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覆铜板翘曲缺陷及测试和成因分析

2oo5年第6期

覆铜板翘曲缺陷及测试和成因分析

广州太和覆铜板厂曾光龙

摘要:

本文详细地分析了覆铜板翘曲缺陷的危害及三大类测试方法标准和异同.并分析了翘曲形成

的各方面原因.

关键词:

覆铜板翘曲危害测试方法成因

1,覆铜板翘曲缺陷及其危害性

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.因此基板翘曲也是

覆铜板的一个极为重要的质量指标.

1.1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）.

1.2基板翘曲将使电子器元件自动插装与贴装

操作不能顺利进行.波蜂焊时基板翘曲使部分

焊点接触不到焊锡面而焊不上锡.

1.3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.

1.4对于已经安装了电子元器件的PCB板进行

切脚操纵时,由于基板翘曲使基板偏离其所在

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.

1.5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板插不进插

座,即使插进去了也是接触不良.

近十几年来,由于覆铜板行业与原材料供应

商的共同努力,使覆铜板的平整度取得了长足的

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O.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,但有些PCB厂甚至要求覆铜板的翘曲

度<O.5%或<O.4%,这对覆铜板厂的确很严峻.

由于造成覆铜板翘曲的因素相当多,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_T艺等等因素相关.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.在如此严格的条件下,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,需要业界不懈努力.

2,覆铜板翘曲的测试

2.1名词定义

翘曲是指基板的某一部分偏离基板所在平

面的值.

如果对基板翘曲的名词定义不同及测量力'

法不同,所得的基板翘曲值相差甚大.所以,在确

定产品翘曲值时,首先要确定用什么标准和采用

什么测量方法和计算方法,才能使供需双方对产

品的翘曲指标值的规定和榆测结果达到一致.

2.2测试方法

2.2.1基板悬挂榆测方法f见图1）

丝

——

I+——————

图1,基板翘曲悬挂检测方法

早期,我围覆铜板行业参照日本JISC6481

标准及其它一些相关标准所制订的覆铜板翘曲

度检测法是采用悬挂法.其作法:

用夹具夹住

麴鼬年第6期覆铜被癸讯

基板或覆铜板任一条边的中点或任一个角,将板

悬空吊起来,观察板的翘曲状况.用刚性长直尺

靠住板弯相对的两条边的中点或相对的二个角,

然后用直尺测量板弯到直尺之间的最大垂直距

离.测量相对两条边的板弯值为弓曲值,测量相

对二个角的板弯值为扭曲值.测量时变换夹挂

点.即夹相邻另一条边的中点或相邻另一角,再

行测量.取两次测量中的最大值为该板的弓曲值

或扭曲值.这种做法所反映的基板的翘曲度与

基板的厚度,基板的尺寸大小及板的刚性有关,

井日与用户实际操作情况相关..

对于1.6mm或2.0ram以下厚度产品,当把它

悬挂起来时,基板在重力作用下会进一步向基板

中间部分变形而加大弯曲度（随着基板厚度增

大.这一变化影响减小）.当把板切成小块也用悬

挂法测量时,这种因重力造成的变形就减少.板

切小到一定程度时,这种因重力造成变形就不产

生.也即同一块基板,用大板和切成小板所检测

出来的板翘曲值差异相当大,这与用户实际使用

要求不相一致.此外.采用悬挂测量法,对夹具大

小,夹具夹持力没有明确规定.而在实际测量中,

夹具与基板的接触面积与夹持力对基板的翘曲

度检测值是有一定影响的.夹具面积越大,夹持

力越大,对基板翘曲测量结果影响也就越大.

F}1于有上述诸多不足,采用悬挂检测法已

不常见,当前在CCL及PCB行业中,基本上都采

用IPC—TM一650方法来榆测基板翘曲度.

2.2.2IPC—TM一650检测方法

2.2.2.1IPC标准对基板翘曲的定义

弓曲:

它是覆铜板或印制电路板类似于柱

形或曲球形的一种变形.对于形状为矩形的样品,

它的四个角位于同一平面上.

