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              為什么PCB變形彎曲,如何處理解決?

              時間:2024-03-15 人氣:88


                                                                                為什么PCB變形彎曲,如何處理解決?


              至于為什么有些板子的翹曲程度不同?

              PCB(Printed Circuit Board,印刷電路板)變形和彎曲的原因可能有多種,以下是一些常見的原因:

              1、PCB板面積太大

              大面積的PCB可能在機械穩定性方面不如小面積的PCB。板面積增大會增加PCB板自身的撓度和彎曲風險,尤其是在受到外部機械應力時。


              大面積的PCB在熱膨脹方面可能會更為敏感。當PCB板受熱時,材料會膨脹,而當溫度降低時則會收縮。如果PCB板上的元件布局不合理或者PCB板本身的材料不均勻,這種膨脹和收縮會導致板材彎曲或扭曲。

              大面積的PCB可能更難進行加工和裝配。在制造過程中,大面積的PCB需要更多的材料,更大的生產設備和更復雜的加工工藝。在裝配時,大面積的PCB也更容易受到外部應力的影響,導致裝配困難和變形。

              措施:在結構設計和布局允許的情況下盡量減小PCB面積

              2、板子太薄

              許多電子的產品為了達到更輕薄的目的,板子的厚度已經剩下1.0mm、0.8mm,甚至做到了0.6mm的厚度,這樣的厚度要保持板子在經過回焊爐不變形。

              措施:如果沒有輕薄的要求,板子最好可以使用1.6mm的厚度,可以大大降低PCB板翹曲及變形的風險。

              3、劇烈溫度變化

              PCB材料可能會因溫度的變化而膨脹或收縮,導致板材彎曲或扭曲。特別是在熱循環或急劇的溫度變化下,這種效應可能會更加顯著。

              熱膨脹和收縮:PCB材料在受熱時會膨脹,在降溫時會收縮。劇烈的溫度變化會引起PCB板材料的瞬時膨脹或收縮,導致板材產生應力。這種應力可能會導致PCB板變形或扭曲,尤其是在溫度變化頻繁或范圍較大的環境中。

              熱應力劇烈的溫度變化會導致PCB板上的材料發生熱應力,特別是當板上的材料的熱膨脹系數不同或者板材厚度不均勻時。這種熱應力可能導致板材的彎曲或翹曲,甚至會損壞PCB板上的元件或連接。

              界面效應:PCB板上不同材料的界面處可能因為熱膨脹系數不同而產生應力集中,導致界面附近的板材變形或斷裂。

              附加應力:劇烈的溫度變化可能增加PCB板受到的機械應力,尤其是在板材與外部結構或支架連接時。這種附加應力可能會加劇PCB板的變形。

              措施:既然【溫度】是板子應力的主要來源,所以只要降低回焊爐的溫度或是調慢板子在回焊爐中升溫及冷卻的速度,就可以大大地降低PCB板翹曲的情形發生。不過可能會有其他副作用發生,比如說焊錫短路。

              4、 布局布線設計問題

              PCB設計不當,例如在板材布局、元件分布等方面考慮不足,可能會導致板材局部應力集中,從而引起彎曲。當PCB上的元件布局不合理時,可能導致板材上的受力分布不均勻。如果某些區域集中了大量的元件或者元件分布不平衡,這些區域可能承受較大的機械應力,導致局部應力集中。

              電路板上的鋪銅面面積不均勻,會惡化PCB板翹曲。

              一般電路板上都會設計有大面積的銅箔來當作接地之用,有時候Vcc層也會設計有大面積的銅箔,當這些大面積的銅箔不能均勻地分布在同一片電路板上的時候,就會造成吸熱與散熱速度不均勻的問題,電路板當然也會熱脹冷縮,如果漲縮不能同時就會造成不同的應力而變形,這時候板子的溫度如果已經達到了Tg值的上限,板子就會開始軟化,造成永久的變形。

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              措施:均勻布局、均勻鋪銅

              5、電路板上各層的過孔(vias)會限制板子漲縮

              如果PCB板上的孔洞設計不當,如孔洞位置過于靠近邊緣或者孔徑過大,可能會削弱板材的結構穩定性,導致局部應力集中。

              現今的電路板大多為多層板,而且層與層之間會有像鉚釘一樣的過孔(via),過孔又分為通孔、盲孔與埋孔,有過孔的地方會限制板子冷漲縮的效果,也會間接造成PCB板翹曲。


