)翹曲是一個常見卻令人頭痛的問題。PCB 翹曲不僅會影響設備的性能與可靠性,還可能導致連接問題及其他嚴重後果。因此,了解如何預防與解決 PCB 翹曲至關重要。本文將探討設計與製造中的一些最佳實踐,幫助您有效預防 PCB 翹曲問題的發生。
什麼是 PCB 翹曲?
PCB 翹曲指的是電路板的彎曲現象,也就是原本平整的電路板在放在桌面上時,兩端或中間會微微向上傾斜。
在實際生產中,大多數 PCB 都會有一定程度的彎曲,而非完全平整。如何衡量 PCB 的翹曲標準呢?通常透過測量其「翹曲度」來評估。
根據 IPC 標準,有表面貼裝元件的 PCB 板允許翹曲度為 0.75%,而無表面貼裝元件的 PCB 板則為 1.5%。然而,為了滿足高精度與高速貼裝的需求,部分電子組裝廠商對翹曲的要求更為嚴格,有些要求翹曲度為 0.5%,少數甚至要求 0.3%。
PCB 翹曲的危害
會阻礙 SMT 電子元件的安裝,導致元件(包括積體晶片)與 PCB 板焊點之間接觸不良。
增加電子元件的安裝難度,使引腳難以切斷。
在波峰焊過程中,部分焊盤可能因翹曲而無法有效與焊錫表面連接。
這些問題不僅影響生產效率,還可能導致設備性能下降與可靠性問題。因此,預防與解決 PCB 翹曲對於確保電子設備的穩定性與可靠性至關重要。
PCB 翹曲的原因
電路板重量造成的變形。
電路板的重量會使其凹陷變形。在回流焊爐中,板的兩側作為支點支撐整塊板子,若板上有重物或尺寸過大,會導致板子中間凹陷,進而彎曲。
V-Cut 對拼板變形的影響
V-Cut 是破壞板子結構的重要因素,因為它在原本的大片板上開槽,使 V-Cut 處更容易變形。
PCB 壓合製程導致的翹曲
Mainly results from thermal stress, increased thickness, varied pattern distribution, more prepregs, and challenges in eliminating thermal stress.
儲存不當
在儲存過程中堆疊板子或貨架支撐不足,可能導致機械變形,尤其是薄板。
銅箔面積不均
一側多一側少,導致表面張力不均,溫度過高時造成板子翹曲。
如何預防電路板翹曲
● 最佳化設計:
確保設計符合標準尺寸與重量要求,避免過大或過重的設計。
合理安排 V-Cut 設計,減少對板子結構的破壞。
● 材料選擇:
選用高品質的 PCB 基材,如玻璃纖維增強的 FR-4,以降低翹曲的可能性。可考慮選用較薄的基材,因為較厚的基材容易造成翹曲。
● 適當儲存:
在半成品的儲存過程中,應避免堆疊與不當存放,尤其是薄板。
● 銅箔均勻分布:
在 PCB 兩側均勻分布銅箔,以確保熱傳導與材料性能一致。
電路板焊接翹曲的解決方案
1. 控制溫度:在焊接過程中,應保持不同區域的溫度均勻。這可透過調整焊接溫度或改變焊接方式來實現。焊接時,焊錫必須充分潤濕,以防止焊點之間產生氣泡與間隙。
2. 最佳化結構:電路板的結構設計也會影響焊接翹曲。因此,我們可透過修改電路板結構與調整焊點位置,來減少焊接過程中的熱擾動,降低電路板的翹曲。
3. 加固電路板:針對焊接後的翹曲,可採用加固方式解決。例如,在翹曲嚴重的區域加強支撐,或在翹曲處增加焊點。
4. 更換材料:若上述措施皆無效,可考慮更換材料。選用熱膨脹係數較低的材料或採用表面黏合技術,有助於減少電路板焊接翹曲。
持續學習
如何避免銅箔剝離
熱風整平(HASL)是在裸露的銅面上覆蓋一層錫合金,以防止氧化並為後續組裝提供良好的焊接表面。HASL 的基本流程是將 PCB 板短暫浸入高溫液態錫槽,在助焊劑與高溫錫的作用下形成銅錫合金(IMG);接著在導軌上將板子提起,同時以高壓氣體吹除非銅區域多餘的錫,並將焊盤上不平整的焊料整平。 HASL 製程能提供良好的可焊性,然而實際作業時容易發生銅箔剝離:單面板最常出現在電鍍孔,雙面板則常見於環形墊圈狹窄的導通孔焊盤,尤其是長槽孔。造成銅箔剝離的主要原因如下: 1. HASL 錫槽溫度 275–300°C 遠高於板材的玻璃轉移溫度(TG 點),板子在錫槽高溫與高壓氣體噴射下承受強大應力,若缺乏寬大表面焊盤的機械支撐,PTH 孔內的銅箔容易與孔壁分離。 2. HASL 過程中銅與錫結合形成銅錫合金,會腐蝕掉部分銅,降低與基材的附著力。 改善與優化策略 舉個例子,就像攀岩時若雙手都能抓住突出的岩面,且抓握面積越大,攀爬就越輕鬆。 孔壁內的銅面行為類似:當上下兩面都有焊盤(一般建議環形墊圈 ≥0.3 mm)時,附著力更強,銅箔剝離的機率大幅降低。 結論 對於焊盤較小的單面或雙面板,可考慮改為雙面板(焊盤 ......
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