PCB warpage introduction

1、PCB翹翹曲度介曲度介紹紹Oct, 20142翹曲度（Warpage or warp or Bow & Twist ），用于表述平面在空間中的彎曲程度。絕對(duì)平面的翹曲度為0。常用的翹曲度單位有：毫米，微米等。印制板若不平整，會(huì)引起定位不準(zhǔn)，元器件無法插裝到板子的孔和表面貼裝焊盤上，甚至?xí)矇淖詣?dòng)插裝機(jī)。只有保證PCB在PCBA的過程中有很高的平整度才能保證SMT過程中（鋼網(wǎng)印刷、貼片、焊接）的品質(zhì)。前言3PCB板翹曲度標(biāo)準(zhǔn)在客戶沒有特殊要求的情況下，PCB在以下標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定PCB板的弓曲和扭曲，通孔板不應(yīng)該超過1.5%，表面貼裝印制板不應(yīng)該超過0.75%。IPC-6012 3.4.3IPC-A-

2、600 2.11IPC-2221 5.2.4v 為排除其他因素影響，以上翹曲度標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)未裝配，未過reflow的PCB裸板。Description in IPC-A-600Acceptable - Class 1, 2, 3 For printed boards using surface mount components, the bow and twist shall be 0.75%or less. For all other boards, bow and twist shall be 1.50% or less.Nonconforming - Class 1, 2, 3 Defect

3、s either do not meet or exceed above criteria.v IPC-A-610 10.2.6 (強(qiáng)調(diào)未造成裝配和使用的損傷即可接收)4PCB板翹曲度分類PCB板的翹曲分為弓曲與扭曲（即俗稱的邊翹與角翹）。弓曲 bow扭曲twist弓曲弓曲 bow：板以圓柱形狀或球面曲線狀偏離平面，即如果板式長(zhǎng)方形的則它只有四角在同一平面上（即邊翹）。扭曲扭曲twist：平行于長(zhǎng)方形對(duì)角線的板材變形，即一個(gè)角與其它三個(gè)角不再同一平面上（即角翹）5PCB板翹曲度測(cè)量工具PCB板翹曲度測(cè)量工具包含以下：1.大理石平臺(tái)（或者標(biāo)準(zhǔn)的精密平面）2.測(cè)試工具：塞尺、塞規(guī)或紅外線測(cè)試儀，測(cè)

4、高儀、板翹測(cè)試儀，千分尺3.適當(dāng)精度的直尺大理石平臺(tái)板翹測(cè)試儀6PCB板翹曲度測(cè)量工具測(cè)高儀測(cè)試前置零測(cè)量讀數(shù)7PCB板翹曲度測(cè)量工具紅外線測(cè)試儀圖中PCB是弓曲、還是扭曲 ？8PCB板弓曲與扭曲的翹曲度測(cè)量和計(jì)算方法不一樣的，以下為詳細(xì)步驟：弓曲 bow的測(cè)量和計(jì)算步驟：1.將PCB板放在基準(zhǔn)平面上，使凸面向上，對(duì)每一條邊邊，要用最夠的力壓住兩個(gè)角以保證他們和基準(zhǔn)面接觸，用千分尺或者塞尺測(cè)出垂直方向的最大讀數(shù)為R1 （四條邊都需要測(cè)量）2.用千分尺測(cè)試PCB板厚為R2 3.使用足夠的力壓PCB板使所有的邊都與基準(zhǔn)面接觸，測(cè)得邊的長(zhǎng)度為L(zhǎng)4.弓曲的PCB板翹曲度為=(R1-R2)/L*100%

5、5.相應(yīng)的測(cè)量其余三邊的翹曲度，備注：若短邊長(zhǎng)度為W，則短邊的翹曲度為=(R1-R2)/W*100%6.測(cè)量翹曲度需要測(cè)量?jī)擅?，所以?yán)格來說還需要翻轉(zhuǎn)PCB測(cè)量凹面向上的翹曲度。PCB板翹曲度測(cè)量和計(jì)算方法9扭曲twist的測(cè)量和計(jì)算步驟：1.將PCB板放在基準(zhǔn)平面上，讓三個(gè)角與平面接觸，用足夠的力壓PCB板以保證三個(gè)角與基準(zhǔn)平臺(tái)面接觸，測(cè)量翹起的角角到基準(zhǔn)面距離為R12.用千分尺測(cè)試PCB板厚為R2 3.測(cè)得該角對(duì)應(yīng)的對(duì)角線的長(zhǎng)度為D (對(duì)非長(zhǎng)方形測(cè)量角到對(duì)角長(zhǎng)度)4.扭曲的PCB板翹曲度為=(R1-R2)/2D*100% 5.若不需要用手按住也可以三個(gè)角與平臺(tái)接觸則扭曲的翹曲度為：Warp

