電子制造中的翹曲難題：PCB板整平方法綜述

在電子制造領(lǐng)域，PCB板的翹曲是一個(gè)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(dǎo)致焊點(diǎn)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(dǎo)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(fù)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(yīng)力、化學(xué)影響或不當(dāng)?shù)纳a(chǎn)工藝。因此，對(duì)于印制電路板制造商而言，預(yù)防翹曲的產(chǎn)生和有效處理已翹曲的PCB板至關(guān)重要。

一、預(yù)防電路板在加工過程中產(chǎn)生翹曲

預(yù)防措施首先應(yīng)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(yīng)控制庫存環(huán)境的濕度，并避免裸放。此外，不當(dāng)?shù)臄[放方式，如豎放或重物壓迫，也會(huì)加劇翹曲，因此應(yīng)平整堆放。在電路板設(shè)計(jì)和加工過程中，應(yīng)避免導(dǎo)電線路圖形的不均衡和不對(duì)稱，以減少應(yīng)力的產(chǎn)生。波峰焊或浸焊時(shí)，應(yīng)控制焊錫溫度和操作時(shí)間，以減少基板翹曲。此外，通過消除基板應(yīng)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(dāng)造成或加大基板翹曲

（1）由于覆銅板在存放過程中，因?yàn)槲鼭駮?huì)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(huì)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(duì)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(dāng)會(huì)加大翹曲。如豎放或覆銅板上壓有重物，擺放不良等都會(huì)加大覆銅板翹曲變形。

2. 避免由于印制電路板線路設(shè)計(jì)不當(dāng)造成翹曲。

如PCB板導(dǎo)電線路圖形不均衡或PCB板兩面線路明顯不對(duì)稱，其中一面存在較大面積銅皮，形成較大的應(yīng)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(huì)造成PCB板翹曲。對(duì)于覆銅板庫存方式不當(dāng)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(duì)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(yīng)力。

3. 加工工藝不當(dāng)造成翹曲。

波峰焊或回流焊時(shí)，焊錫溫度偏高。操作時(shí)間偏長，也會(huì)加大基板翹曲。對(duì)于波峰焊工藝的改進(jìn)。需電子組裝廠共同配合。

4. 消除基板應(yīng)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(xué)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(shí)電鍍是熱的，印綠油及印標(biāo)識(shí)字符后要用加熱烘干或用UV光烤干，熱風(fēng)噴錫時(shí)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(yīng)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(rèn)為這種做法有利于減少PCB板的翹曲。

烘板的作用是可以使基板的應(yīng)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(shí)到十幾小時(shí)。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(duì)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(shí)應(yīng)有重物壓住板，使基板在應(yīng)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(huì)變色。也不宜太低，溫度太低需很長時(shí)間才能使基板應(yīng)力松弛。

二、印制電路板翹曲整平方法

在PCB制程中，對(duì)于翹曲度較大的板，應(yīng)及時(shí)采用輥壓式整平機(jī)進(jìn)行整平。對(duì)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(dǎo)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(xué)性能，通過加熱和壓力使PCB板恢復(fù)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(shí)整平

在PCB制程中，將翹曲度比較大的板挑出來用輥壓式整平機(jī)整平，再投入下一工序。不少PCB廠認(rèn)為這一做法對(duì)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(duì)于已完工，翹曲度明顯超差，用輥壓式整平機(jī)無法整平的PCB板，有些PCB廠將它放入小壓機(jī)中(或類似夾具中)，將翹曲的PCB板壓住幾個(gè)小時(shí)到十幾小時(shí)進(jìn)行冷壓整平，從實(shí)際應(yīng)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(fù)翹曲)。

也有的PCB廠將小壓機(jī)加熱到一定溫度后，再對(duì)翹曲的PCB板進(jìn)行熱壓整平，其效果較冷壓會(huì)好一些，但壓力如太大會(huì)把導(dǎo)線壓變形：如果溫度太高會(huì)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(shí)間(幾個(gè)小時(shí)到十幾個(gè)小時(shí))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(xué)性能及多年工作實(shí)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：