扭曲:

它是覆铜板或印制电路板在平行于

对角线方向发生的一种变形,其中一个角不包含

在另外个角的平面上.

2.2.2.2榆测方法

关于覆铜板和印制电路板弓曲和扭曲的榆

测,在IPC—TM一650中有二个文件,一个是

IPC.TM一650之2.4.22.1,一个是IPC—TM一650之

2.4.22

A.IPC—TM一650之2.4.22.1层压板的弓曲和

扭曲测量（见图2）.

r8.

把试样盘手测试平台上,测量最大垂直位移

I1,弓曲测量b,扭曲测量

嘲芝,iPC-'tM~650检;91ll方法

小板应反复转动.以确定最大垂直位移;最大垂

直位移可在试样的一个角或试样的一个边.把

塞规插入平台与层压板下表面之间.测量最大垂

直位移,用半分尺测基规总厚度.以验证测量厚

度.

弓曲最大盲分率兰弓曲最大垂直位移/

最大垂直位移所在边长度n100%

扭曲最大百分率=扭最大垂直位移,

被测试样对角线长度父i00%

13.e一堵50之2.4.22弓和扭曲e百分

率）测量

i）弓曲测量（同图2）

将样品凸面向上置手测试平台上观察样品

每一边的两个是否接触到平台.对于在自南

状态下接触不到平台的同一样品同一边的两个

角,可施加足够的压力（在实际测量时.有的榆测

人员用一定重量砝码也有的检测人员用手指按

住没有接触到平台的角使没有接触到平台的角

接触蓟平台）,用塞规测量样品的边与平台的最

大垂直位移,计算该样品的弓曲百分率:

弓曲百分率=害/L）j:

100%

其中:

RL一样品边与平台最大垂直位移

L一样品与平台垂直位移的郝条边接触到

平台时的长度

ii）扭晰测量（同图2）

将样品置手平台上艘任意个角接触平台,

如果需要,施加压力于样品的一个角,以确保样

品四个角的j个角接触到平台,或翻转样品使其

达至这个要求,席测隙规或塞规测量并记录不接

触平台的角与平台的最大垂直位移,计算该样品

的扭ff锌百分率:

扭断百分率lOO%

其中:

R一样品的角与平台的最大垂直位移

2005年第6期覆铜板资讯

D一样品的对角线接触到平台时的长度

注:

计算公式中包含系数2是由于对样品的一个角

旌11压力使其接触到平fi,,而使扭Itlt的垂直位移偏离增

加了一倍.

测量过程中,如果对样品的一个角施加压力

不能使样品的三个角接触到平台（例如一块样

品对角线的二个角在一个平面上,而另一对角线

的二个角在相反的另一个平面上,对其中任一角

施压均不能使样品的1一个角同时接触到平台,作

/者注）,此时应采用扭曲测量的仲裁方法.

c扭fHj测量的仲裁方法（见图3）

a,幢车垒低两个角置于与

平台平}亍支捧物上

b.憧另两个角用水平支}号}物

支起健与平台有}目同高度

测量低角与高角与

平台间距离

图3}{7曲测量仲裁方,去

将样品置于测试平台上,使两个较低的相对

角接触到平台,或将待测样品置于与样品平行的

平台上（见图3-a）;用水平支撑物支撑其它两个

角,以确保两面个升起的角与平台有相同的高

度,用测量仪测量样品最高升起点的高度记为

RI（见图3-b）;不移动样品,测量与支撑面接触的

其中一个角的高度并记为R2（见图3一c）,计算该

样品的扭曲百分率:

扭曲百分率=（R1一R2）/Dx100%

其中:

R1一样品最高升起角的高度

R2一样品与支撑面接触角的高度

D一样品对角线接触到平台时的长度

DIPC.TM.650之2.4.22.1和2-4.22在检测

方法与计算方法上的些区别:

aIPC.TM.650之2-4.22检测方法描述得比

[PC.TM.650之2.4.22.1具体.