6、age%=(R1-R2)/D*100% （此公式為PCB廠普遍使用的方法）6.如有需要，還需翻轉(zhuǎn)PCB測(cè)量凹面向上翹曲度。PCB板翹曲度測(cè)量和計(jì)算方法10PCB板翹曲度測(cè)量和計(jì)算方法員工發(fā)現(xiàn)一批PCB有翹曲問題個(gè)別批PCB弓曲，個(gè)別批扭曲此PCB 長(zhǎng)240mm, 寬76.3mm短邊翹曲最大3mm角落翹曲最大為5mm那么此PCB的翹曲度是多少？對(duì)角線長(zhǎng)度=Sqrt(240*240+76.3*76.3)=251.8mm弓曲板翹曲度為=(R1-R2)/W*100%=3/76.3*100%= 3.93%扭曲板翹曲度為=(R1-R2)/D*100% =5/251.8*100%=1.99%11PCB板翹曲

7、原因-與夾具不匹配PCB定位孔與夾具定位孔與夾具Fixture不匹配：不匹配：當(dāng)PCB定位孔距過大，則板中心向上弓曲。當(dāng)PCB定位孔距過小，則無法上Fixture，無法印刷錫膏。此類翹曲大多因?yàn)榭蛻舻腇ixture定位距離已經(jīng)定型，而又沒有注明定位孔的公差，由于定位孔加工工藝的不同，對(duì)孔距影響較大從而造成翹曲。處理方法：通知客戶并更改夾具12PCB板翹曲原因-PCBA reworkPCBA rework導(dǎo)致翹曲：導(dǎo)致翹曲：當(dāng)PCBA rework 再焊過程中，由于貼裝溫度高于PCB的Tg溫度，PCB硬性會(huì)受到高溫而降低，同時(shí)由于客戶Fixture設(shè)計(jì)以及單面貼裝，再貼第一面的rework過程中

8、，板子會(huì)出現(xiàn)單元懸空狀態(tài)，導(dǎo)致焊接過程PCB單元向下拱曲，致使第二面貼裝、焊接無法進(jìn)行。處理方法：調(diào)整返工條件并減少返工次數(shù)，并將問題反饋給客戶13PCB板翹曲原因-庫存方式PCB庫存方式造成翹曲：庫存方式造成翹曲：由于PCB存放中會(huì)吸濕會(huì)加大翹曲，單面板的吸濕會(huì)格外嚴(yán)重，所以對(duì)于沒有防潮包裝的PCB要注意存儲(chǔ)條件，盡量減少濕度和避免裸板儲(chǔ)存以減少翹曲。PCB出貨包裝中應(yīng)隔有硬木板，否則容易造成變形。PCB擺放方式不當(dāng)也會(huì)加大翹曲，如豎直擺放或PCB上壓有重物都會(huì)加大PCB的變形。處理方法：改善后續(xù)PCB的儲(chǔ)存條件14PCB板翹曲原因-客戶設(shè)計(jì)PCB客戶設(shè)計(jì)造成翹曲客戶設(shè)計(jì)造成翹曲：PCB導(dǎo)線

