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PCB翹曲容易導致SMT元件上料位置偏移，影響終端制品品質(zhì)。

 

PCB板經(jīng)過生產(chǎn)線加工、上料后，通常容易出現(xiàn)PCB板翹曲變形問題，不但影響SMT上料元器件位置位置偏移，也可能影響終端產(chǎn)品品質(zhì)與耐用度，嚴重者可能導致元器件空焊。

 

大面積PCB若電子元器件數(shù)量多、重量較重，板材強度不夠時容易產(chǎn)生PCB中央部凹陷問題。

 

PCB電路板可以說是電子設備的基礎，若基礎不平整，關鍵元器件、半導體不夠貼合，加上自動化高速生產(chǎn)，常常會導致元件空焊或是元件如同立碑般不良組裝狀態(tài)，這種問題小則導致電子電路功能不穩(wěn)定、大則可能出現(xiàn)誤動作或是電路短路∕開路故障。

 

自動化生產(chǎn)PCB板材  平整度影響生產(chǎn)良率

尤其是大量生產(chǎn)的產(chǎn)線環(huán)境，新一代電子設備產(chǎn)線多半透過自動化SMT(surface-mount devices)上料、自動回焊元器件機制，從上錫∕上料等都是由自動化設備高速運行，已不是人工加工處理所能應付，甚至在大量微縮產(chǎn)品機構(gòu)、體積，元器件的布局更緊湊，多半需要自動化生產(chǎn)設備才可能完成加工程序。

 

在自動化加工設備產(chǎn)制流程，基本上是以PCB為全平整狀態(tài)下進行自動上料的位置定位標定，為求生產(chǎn)速度，在往復上料、定位程序可能會因為產(chǎn)速需要加快或縮減，若PCB在生產(chǎn)過程或加工上料前出現(xiàn)板材翹曲或變形，大型IC半導體上料或是SMT元件焊接上料就可能出現(xiàn)前述問題，導致產(chǎn)品生產(chǎn)品質(zhì)與穩(wěn)定性降低，產(chǎn)線針對故障品、不良品的重加工反而讓成本暴增。

 

在SMT加工上料過程，PCB板不平整問題不但會導致上料定位不夠精準，大型點功率元件可能無法準確插裝或貼裝在PCB表面，較差狀況可能會因為錯誤插件把插裝機搞故障，自動化產(chǎn)線因為問題出現(xiàn)∕排除、導致產(chǎn)速下降。

 

至于插件歪斜的元器件也可能不影響插件或是焊接生產(chǎn)，但歪斜的元件雖不影響功能卻可能讓后續(xù)機殼組裝產(chǎn)生無法安裝到機箱或組裝加工問題，事后人工再加工處理也會產(chǎn)生重工成本。尤其是SMT技術(shù)正朝高速化、智能化、高精密度方向升級，但PCB板容易翹曲卻往往成了阻礙生產(chǎn)速度再提升的瓶頸。

 

SMT自動化加工  上料精度為優(yōu)化重點

以SMT加工自動化機臺為例，元器件為利用吸嘴運用吸力吸住電子料件，PCB經(jīng)過上加熱焊膏快速將元器件上料貼合，達到完美上料∕焊接的狀態(tài)，必須是元件吸附平穩(wěn)、焊膏加熱處理時機恰到好處，電子元件與PCB完整接合后吸住料件的吸嘴釋放真空吸力后釋放料件，完成精準上料∕焊接元件目的。

 

而上料過程中可能在吸嘴真空吸引力控制不良，導致元件拋料問題造成元器件移位、或是貼片機的下壓力道過大導致料件焊接點的焊膏被擠出焊點狀態(tài)，這些狀況尤其在PCB翹曲不平整時最容易被凸顯出來，不平整的PCB也成為自動上料機頻繁需要排除的問題點。

 

PCB不平整不僅會造成拋料或是料件擠壓問題，對腳位密集的半導體、整合晶片元器件也極容易因為左右上下移位(平移誤差)或是角度移位(旋轉(zhuǎn)誤差)，導致上料位置偏移，偏移的結(jié)果可能導致半導體IC接腳虛焊甚至空焊問題發(fā)生。

 

PCB容許變形量越低越好

在IPC所列的標準有提到SMT貼片機所對應的PCB最大容許變形量約在0.75%，若是不進入自動化SMT處理、手工上料∕焊接的PCB最大容許變形量則為1.5%，但基本上這只是對PCB翹曲程度的低標準要求，若要滿足SMT貼片機的自動化加工精準度與預度，對于PCB變形量控制標準必須比0.75%要求更高，可能必須要要求至少0.5%甚至是0.3%高標準要求。 

 