（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(duì)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(shí)間。在受熱條件下，基板應(yīng)力逐漸松弛，使變形的PCB板恢復(fù)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(yīng)力完全松弛需要很長時(shí)間。

通?？捎没宀ＡЩ瘻囟茸鳛楹婵镜膮⒖紲囟龋ＡЩ瘻囟葹闃渲南噢D(zhuǎn)變點(diǎn)，在此溫度下高分子鏈段可以重新排列取向，使基板應(yīng)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(diǎn)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(shí)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(duì)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(shè)定可參照基板玻璃化溫度及基板在烘箱中烘烤一定時(shí)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(duì)于已噴了松香水的PCB板的烘烤溫度不宜過高。)烘烤一定時(shí)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(shí)，對(duì)所選取的烘烤溫度及烘烤時(shí)間作幾次小試驗(yàn)，以確定整平的烘烤溫度及烘烤時(shí)間。烘烤的時(shí)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(duì)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(jìn)的焊接工藝-激光焊錫技術(shù)

在電子制造的精密焊接領(lǐng)域，激光焊錫技術(shù)正逐漸成為提升焊接質(zhì)量和效率的關(guān)鍵技術(shù)。這一技術(shù)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(duì)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(dǎo)致熱翹曲，而激光焊錫技術(shù)以其高精度和局部加熱的特點(diǎn)，能夠有效地解決這一問題。

激光焊錫技術(shù)通過聚焦激光束對(duì)焊料進(jìn)行局部快速加熱，實(shí)現(xiàn)了對(duì)焊點(diǎn)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(shù)具有顯著的優(yōu)勢(shì)：它不僅加熱速度快，而且熱影響區(qū)域小，減少了對(duì)敏感元件的熱損傷風(fēng)險(xiǎn)。此外，激光焊錫技術(shù)可以實(shí)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(jié)合。這一過程涉及到潤濕、擴(kuò)散和冶金三個(gè)關(guān)鍵階段，確保了焊點(diǎn)的牢固和穩(wěn)定。由于激光焊錫技術(shù)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(shí)表現(xiàn)出色，尤其是在焊接過程中對(duì)溫度敏感的應(yīng)用場(chǎng)景。

此外，激光焊錫技術(shù)還具有自動(dòng)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(duì)焊接質(zhì)量要求的不斷提高，激光焊錫技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊，有望在未來的電子制造中發(fā)揮更大的作用。

四、總結(jié)

本文深入探討了PCB板翹曲的問題，并提出了一系列預(yù)防和整平的方法，以減少其對(duì)電子制造過程的影響。從庫存管理到加工工藝的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都對(duì)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(shè)計(jì)、精確的焊接溫度控制以及應(yīng)力消除處理，可以有效地預(yù)防翹曲的產(chǎn)生。對(duì)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(fù)其平整度，提高成品率，確保按時(shí)交貨。

在焊接技術(shù)方面，激光焊錫技術(shù)以其高效、精確的特點(diǎn)，為電子制造業(yè)帶來了革命性的變革。這一技術(shù)不僅提高了焊接質(zhì)量，還為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化生產(chǎn)提供了可能。隨著電子設(shè)備的不斷小型化和集成化，激光焊錫技術(shù)將在未來扮演越來越重要的角色，推動(dòng)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(lǐng)域的最新技術(shù)資訊和深度分析。大研智造是集研發(fā)生產(chǎn)銷售服務(wù)為一體的激光焊錫機(jī)技術(shù)廠家，擁有20年+的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。想要了解更多關(guān)于激光焊錫機(jī)在智能制造精密焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用，或是有特定的技術(shù)需求，請(qǐng)通過大研智造官網(wǎng)與我們聯(lián)系。歡迎來我司參觀、試機(jī)、免費(fèi)打樣。

審核編輯 黃宇