9、圖形存在明顯的不對(duì)稱，比如一面存在大面積銅皮，一面盲孔過多，層與層厚度不對(duì)稱等會(huì)形成較大的應(yīng)力，使PCB翹曲。PCB設(shè)計(jì)的時(shí)候會(huì)考慮到板翹曲影響：1.多層板都是偶數(shù)層的,平衡板厚2.層與層之間都對(duì)應(yīng)相同厚度(介質(zhì)層，銅厚，綠油厚度等)3.Top面與Bot面孔數(shù)量需接近4.所有的層材料選用同一供應(yīng)商來料（熱膨脹系數(shù)相同）一面又大面積銅，另一面則需要相應(yīng)的增加銅面積以上為客戶設(shè)計(jì)PCB時(shí)需注意的，PIC無法了解知曉15PCB板翹曲原因-客戶設(shè)計(jì)PCB線路設(shè)計(jì)造成翹曲線路設(shè)計(jì)造成翹曲：PCB導(dǎo)線圖形存在明顯的不對(duì)稱，比如一面存在大面積銅皮，一面盲孔過多，層與層厚度不對(duì)稱等會(huì)形成較大的應(yīng)力，使PCB翹

10、曲。以上為客戶設(shè)計(jì)PCB時(shí)需注意的，PIC無法了解知曉16PCB板翹曲原因-PCB 物料問題PCB物料問題造成翹曲物料問題造成翹曲：1.PCB廠選材不當(dāng)，選用的樹脂材料抗彎曲能力不夠，容易產(chǎn)生翹曲。（應(yīng)選用高Tg，low CTE并且吸水率低樹脂材料）679FG679FG705G705GReflow 3X后不同材質(zhì)PCB板表現(xiàn)出的翹曲度差異很大679FG Tg=145705G Tg=175處理方法：通知客戶，一般客戶會(huì)聯(lián)系PCB更改材料或要求PCB廠改善17PCB板翹曲原因-生產(chǎn)過程管控問題PCB在制作過程中未按要求管控造成板翹曲在制作過程中未按要求管控造成板翹曲：1.PCB廠排版沒有采用鏡像排

11、版，使Set結(jié)構(gòu)不對(duì)稱等2.PCB制作過程中是否有釋放應(yīng)力，下料前沒有烘板，層壓后未烘板，層壓溫度過高或者升溫速度過快，熱處理后沒有自然冷卻足夠時(shí)間，比如有的PCB熱風(fēng)整平后用水洗冷卻，雖然外觀很漂亮但是容易產(chǎn)品翹曲、分層等問題。PCB層壓升溫速度過快，層壓后未烘板導(dǎo)致下工序制作中翹曲嚴(yán)重處理方法：影響貼裝的PCB需退貨處理并通知客戶18PCB板翹曲原因-PCB制作中經(jīng)緯向問題PCB在制作過程中經(jīng)緯向錯(cuò)亂導(dǎo)致翹曲在制作過程中經(jīng)緯向錯(cuò)亂導(dǎo)致翹曲：1.PCB是由PP疊構(gòu)而成，PP是有徑向與緯向之分，其中經(jīng)向的紗是連續(xù)的，有張力支持，緯向的紗是斷的，不需張力支持，另外徑向與緯向的紗密度也不同，因此徑

12、向與緯向殘留的應(yīng)力是不同的，徑向與緯向交錯(cuò)時(shí)易產(chǎn)生扭曲。徑向緯向如果因此原因造成翹曲影響貼裝的PCB需退貨處理19PCB板翹曲原因-PCB制作中經(jīng)緯向問題PCB在制作過程中經(jīng)緯向錯(cuò)亂導(dǎo)致翹曲在制作過程中經(jīng)緯向錯(cuò)亂導(dǎo)致翹曲：1.PCB層壓過程中員工容易將PP經(jīng)緯向用錯(cuò)，或者某次層壓的PP經(jīng)緯向與上一次層壓的經(jīng)緯向不一致，導(dǎo)致翹曲.如果因此原因造成翹曲影響貼裝的PCB需退貨處理切片可以確認(rèn)PCB經(jīng)緯向方向是否有錯(cuò)誤20PCB板翹曲改善-翹曲度返工PCB板翹曲度超規(guī)格返工流程板翹曲度超規(guī)格返工流程：1.PCB對(duì)翹曲不合格的板子挑出放到烘箱內(nèi)，在150C的重壓下烘板36hrs，并自然冷卻，然后再次檢測(cè)翹曲，有時(shí)候需23次烘壓才可以將板子整平。壓力：010kg/cm2.時(shí)間：整平+熱壓+冷壓板與板之間必須隔白紙/鋁片板厚0.30.8mm 40pnls