PCB warpage introduction

1、PCB翘翘曲度介曲度介绍绍Oct, 20142翘曲度（Warpage or warp or Bow & Twist ），用于表述平面在空间中的弯曲程度。绝对平面的翘曲度为0。常用的翘曲度单位有：毫米，微米等。印制板若不平整，会引起定位不准，元器件无法插装到板子的孔和表面贴装焊盘上，甚至会撞坏自动插装机。只有保证PCB在PCBA的过程中有很高的平整度才能保证SMT过程中（钢网印刷、贴片、焊接）的品质。前言3PCB板翘曲度标准在客户没有特殊要求的情况下，PCB在以下标准中规定PCB板的弓曲和扭曲，通孔板不应该超过1.5%，表面贴装印制板不应该超过0.75%。IPC-6012 3.4.3IPC-A-

2、600 2.11IPC-2221 5.2.4v 为排除其他因素影响，以上翘曲度标准针对未装配，未过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 (强调未造成装配和使用的损伤即可接收)4PCB板翘曲度分类PCB板的翘曲分为弓曲与扭曲（即俗称的边翘与角翘）。弓曲 bow扭曲twist弓曲弓曲 bow：板以圆柱形状或球面曲线状偏离平面，即如果板式长方形的则它只有四角在同一平面上（即边翘）。扭曲扭曲twist：平行于长方形对角线的板材变形，即一个角与其它三个角不再同一平面上（即角翘）5PCB板翘曲度测量工具PCB板翘曲度测量工具包含以下：1.大理石平台（或者标准的精密平面）2.测试工具：塞尺、塞规或红外线测试仪，测

4、高仪、板翘测试仪，千分尺3.适当精度的直尺大理石平台板翘测试仪6PCB板翘曲度测量工具测高仪测试前置零测量读数7PCB板翘曲度测量工具红外线测试仪图中PCB是弓曲、还是扭曲 ？8PCB板弓曲与扭曲的翘曲度测量和计算方法不一样的，以下为详细步骤：弓曲 bow的测量和计算步骤：1.将PCB板放在基准平面上，使凸面向上，对每一条边边，要用最够的力压住两个角以保证他们和基准面接触，用千分尺或者塞尺测出垂直方向的最大读数为R1 （四条边都需要测量）2.用千分尺测试PCB板厚为R2 3.使用足够的力压PCB板使所有的边都与基准面接触，测得边的长度为L4.弓曲的PCB板翘曲度为=(R1-R2)/L*100%

5、5.相应的测量其余三边的翘曲度，备注：若短边长度为W，则短边的翘曲度为=(R1-R2)/W*100%6.测量翘曲度需要测量两面，所以严格来说还需要翻转PCB测量凹面向上的翘曲度。PCB板翘曲度测量和计算方法9扭曲twist的测量和计算步骤：1.将PCB板放在基准平面上，让三个角与平面接触，用足够的力压PCB板以保证三个角与基准平台面接触，测量翘起的角角到基准面距离为R12.用千分尺测试PCB板厚为R2 3.测得该角对应的对角线的长度为D (对非长方形测量角到对角长度)4.扭曲的PCB板翘曲度为=(R1-R2)/2D*100% 5.若不需要用手按住也可以三个角与平台接触则扭曲的翘曲度为：Warp

6、age%=(R1-R2)/D*100% （此公式为PCB厂普遍使用的方法）6.如有需要，还需翻转PCB测量凹面向上翘曲度。PCB板翘曲度测量和计算方法10PCB板翘曲度测量和计算方法员工发现一批PCB有翘曲问题个别批PCB弓曲，个别批扭曲此PCB 长240mm, 宽76.3mm短边翘曲最大3mm角落翘曲最大为5mm那么此PCB的翘曲度是多少？对角线长度=Sqrt(240*240+76.3*76.3)=251.8mm弓曲板翘曲度为=(R1-R2)/W*100%=3/76.3*100%= 3.93%扭曲板翘曲度为=(R1-R2)/D*100% =5/251.8*100%=1.99%11PCB板翘曲

7、原因-与夹具不匹配PCB定位孔与夹具定位孔与夹具Fixture不匹配：不匹配：当PCB定位孔距过大，则板中心向上弓曲。当PCB定位孔距过小，则无法上Fixture，无法印刷锡膏。此类翘曲大多因为客户的Fixture定位距离已经定型，而又没有注明定位孔的公差，由于定位孔加工工艺的不同，对孔距影响较大从而造成翘曲。处理方法：通知客户并更改夹具12PCB板翘曲原因-PCBA reworkPCBA rework导致翘曲：导致翘曲：当PCBA rework 再焊过程中，由于贴装温度高于PCB的Tg温度，PCB硬性会受到高温而降低，同时由于客户Fixture设计以及单面贴装，再贴第一面的rework过程中

