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1、覆铜板和PCB板翘曲成因与预防措施覆铜板翘曲（以下简称基板翘曲）是覆铜板厂、印制电路板厂及相关用户极为关 注而又很不容易解决的产品缺陷，它也是电子组装厂及相关用户极为关心的问题。 如在PCB制程中，基板翘曲影响PCB制程的顺利进行（如丝印无法进行一一挂破 网或造成图形变形，或在PCB自动生产线上会出现卡板现象等）。基板翘曲将使电子器元件自动插装与贴装操作不能能顺利进行，波峰焊时基 板翘曲使部分焊点接触不到焊锡面而焊不上锡。基板翘曲除了可能使集成块接点 不能与PCB焊盘密合之外，因翘曲产生的应力，还可能导致接点断裂而造成废品。 对于已经安装了电子元器件的PCB板进行切脚操作时，由于基板翘曲使基板
2、偏离 其所在平面，使切脚刀不能很整齐地将电子元器件的引脚切去，造成一些脚切不 到，局部还可能出现切到基板的状况。装上电子元器件以后，基板翘曲也影响到 电子装置的安装与使用，如PCB插不进插座，即使插进去了也会接触不良。近十几年来，由于CCL行业与原材料供应商的共同努力，使覆铜板的平整度 取得了较大的进步，但仍不能完全满足用户、PCB厂和电子产品安装的要求。像 SMT及BGA的安装要求印制板的翘曲度小于0.7%，虽然这一要求已远远高于国 内外任何一个覆铜板技术标准所规定的指标值，但甚至还有些PCB厂要求覆铜板 的翘曲度小于0.5%，小于0.4%，这种要求对CCL厂的确很严峻。由于造成覆铜板翘曲的
3、因素相当多，它与原材料的品质（树脂、基材等的品 质）、树脂配方、设备、生产工艺条件、PCB线路图形分布均匀性，及PCB制程 生产工艺等因素相关。理论上是做不出绝对平整的覆铜板，但用户的要求是必 须保证的。在如此严格条件下，如何使做出的覆铜板翘曲度达到用户的要求， 并且在制成PCB及其它相关产品以后的翘曲度仍能达到用户的要求，需要各CCL 厂不懈努力。1名词定义翘曲指基板偏离其平台的变形，因检验标准不同而有不同检测方法与不同技 术指标。二十世纪八十年代以前，国内覆铜板厂检测覆铜 板翘曲度是参照日本JIS C 6481标准一一悬挂法。其检测过程是用夹具将大 张覆铜板挂吊起来，悬空检测。测覆铜板的弓
4、曲方法是夹挂覆铜板四条边中任一条边的中点部位，将板悬空， 观察基板翘曲变形情况。用刚性长直尺靠住板弯相对的两条边，用真尺测量的最 大值为该板弓曲值。测量扭曲是夹挂覆铜板四个角中的任一个角，使其悬空，用刚性直尺靠住板 弯相对的两个角，用直尺测量板弯最低点到靠尺之间最大垂直距离，该数值即为 该板扭曲值。测量中变换夹挂点，即夹挂相邻的另一个角，测板板弯最大垂直距 离，取两次测量的最大值为该板扭曲值。由于此种测量方法与实际使用情况差异较大，在CCL及PCB行业中均采用 IPC测量方法。2 IPC-TM-650弓曲与扭曲测试方法IPC标准对基板翘曲的定义是：（1）弓曲：它是覆铜板或印制电路板类似于柱形或
5、曲球形状的一种变形。 对于形状为矩形的覆铜板或印制电路板，它的四个角位于同一平面上。（2）扭曲：它是矩形覆铜板或印制电路板在平行于对角线方向的一种变形， 其中一个角不包含在另外三个角的平面上。（3）弓曲测试方法：将待测样品凸面向上置于测试平台上（通常用厚的大 理石或花岗石制成），并对同一样品每一边的两个角提供足够压力，使其接触到 平台。用测隙规或塞规插入平台与样品下面之间测量样品与平台之间最大垂直距 离，并计算样品弓曲百分率：弓曲百分率=*七x 100%式中：RL样品与平台最大垂直距离；L使样品与平台最大垂直距离的那条边接触到平台时的长度。（4）扭曲测试方法：将待测样品置于测试平台上，使基板任
