电路板经过回流焊时大多容易发生板弯板翘,严重的话甚至会造成元件空焊、立碑等情况,应如何克服呢?
1、pcb线路板变形的危害
在自动化表面贴装线上,电路板若不平整,会引起定位不准,元器件无法插装或贴装到板子的孔和表面贴装焊盘上,甚至会撞坏自动插装机。装上元器件的电路板焊接后发生弯曲,元件脚很难剪平整齐。板子也无法装到机箱或机内的插座上,所以,装配厂碰到板翘同样是十分烦恼。
在ipc标准中特别指出带有表面贴装器件的pcb板允许的相当大变形量为0.75%,没有表面贴装的pcb板允许的相当大变形量为1.5%。实际上,为满足高精度和高速度贴装的需求,部分电子装联厂家对变形量的要求更加严格,如我公司有多个客户要求允许的相当大变形量为0.5%,甚至有个别客户要求0.3%。
pcb板由铜箔、树脂、玻璃布等材料组成,各材料物理和化学性能均不相同,压合在一起后必然会产生热应力残留,导致变形。同时在pcb的加工过程中,会经过高温、机械切削、湿处理等各种流程,也会对板件变形产生重要影响,总之可以导致pcb板变形的原因复杂多样,如何减少或 由于材料特性不同或者加工引起的变形,成为pcb制造商面临的相当复杂问题之一。
2、变形产生原因分析
pcb板的变形需要从材料、结构、图形分布、加工制程等几个方面进行研究,本文将对可能产生变形的各种原因和改善方法进行分析和阐述。
电路板上的铺铜面面积不均匀,会恶化板弯与板翘。
一般电路板上都会设计有大面积的铜箔来当作接地之用,有时候vcc层也会有设计有大面积的铜箔,当这些大面积的铜箔不能均匀地分佈在同一片电路板上的时候,就会造成吸热与散热速度不均匀的问题,电路板当然也会热胀冷缩,如果涨缩不能同时就会造成不同的应力而变形,这时候板子的温度如果已经达到了tg值的上限,板子就会开始软化,造成长久的变形。
2.1压合材料、结构、图形对板件变形的响分析
pcb板由芯板和半固化片以及外层铜箔压合而成,其中芯板与铜箔在压合时受热变形,变形量取决于两种材料的热膨胀系数(cte)
铜箔的热膨胀系数(cte)为左右
而普通fr-4基材在tg点下z向cte为;
tg点以上为(250~350)x10-6,x向cte由于玻璃布存在,一般与铜箔类似。
/ 关于tg点的注释:
高tg印制板当温度升高到某一区域时,基板将由"玻璃态”转变为“橡胶态”,此时的温度 称为该板的玻璃化温度(tg)。也就是说,tg是基材保持刚性的相当高温度(℃)。也就是说普通pcb基板材料在高温下,不但产生软化、变形、熔融等现象,同时还表现在机械、电气特性的急剧下降。
一般tg的板材为130度以上,高tg一般大于170度,中等tg约大于150度。
通常tg≥170℃的pcb印制板,称作高tg印制板。
基板的tg提高了,印制板的耐热性、耐潮湿性、耐化学性、耐稳定性等特征都会提高和改善。tg值越高,板材的耐温度性能越好 ,尤其在无铅制程中,高tg应用比较多。
高tg指的是高耐热性。随着电子工业的飞跃发展,特别是以计算机为代表的电子产品,向着高功能化、高多层化发展,需要pcb基板材料的更高的耐热性作为重要的保证。以smt、cmt为代表的高密度安装技术的出现和发展,使pcb在小孔径、精细线路化、薄型化方面,越来越离不开基板高耐热性的支持。
所以一般的fr-4与高tg的fr-4的区别:是在热态下,特别是在吸湿后受热下,其材料的机械强度、尺寸稳定性、粘接性、吸水性、热分解性、热膨胀性等各种情况存在差异,高tg产品明显要好于普通的pcb基板材料。