热应力是影响PCB翘曲的重要因素

印刷电路信息2017 No.11-68-镀层热应力是影响PCB翘曲的重要因素胡仁权费振勇（广东盛德电路板，广东广州510000）热应力是影响PCB翘曲的重要因素PCB的翘曲胡仁全费振勇1引言PCB的翘曲对PCB的制造和组装非常有害. 与PCB产品翘曲有关的因素很多. 这些研究主要集中在材料选择，设计和压板参数，热风整平焊料和电镀夹具对翘曲的影响上. 实际上，影响PCB翘曲的一个重要因素就是热应力. 在PCB制造过程中引起热应力的每个人都更加关注PCBA过程中压板或回流焊炉的温度升高和冷却速率对PCB翘曲的影响，但对阻焊层和防焊效果的研究很少. PCB翘曲的高温固化. 隧道炉，柜式炉等不同的烘烤方法以及炉中的自然冷却pcb板翘曲度，电风扇的强制冷却等冷却方法也是导致翘曲的重要原因. 2由热应力引起的翘曲的原因通常，仅温度变化不一定会导致物体产生热应力. 只有当温度变化引起的膨胀受到限制时，物体才会产生应力. 这种没有热力而是由于温度变化引起的热变形的应力被限制，称为热应力（严宗达，王洪利. 热应力[M]. 北京: 高等教育出版社，1993. ）.

如果材料的膨胀是自由的，即不受约束，则不会产生应力. 如果将材料放置在两个刚体壁之间，并且两端固定，则在加热材料后，由于刚体壁不能使其自由膨胀，这将在材料中引起热应力. 可以看出，尽管没有外力，但是如果从外部限制由温度变化引起的热变形，则物体中也会产生应力. 另一种情况是，在同一物体内，如果温度分布不均匀，尽管该物体不受外界的约束，但由于各地温度不同，由于温度不同的相邻部分的影响，每个部分都不自由. 膨胀和收缩也会引起内部的热应力和变形. 通常，PCB由铜箔，FR4树脂/玻璃纤维和外表面阻焊油墨组成. 在高温条件下，这三种材料的热膨胀系数是不同的. 在加热状态下，三种材料之间会产生一定量的热应力，这在宏观上可能表现为板翘曲. 如果在烘烤过程中将PCB固定（例如机架），则扩展会受到限制，无法自由扩展和收缩，并且还会发生明显的翘曲. 同样，在冷却过程中，如果使用强制冷却，则表面温度的下降速度明显快于内部树脂和玻璃纤维的冷却速度，边缘的冷却速度也比中部的冷却速度快，从而导致整个电路板（立体）的温度分布不均匀，从而导致热应力和宏观翘曲. 从理论上讲，玻璃化转变温度高的复合材料在加热过程中难以达到其玻璃化转变温度，这可以减少由温差引起的热膨胀/收缩. 增加基板的厚度和PCB的弹性模量（抵抗变形的能力）可以减少PCB的翘曲，降低阻焊材料的热膨胀系数可以减少PCB的应力水平，从而显着降低实际战斗力. 现场注释Encountered-69-Printed Circuit Information 2017 No.11镀层翘曲.