6、意三个角接触 到平台。如果需要，则施加足够的压力于样品的一个角（即如果不管如何转动， 样品都只有两个角接触到平台，则施加压力于不接触平台的二个角中的任一个 角），以确保四个角中的三个角接触到平台的表面，或翻转样品使其达到这个要求。用测隙规或塞规插入到平台与样品下表面之间，测量不接触平台的角与平台 之间的最大垂直距离，并计算样品扭曲百分率：扭曲百分率=X 300%2D式中：R样品不接触平台的角的最大垂直位移；D对角线接触到平台时的长度。注：该公式分母中包含系数2,是由于对平台的一个角施压使扭曲的垂直距 离增加一倍（如果基板正好是三个角接触平台，不需对不接触平台的两个角中的 任一个角施加压力，使其
7、接触平台来测量。扭曲百分率计算时分母是否需要系数 2，标准中没有说明。实际检测时有许多PCB厂不加系数2）。IPC标准中有一个基板扭曲测量的仲裁测量方法，大概就是估计上述方法可 能会有争议，所以对扭曲检测专门增加了一条仲裁测量法。（5）扭曲测量的仲裁方法：将待测样品置于平台上，使两个较低的相对的 角接触到平台上，或将待测样品置于与平台平行的平面上，用水平支撑物支撑另 两个角，以确保升起的这两个角与平台有相同的高度。用测量仪测量样品从平台 升起部分的最大高度，记录为R1 ；不移动样品，测量与支撑物接触的其中一个 角的高度，并记录为R2。计算样品扭曲百分率：RrRw扭曲百分率二X 100%式中：R
8、1最高翘曲角与平台距离；R2低角与平台距离；D样品最高翘曲角所在对角线接触到平台时的长度。在实际应用中我们发现不同厂家由于对翘曲度定义的理解及测试方法理解 不同，影响到测试结果的一致性和准确性。在实际操作时，建议采用如下操作方 法：（6）弓曲测量：通常以花岗石或大理石作一平台，将要检测的层压板、覆 铜板的凸面向上，平放于平台上，在自由状态下观察其四个角是否均接触到平台。此时可用两个适当重量的砝码（也有用手指）压住没有接触到平台的翘曲的角， 及与之对应的角，以免压住一个角时对角又翘起。此时覆铜板的四个角均接触到 平台，按弓曲测试方法用塞规测量样品下表面与平台的最大垂直位移，计算样品 的弓曲百分率
9、；有时候，有些样品翘起的两个角在一个平面，而另两个对角是在相反的另一 个平面，用砝码也无法使样品的四个角均接触到平台，这种情况可判定该样品无 弓曲，只测扭曲。（7）扭曲测量：将样品自由状态落于平台上，并正反面翻转观察，如果是 三个角接触到平台，一个角翘起，用塞规测量翘起角下表面与平台最大垂直位移， 计算扭曲百分率；如果是只有两个角接触到平台，可用适当重量砝码压住不接触 平台的两个角中的一个，使三个角接触到平台，测量翘起角与平台间的最大垂直 距离，计算扭曲率。此时由于是施压使不接触平台的两个角中的一个接触平台， 使扭曲垂直偏离增加一倍，计算扭曲率时分母应乘以2。如果样品的四个角都同 时接触到平台
10、，翻转样品时，四个角都不接触到平台，或只有一个角接触到平台， 此时可判定该样品无扭曲。3基板翘曲的产生原因造成覆铜板翘曲的因素很多，不论是纸基覆铜板还是玻纤布基覆铜板，产生 翘曲的主要因素都是应力。应力的产生与树脂配方、设备条件、原材料种类、原 材料品质因素、覆铜板的生产工艺条件相关，也与PCB制程中PCB线路分布均衡 性，PCB制程及电子元器件安装条件等相关。3.1 树脂配方影响树脂配方的设计主要为树脂、固化剂、促进剂的种类及用量的选用。应力的 产生与树脂或固化剂分子链的柔顺性、固化进程、树脂交联度与产品固化收缩率 等相关。（1）分子链柔顺性影响分子链比较短的树脂或固化剂的分子链柔顺性比较差
11、，制品容易翘曲。分子 链比较长的树脂体系，分子链柔顺性较好，其制品平整度也就比较好。最为明显 的是当在酚醛树脂中引入了桐油，合成桐油改性酚醛树脂以后，由于桐油的分子链较长，柔顺性很好，固化后的制品内应力较小，因而使纸基覆铜板的平整度得 到明显改善。在玻纤布基覆铜板上也不乏相似范例，这里不一一列举。（2）树脂固化交联密度影响树脂固化交联密度比较大的树脂体系，制品的内应力也较大，产品在存放过 程中因应力释放而将逐步加大翘曲。这种状况，在耐高温覆铜板中比较明显（为 了提高制品耐热性，经常选用多官能基团高分子材料，树脂固化交联密度提高， 制品热分解温度就越高，但也增大了制品内应力，此类覆铜板的翘曲度相
