全面解读 PCB 板变形原因、危害及预防方案

在电子设备高度集成化和智能化的今天，PCB（印刷电路板）作为电子系统的关键载体，其质量和性能直接影响着整个电子设备的稳定性和可靠性。然而，PCB 板变形问题却成为了困扰电子制造行业的一大难题，下面我们就来深入探讨 PCB 板变形。

PCB 板变形的危害

在现代化的表面贴装生产线上，PCB 板的平整度至关重要。一旦电路板出现不平整，元器件的插装和贴装位置就会出现偏差，无法准确安装到指定的孔和焊盘上。这不仅会降低生产效率，还可能损坏自动插装机等昂贵设备，增加生产成本。焊接后的电路板若发生弯曲，元件脚难以剪平整齐，板子也无法顺利安装到机箱或插座中，严重影响产品的装配质量和稳定性。

随着表面贴装技术朝着高精度、高速度、智能化方向的不断发展，对 PCB 板的平整度要求也日益提高。国际电子工业联接协会（IPC）规定，带有表面贴装器件的 PCB 板允许的变形量为 0.75%，无表面贴装的 PCB 板允许的变形量为 1.5%。但在实际生产中，为了满足高精度和高速度贴装的需求，部分电子装配厂家对变形量的要求更为严格，如将允许的变形量控制在 0.5%，甚至个别厂家要求达到 0.3%。

PCB 板变形产生原因分析

PCB 板是由铜箔、树脂、玻璃布等多种不同物理和化学性能的材料压合而成，这种材料的不均匀性使得在压合过程中必然会产生热应力残留，从而导致变形。同时，PCB 在加工过程中会经历高温、机械切削、湿处理等多个复杂流程，这些因素都会对板件变形产生重要影响。具体而言，可能导致 PCB 板变形的原因如下：

●铺铜面面积不均匀：电路板上通常会设计大面积的铜箔用于接地或作为电源层（Vcc 层）。当这些大面积的铜箔不能均匀分布在电路板上时，会造成吸热和散热速度不一致。在电路板热胀冷缩过程中，由于涨缩不同步，会产生不同的应力。当板子温度达到玻璃化转变温度（Tg 值）上限时，板子会软化，进而导致变形。

●各层连结点的限制：现代多层电路板层与层之间通过连结点（vias）连接，连结点分为通孔、盲孔与埋孔。这些连结点会限制板子的热胀冷缩效果，间接导致板弯与板翘。

●电路板自身重量：在回焊炉中，电路板通常以两边为支点被链条带动前进。如果板子上有过重的零件，或是板子的尺寸过大，就会因自身重量而呈现出中间凹陷的现象，造成板弯。

●V - Cut 的影响：V - Cut 是在原来一大张的板材上切出沟槽，破坏了板子的原有结构，使得该部位容易发生变形。

●压合材料、结构和图形的影响：PCB 板由芯板、半固化片和外层铜箔压合而成，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）约为 17×10⁻⁶，而普通 FR - 4 基材在 Tg 点下 Z 向 CTE 为（50 - 70）×10⁻⁶，Tg 点以上为（250 - 350）×10⁻⁶，X 向 CTE 由于玻璃布的存在，一般与铜箔类似。

●加工过程的影响：

a.覆铜板来料：覆铜板压机不同区域存在温差，会使树脂固化速度和程度产生差异，导致局部应力，在后续加工中逐渐释放产生变形。

b.压合工序：这是产生热应力的主要流程，由于 PCB 板厚度、图形分布和半固化片数量等因素，热应力更难消除，在后续流程中释放会导致板件变形。

c.阻焊、字符烘烤：阻焊油墨固化时，板子竖放，温度超过中低 Tg 材料的 Tg 点，板件在自重或烘箱强风作用下易变形。

e.热风焊料整平：该过程为骤热骤冷，电路板材料和结构不均匀，会产生热应力，导致变形翘曲。

f.存放方式：半成品阶段存放时，架子松紧不合适或堆叠放板会使板件产生机械变形，对薄板影响更严重。

PCB 板翘曲变形的预防

为了有效减少或消除 PCB 板变形问题，可采取以下预防措施：

1.工程设计：层间半固化片排列应对称，多层板芯板和半固化片使用同一供应商产品，外层 A 面和 B 面线路图形面积尽量接近，可加独立网格平衡。

2.下料前烘板：覆铜板下料前在 150 摄氏度烘 8±2 小时，去除水分，使树脂完全固化，消除应力。

3.半固化片经纬向区分：下料和迭层时分清经向和纬向，成卷半固化片卷起方向为经向，宽度方向为纬向；铜箔板长边为纬向，短边为经向。

4.层压后除应力：多层板热压冷压后，剪或铣掉毛边，在 150 摄氏度烘箱烘 4 小时，释放应力，使树脂完全固化。

5.薄板电镀处理：0.4 - 0.6mm 超薄多层板电镀时制作特殊夹辊，拉直板子，防止变形。

6.热风整平后冷却：印制板热风整平后放平整大理石或钢板上自然冷却，或加装气浮床冷却。

7.翘曲板子处理：不合格板子在 150 摄氏度及重压下烘 3 - 6 小时，重压下自然冷却，部分板子需多次烘压。

PCB 翘曲度标准

PCB 翘曲是指电路板弯曲，即原本平整的电路板放置在桌面时，两端或中间出现微微翘起的现象。其翘曲度计算公式为：翘曲度 = 拱起的高度 / PCB 长边长度 ×100%。根据美国 IPC—6012（1996 版）《刚性印制板的鉴定与性能规范》，生产电路板允许最大翘曲和扭曲为 0.75% - 1.5%。但由于各工厂制程能力不同，对 PCB 翘曲的把控要求也存在差异。对于 1.6 板厚的常规双面多层电路板，大部分厂家控制 PCB 翘曲度在 0.70 - 0.75% 之间；对于 SMT、BGA 的板子，要求在 0.5% 范围内；一些制程能力较强的线路板工厂可将标准提高至 0.3%。

PCB 板变形是一个复杂的问题，涉及材料、结构、加工工艺等多个方面。通过深入了解其变形原因和危害，并采取有效的预防措施，可以提高 PCB 板的质量和可靠性，满足电子行业对高精度、高性能电路板的需求。