8、，板子会出现单元悬空状态，导致焊接过程PCB单元向下拱曲，致使第二面贴装、焊接无法进行。处理方法：调整返工条件并减少返工次数，并将问题反馈给客户13PCB板翘曲原因-库存方式PCB库存方式造成翘曲：库存方式造成翘曲：由于PCB存放中会吸湿会加大翘曲，单面板的吸湿会格外严重，所以对于没有防潮包装的PCB要注意存储条件，尽量减少湿度和避免裸板储存以减少翘曲。PCB出货包装中应隔有硬木板，否则容易造成变形。PCB摆放方式不当也会加大翘曲，如竖直摆放或PCB上压有重物都会加大PCB的变形。处理方法：改善后续PCB的储存条件14PCB板翘曲原因-客户设计PCB客户设计造成翘曲客户设计造成翘曲：PCB导线

9、图形存在明显的不对称，比如一面存在大面积铜皮，一面盲孔过多，层与层厚度不对称等会形成较大的应力，使PCB翘曲。PCB设计的时候会考虑到板翘曲影响：1.多层板都是偶数层的,平衡板厚2.层与层之间都对应相同厚度(介质层，铜厚，绿油厚度等)3.Top面与Bot面孔数量需接近4.所有的层材料选用同一供应商来料（热膨胀系数相同）一面又大面积铜，另一面则需要相应的增加铜面积以上为客户设计PCB时需注意的，PIC无法了解知晓15PCB板翘曲原因-客户设计PCB线路设计造成翘曲线路设计造成翘曲：PCB导线图形存在明显的不对称，比如一面存在大面积铜皮，一面盲孔过多，层与层厚度不对称等会形成较大的应力，使PCB翘

10、曲。以上为客户设计PCB时需注意的，PIC无法了解知晓16PCB板翘曲原因-PCB 物料问题PCB物料问题造成翘曲物料问题造成翘曲：1.PCB厂选材不当，选用的树脂材料抗弯曲能力不够，容易产生翘曲。（应选用高Tg，low CTE并且吸水率低树脂材料）679FG679FG705G705GReflow 3X后不同材质PCB板表现出的翘曲度差异很大679FG Tg=145705G Tg=175处理方法：通知客户，一般客户会联系PCB更改材料或要求PCB厂改善17PCB板翘曲原因-生产过程管控问题PCB在制作过程中未按要求管控造成板翘曲在制作过程中未按要求管控造成板翘曲：1.PCB厂排版没有采用镜像排

11、版，使Set结构不对称等2.PCB制作过程中是否有释放应力，下料前没有烘板，层压后未烘板，层压温度过高或者升温速度过快，热处理后没有自然冷却足够时间，比如有的PCB热风整平后用水洗冷却，虽然外观很漂亮但是容易产品翘曲、分层等问题。PCB层压升温速度过快，层压后未烘板导致下工序制作中翘曲严重处理方法：影响贴装的PCB需退货处理并通知客户18PCB板翘曲原因-PCB制作中经纬向问题PCB在制作过程中经纬向错乱导致翘曲在制作过程中经纬向错乱导致翘曲：1.PCB是由PP叠构而成，PP是有径向与纬向之分，其中经向的纱是连续的，有张力支持，纬向的纱是断的，不需张力支持，另外径向与纬向的纱密度也不同，因此径

12、向与纬向残留的应力是不同的，径向与纬向交错时易产生扭曲。径向纬向如果因此原因造成翘曲影响贴装的PCB需退货处理19PCB板翘曲原因-PCB制作中经纬向问题PCB在制作过程中经纬向错乱导致翘曲在制作过程中经纬向错乱导致翘曲：1.PCB层压过程中员工容易将PP经纬向用错，或者某次层压的PP经纬向与上一次层压的经纬向不一致，导致翘曲.如果因此原因造成翘曲影响贴装的PCB需退货处理切片可以确认PCB经纬向方向是否有错误20PCB板翘曲改善-翘曲度返工PCB板翘曲度超规格返工流程板翘曲度超规格返工流程：1.PCB对翘曲不合格的板子挑出放到烘箱内，在150C的重压下烘板36hrs，并自然冷却，然后再次检测翘曲，有时候需23次烘压才可以将板子整平。压力：010kg/cm2.时间：整平+热压+冷压板与板之间必须隔白纸/铝片板厚0.30.8mm 40pnls