檢視PCB為何產(chǎn)生翹曲？其實PCB為銅箔、玻璃纖維、樹脂等復合材料使用化學膠料搭配物理壓合、貼合制成的復合板材，每種材料的彈性、膨脹系數(shù)、硬度、應力表現(xiàn)都不同，受熱膨脹的狀況也會有差異，在PCB加工過程會經(jīng)過多段熱處理、機械切割、化學材料浸泡、物理壓合黏合等過程反覆處理，要制作具完全平面的PCB本來就是緣木求魚、難上加難，但至少可以控制在一定比例要求的平整度表現(xiàn)。

 

導致PCB翹曲成因復雜  必須從材料∕制程多方分析

雖然導致PCB翹曲變形的原因復雜，但至少可以從幾個可以著手的角度進行處理。首先，須先針對PCB板為何變形進行原因分析，知道產(chǎn)出問題關鍵才能找出對應解法，降低PCB板變形問題可以自材料、復合板材結(jié)構(gòu)、蝕刻線路圖形分布、加工制程等面向進行思考與研究。

 

而PCB翹曲的多數(shù)成因，會發(fā)生在PCB制程本身的問題，因為當電路板上的覆銅面積有差異時，如電路板為了電磁問題改善或電氣特性優(yōu)化，會將地線線路刻意大面積處理，而數(shù)據(jù)線路則相對密集蝕刻，這會導致PCB本身的覆銅產(chǎn)生局部的面積差異，當大面積覆銅銅箔無法均勻分布于同一張PCB時。

 

當設備運行產(chǎn)生的熱，或加工機具、處理產(chǎn)生的熱，就會導致PCB出現(xiàn)熱漲冷縮物理現(xiàn)象，加上覆銅不均勻產(chǎn)生局部應力差異，電路板翹曲自產(chǎn)生，若板子的熱漲冷縮導致的應力差異達到材料極限值，就會造成PCB永久性的翹曲變形。

 

PCB覆銅厚度與線路布局  也會影響板材平整條件

另一個狀況也是PCB穿孔、連接點數(shù)量問題，以HDI高密度PCB來說連接點、穿孔數(shù)量與內(nèi)連線路繁復，大量的連通孔、盲孔、埋孔也會在設置孔位的位置限制了PCB熱漲冷縮現(xiàn)象，間接導致PCB出現(xiàn)不平整、彎曲或翹曲現(xiàn)象。

 

在實務面會發(fā)現(xiàn)，當元器件數(shù)量、重量增加，也會因為材料重量壓覆導致PCB出現(xiàn)凹陷變形，這在大型的PCB如電腦主機板、服務器電路板等較容易出現(xiàn)，尤其是產(chǎn)線使用鍊條將板材兩端導入回焊爐進行上錫處理，板子若裝載零件過重就會導致板材中央部凹陷。

 

考量解決彎板、PCB板翹曲問題，必須從設計面、材料面、制程面多方思考可能成因，透過產(chǎn)線的制程、制品產(chǎn)出問題點進行分析、推導可能成因，透過系統(tǒng)性的優(yōu)化程序逐步改善。例如，可以從板材的壓合材料、設計結(jié)構(gòu)、線路圖等對板材產(chǎn)生的變形進行參照與分析。

 

對于PCB覆銅的處理必須考量覆銅厚度、銅箔的熱膨脹系數(shù)等。制程中可能大量採行SMT上料制作，PCB本身需要考量高耐熱材料與結(jié)構(gòu)設計，尤其薄化的PCB更容易出現(xiàn)板材翹曲問題。PCB進料儲放也是可能產(chǎn)生翹曲變形的重點，因為PCB本身板材即為復合材料，在潮濕環(huán)境可能因置放堆迭或是吸濕出現(xiàn)基板變形。

 

PCB板在上料、加工過程出現(xiàn)變形也是最常見的現(xiàn)象，加工變形會比料件本身變形分析更加困難，因為變因可能性相當多，如機械應力、熱應力等都有可能發(fā)生，在PCB本身制造生產(chǎn)過程，如蝕刻、貼合、加工等就會遭遇機械應力影響，產(chǎn)制完成之PCB成品如前述在搬運、堆置、儲放、甚至末端清洗與烘烤過程，也會出現(xiàn)可能的板材翹曲。

 

一般的覆銅板材，若為雙面、線路∕結(jié)構(gòu)對稱，可以在壓合過程中減低變形狀態(tài)，但實際的生產(chǎn)狀況卻不是這么完美，首先線路要達到完全對稱就極為困難，覆銅厚度也會因為制程條件的變動出現(xiàn)差異，更遑論精密度更高、貼合線路更繁復的HDI多層板結(jié)構(gòu)，材料設計在控制低板材翹曲方面更為困難。