这些是设计中应该考虑的因素，但是当所有设计因素都确定后，只能通过优化工艺参数来达到最小翘曲水平. 3实验3.1测试信息3.2翘曲与工艺变化之间的关系选择60个板，打上好记号，并跟踪从开孔到热风整平锡板的翘曲变化. 从图1可以看出pcb板翘曲度，高温后的平均翘曲值略有变化，但字符后的最大翘曲值却出现了极大的变化，超过了IPC规范. 加热过程相同，湿膜后的翘曲变化明显小于特性，这可能是由于两个烤盘和冷却方法之间的差异引起的. 图1翘曲与工艺变化之间的关系图3.3烘烤和铺设方法对翘曲的影响选择相同的60块板，比较隧道炉（悬挂式）和柜式炉（插入式）的烘烤板引起的板翘曲的差异（表2）. 从表2中可以看出，隧道炉+悬挂式烤盘法对翘曲的影响与柜式炉+插入式炉火明显不同. 如果要获得较小的值，则首选隧道炉+悬挂式烤盘. 3.4冷却方法对翘曲的影响使用柜式烤箱烘烤板时，为了加快PCB的冷却速度，将使用电风扇强制冷却，这将在板上造成热应力和表面温度差，导致板翘曲（表3）. 从方差分析的结果可以看出，不同的冷却方法对板的翘曲有很大的影响. 在炉子中缓慢冷却比用电风扇强制冷却更好. 表1材料信息序列号材料/设备制造商型号规格1张Sumitomo EL762 T g: 135℃；板厚: 1.6毫米;工作台铜厚: 35μm；尺寸: 406毫米×510毫米数量: 60件; 2保护永盛台R-500 4GA绿色感光油墨焊接油墨3永盛泰M-211W热固性字符油墨4耐高温宇宙炉/隧道式烤箱，最高温度155℃5极寒宇宙炉/垂直炉，最高温度155℃6 HASL机器宇宙/无铅热风整平，锡槽: 265℃，锡浸时间: 4 s，气刀温度: 380℃短时间遇到实际战场评论遇到的印刷电路信息2017年11-70-镀层镀层表2烤盘对翘曲翘曲分析的影响方差分析: 方差的单因素分析摘要组中的观察结果摘要隧道炉平均悬挂+悬挂式56-5.060-0.0900.447橱柜炉+插入架式5620.780 0.3712. 289方差分析差异来源SS dfMS FP值临界值组间5.96 15.96 4.360.043.93组内150.50 1101.37总计156.46 111表3冷却方法肛门翘曲效应方差分析方差分析: 方差的单向分析[11]总结组观察结果求和平均方差烤箱中的冷却63-33.500-0.5322.003电风扇的强制冷却636.4600.1033.699方差分析ASD源SSdfMSFP-值F crit在组353.491242.85（在组366.161254）中的12.67112.674.450.043.92之间. 结论结论使用不受约束的高温固化方法烘烤电路板. 高温固化后，板子缓慢冷却可以大大降低板子的翘曲度.

第一作者胡仁权介绍，工程系经理，硕士，主要从事硬板PCB的工艺管理和技术开发. 对抗实战近年来，市经济信息化委员会组织实施了上海首个高端智能设备突破与示范应用专项支持计划，旨在鼓励和指导设备制造商和用户开展自主创新合作. 高端智能设备的使用激发了用户使用第一台独立设备的热情，并提高了设备​​制造业的高端，智能和自主水平. 日前，上海航空航天装备制造厂研制的大型金属成分增材制造设备—机器人同轴同轴送粉激光3D打印设备. 经过两年的研发和测试，所有关键性能参数均通过了检验机构的检验，并开始在航空航天结构件增材制造工程应用中使用. 该设备的成功开发，解决了国内航空航天领域传统的大型金属零件“铸/锻+铣”制造模式造成的制造周期长，材料利用率低，柔韧性差的问题. 在航空航天大型金属部件的3D打印设备领域取得了重大突破. 机器人同轴粉末给料激光3D打印设备是上海航天装备制造厂自主研发的大型金属成分增材制造设备，为期两年. 它不仅适用于大型金属部件的快速制造，而且还适用于大型金属部件的柔性. 修理. 成型效率高于200g / h（T），最小层厚度小于40mm，成型空间为1500mm×1200mm×900mm.

目前，大型金属零件自动同轴粉末送粉激光3D打印设备已逐步应用于航天器金属零件的快速生产，如运载火箭助推器输送系统的运载框架，新型运载火箭蓄压器壳体，航天器导向块和其他航空航天关键零件. 与传统方法相比，该技术的成功应用可以将制造周期缩短50％以上，并将材料利用率提高30％. （来源: 上海市经济和信息技术委员会）中国大型金属构件“机器人式同轴供粉激光3D打印设备”的实现与应用

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