              措施:避免大面積密集過孔,避免孔徑過大,用多個小孔解決大通流的需求。

              6、電路板本身的重量會造成板子翹曲變形

              在PCB設計中,如果沒有考慮到板材的機械支撐問題,可能會導致板材在受力時局部撓度較大,從而引起應力集中。

              一般回流焊的爐子都會使用鏈條來帶動電路板向前傳遞,也就是以板子的兩邊當支點撐起整片板子,如果板子上面有過重的零件,或是板子的尺寸過大,就會因為本身的重量而呈現出中間凹陷的現象,造成翹曲。



              7、V-Cut的深淺及連接條會影響拼板變形量

              V-Cut(V型切割)是一種在PCB(Printed Circuit Board,印刷電路板)制造過程中常用的切割方法。它通常用于將一塊大的PCB板分割成多個較小的板塊,以便于后續的組裝或者使用。

              V-Cut的工藝過程是通過一條特殊設計的刀具或者切割工具,以V型的形狀切割PCB板的表面。這條切割線通常位于PCB板上下兩側之間,形成了一個V形的槽。通過在這個V形槽中進行切割,可以相對容易地將PCB板切割成所需的尺寸。


              基本上V-Cut就是破壞板子結構的元兇,因為V-Cut就是在原來一大張的板材上切出V型溝槽來,所以V-Cut的地方就容易發生變形。

              措施:優化拼板設計,或者優化工藝邊設計,減小V-Cut長度。

              8、焊接問題

              如果焊接過程中,焊料分布不均勻或焊接溫度不合適,會導致PCB上的元件與底板之間產生應力,進而引起彎曲。


              措施:需要優化爐溫或者錫膏工藝,使用過爐托盤治

              如果上述方法都很難做到,最后就是使用過爐托盤 (回流焊 carrier/template) 來降低電路板的變形量了,過爐托盤治具可以降低PCB板翹曲的原理是因為治具材質一般會選用鋁合金或合成石具有耐高溫的特性,所以電路板經過回焊爐的高溫熱脹與之后冷卻下來的冷縮,托盤都可以起到穩住電路板的功能,等到電路板的溫度低于Tg值開始恢復變硬后,還可以維持住原來的尺寸。

              如果單層的托盤治具還無法降低電路板的變形量,就必須再加一層蓋子,把電路板用上下兩層托盤夾起來,這樣就可以大大降低電路板過回焊爐變形的問題了。不過這過爐托盤挺貴的,而且還得加人工來置放與回收托盤。


              9、材料問題

              PCB設計中選用的材料可能會對板材的機械性能產生影響。如果選擇的材料強度不足或者彈性模量不匹配,可能會導致局部應力集中。PCB制造過程中使用的材料質量不良或者不均勻,例如玻璃纖維布、銅箔等材料的厚度或質量不一致,可能導致PCB板的彎曲。


              措施:采用高Tg的板材

              Tg是玻璃轉換溫度,也就是材料由玻璃態轉變成橡膠態的溫度,Tg值越低的材料,表示其板子進入回焊爐后開始變軟的速度越快,而且變成柔軟橡膠態的時間也會變長,板子的變形量當然就會越嚴重。采用較高Tg的板材就可以增加其承受應力變形的能力,但是相對的材料的價錢也比較高。




              10、裝配問題

              在裝配或使用過程中,外部施加的機械應力(例如彎曲、扭曲、擠壓等)可能會導致PCB板的變形。


              措施:優化裝配工藝


              11、環境惡劣

              PCB暴露在潮濕、腐蝕性氣體等環境中,可能會導致板材的吸濕膨脹或腐蝕,從而引起變形。


              措施:三防設計、灌膠設計


              12、拼板面積太大

              既然大部分的回焊爐都采用鏈條來帶動電路板前進,尺寸越大的電路板會因為其自身的重量,在回焊爐中凹陷變形,所以盡量把電路板的長邊當成板邊放在回焊爐的鏈條上,就可以降低電路板本身重量所造成的凹陷變形,把拼板數量降低也是基于這個理由,也就是說過爐的時候,盡量用窄邊垂直過爐方向,可以達到最低的凹陷變形量。


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