12、应也较 大）。（3）固化进程影响固化进程比较快的树脂体系（与固化剂，促进剂的种类及用量相关，也与制 品层压过程升温速率相关，生产过程中由于应力来不及释放，使制品在存放过程 中或PCB制程中因应力逐步释放而增大产品翘曲。（4）树脂体系的固化收缩率影响树脂体系的固化收缩率越大，制品的内应力就越大，制品越易产生翘曲。分 子链比较短或交联密度较高的树脂体系，其固化收缩率都比较大，所以其制品也 较易翘曲。酚醛树脂是固化收缩率比较大的一类树脂。由其制取的产品的翘曲度就比较 大，所以现在很少用纯粹的酚醛树脂制取覆铜板，多数采用改性酚醛树脂制取覆 铜板。3.2原材料影响原材料对层压板及覆铜板翘曲度影响可分为固
13、定因素和品质因素。所谓固定 因素指该因素与所用材料特性直接相关，所以说该因素是固定的。所谓品质因素 指与所用原材料的品质相关。（1）固定因素覆铜板主要由铜箔、基材（纸或玻纤布）、粘结剂组成的。覆铜板在热压成 型时，经历了由低温一高温一冷却降温过程。以FR-4产品为例：铜箔的热膨胀 系数CTE为1.7X10-5C，双酚入型环氧树脂的CTE为8.5X10-5C，玻纤布的 CTE为5.04X10-6C。环氧树脂的固化收缩率是玻纤布的几十倍，是铜箔的五六 倍。覆铜板在加热压合，降温冷却过程中，由于三大材料的热胀冷缩差异很大， 而且玻纤布的纵向与横向固化收缩率还有差异。这些差异势必使产品存在较大内 应力
14、，而导致产品翘曲变形。由于这些因素是固定的，导致覆铜板翘曲问题很难完全克服。对于以不同材料制的纸，其固化收缩率是不同的。如以棉纤维制取的纸的固 化收缩率比以木纤维制取的纸的固化收缩率大；以阔叶树制取的纸的固化收缩率 比针叶树制取的纸收缩率大，对基板翘曲度造成不同程度的影响。（2）原材料的品质因素以纸及玻纤布为例，用不同厂家生产的纸或玻纤布制得的覆铜板的翘曲度的 差异很大。在纸基板方面，纸的密度、厚度分布的均匀性，对胶液的浸透性等技术指标， 对覆铜板的翘曲度都有很大的影响。不同造纸厂由于其所选取的纸浆不同、或抄 纸设备不同、抄纸生产技术不同，导致不同厂家的纸的质量差异。用较差质量的 纸生产的产品
15、的翘曲度就较大。在玻纤布方面，以前FR-4用的玻纤布是用并股加捻纱织造成的。加捻的纱 存在很大应力，用这种布生产的产品翘曲度比较大。玻纤布在织布前需要先整经。在整经时，每条经纱都需用张力控制仪使每条 经纱的张力一致。由于张力控制仪较贵，有些织布厂没有配置，导致玻布因张力 不一致，甚至出现布面有松紧边，“凸肚”等现象，这些都会造成覆铜板翘曲变 形。自从出现了单股无捻纱，以及较有规模的玻纤布厂整经时，均使用了张力仪 调控每条经纱的张力，并用喷气织机代替有梭织机以后，玻纤布的外观得到明显 改善。玻布面的松紧边，“凸肚”现象已基本不存在，玻布质量大大提高，大大 减小了制品的内应力，这才使玻纤布基覆铜板
16、的平整度得到明显改观，并使FR-4 型层压板，覆铜板翘曲度可达0.7%水平或更高水平。其它材料对覆铜板平整度影响虽不及纸、玻布基材那么明显，但用不同厂家 的铜箔或树脂制得的产品的平整度差异还是存在的。3.3设备因素影响对覆铜板平整度影响比较大的设备为上胶机和热压机。（1）上胶机张力的影响基材在上胶机浸胶烘干过程中，基材受到两个力作用，一个是基材受到设备 牵引力，它是纵向的。一个是基材浸了胶烘干以后，树有到达B阶有一定收缩率， 它与纵向牵引力相反。上胶机牵引力越大，基材变形残留应力越大，对覆铜板翘曲度影响也就越大。 上胶过程牵引力的存在是绝对的，张力调节仪的使用只是减小了牵引力而以。由于覆铜板用的玻纤布为平织结构，很容易被拉变形。特别是当玻纤布的接 头歪斜时
