在实际PCB的制作和焊接过程中,我们总是会遇到有部分板子的翘曲度偏高(超出0.75%)的情况。对于这种板子,在贴片的过程中,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,造成焊接不良,如虚焊等问题。
那么,了解PCB为何会在加工过程中产生较大的翘曲,以及如何在前端设计阶段避免这些问题就对我们而言非常重要了。
通常,高多层的PCB板的翘曲会由于设计上的不对称而导致,具体可以分为如下几种情况:
1.材料不对称
为了满足不同的设计要求以及成本的考虑,客户可能会用在同一个板子上使用到不同的材料进行混压。如,高频材料+常规FR4材料混压(example 1所示),或者FR4材料+金属基补强(example 2所示)等。
当从整体结构来看,对称的位置使用了不同的材料时,如右图所示,由于不同材料在高温下涨缩比例不同,最终PCB在加工完成,容易导致板子出现较严重的翘曲问题。
2.结构不对称
在设计的过程中,客户可能会应用到机械埋盲孔,但在设计盲埋孔的钻穿层次时,若没有考虑到对称性,若,对于8层板,若设计有L1-L3和L4-L8的机械盲孔(example 3所示),由于加工过程中在最终压合前,需要将L1-L3和L4-L8分别先压合好并加工好盲孔,导致最终压合时是将两个不一致的结构压合到一起,最终难以控制翘曲度。
或者,由于满足阻抗的要求或者其他方面的要求,对称结构位置需要使用到不同厚度的芯板(example 4所示)。虽然使用的是相同的材料,但由于芯板的厚度不同,涨缩比例也会有所不同,若不进行结构上的调整,最终板子的翘曲度也容易超出标准。
3.铜厚不对称
为达到加大电流/加强散热等要求,客户可能会要求部分层次中使用更厚的铜厚,导致对称的层次位置使用不同的铜厚。而在层压过程中,铜厚不同会导致受热程度不一致,层压完后会因为应力的不一致,导致板子出现偏大的翘曲。
4.图形不对称
在设计的过程中,客户可能会将对称层次的残铜率设计相差30%以上(如example 6 所示,8层板中L2和L7层铜面积相差很大),或者在同一层次存在一侧有大无铜区,另一侧铺满了铜的现象。
这种情况下,在层压因铜面比FR4介质受热涨缩更严重,最终,板子因受热应力的影响出现上下或者局部位置变形,导致翘曲度偏大。
实际PCB在加工过程中,工厂可以通过一些辅助手段(预烘烤、校正等)减少板子的翘曲度,但若存在上述的情况,很难避免板子翘曲度的增大,从而增加PCB焊接的难度,甚至于影响到焊接的品质。
因此,设计者可以尽量避免上述的这些不对称的设计情况,从而帮助减少板件的翘曲,减少焊接尤其是高精密器件焊接的品质隐患。
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