h在扭fH1测量与计算方法上,IPC—TM一650

之2.4.22中提到,当待测样品置于平台上,如果需

要对样品的一个角施加压力来达到样品的i个

角接触到平台,以测量其中一个角的扭曲值时,

由于对平台上的一个角施压力以后会使扭fH1的

垂直位移偏离增加一倍,所以计算公式中的分母

经要乘以2,这是与[PC.TM650之2.4.22.1的最

大差异.

c在IPC.TM一650之2.4.22中,~JJtl了一个

扭曲测量的仲裁方法.

d在IPC.4101A"刚性和多层印制电路板用

经常材规范"中,有关层压板的弓曲和扭fH1是

引用II）C—TM.650Z之2.4.22.1

2.2-3.国标GB/T4722—92"印制电路用覆铜

箔层压板"检测方法（以下简称GB标准）

19.

a弓曲b扭曲

图4GB/T4722-92检测方法

2.2-3.1弓曲测量（见图4.a）

将fH1率基本一致的试样,凹面向上,置于

平台上,使直尺下边轻轻接触试样两端的边缘,

但不得加压使试样变形,从测量尺上渎出跨距

L,并测量覆铜板与测量尺下表面的最大间隙D,

按下式换算成1000mm跨距的弓fH1值d

d=D1000/L2

其中:

d--1000mm跨距时的弓fH1值,mm.

L0量尺测量的跨距,mm.

D—跨距为L时测出的间隙,mm.

试样fH1率不一致时,弓fH1值要使用长度不

小于300mm（或不小于所测试试样较短一边的

长度）的直尺.

2.2.3.2扭曲测量（见图4.b）

将试样置于平台上,凹下去明显的一面向下,

使其下表面的三个角与平台接触,测量下面另一

个角与平台的垂直距离D,按下式换算成

1000ram的扭曲值.

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d,:

D,1000/L

其中:

d一每1000mm的扭曲值,mm.

L一与平台不接触的板角与其对

角间的距离,mm;

D一实测垂直距离,mm;

2.2.4[PC.TM.650标准测量方法,GB标准测量

方法与基板悬挂法测量方法的差异:

2.2.4.1[PC.TM.650标准及GB标准对基板翘曲

测量是将样品平放于平台上,而悬挂法对基板翘

曲的测量是将样品悬空挂起来的.对于刚性较好

的基板,不论是平放或是悬空挂起来,其变形均

较小湖0试差异较小.对于刚性较低的板,南于重

力的作用,平放法与悬挂法测试结果差异相当

大.（平放法由于重力作用,翘曲减少,悬挂法南于

重力作用,翘曲增大）.

2.2.4.2弓曲测量:

三种方法均是测量变形的边

与该条边两个角所在平面的最大垂直位移,测试

方法是相同的.

扭曲测量:

[PC.TM650与GB标准均是让

样品+==个角接触平台,测量翘起角与平台的最大

垂直位移.而悬挂是测量对角线与对角线两个

角所在平面最大垂直位移,测试方法不同,结果

也就不同.

2.2.4_3IPC-TM一650适用范围是:

借助切成任意

尺寸的板或加T好的刚性印制板（包括单面,双

面,多层,冈0挠性印制电路板的刚性部分）,试样尺

寸为（300-Z-_2）mmx300_+2）mm或更小的板.

2.2.4.4.GB要求样品的长和宽均不小于460mm

的原张覆铜板,计算时换算成1000mm表示.

2.2.4.5[PC.4101中,层压板允许的弓曲和扭曲值

是以百分率来表示的,而GB标准是换算成

1O00mm时的值mm来表示.

2.2.4.6[PC.4101A与GB厂r4721.92在榆测指标

值上的差异

表1.IPC标准层压板允许的弓曲和扭曲值单位%

层压板厚度O.5≤t≤O.78mm

单而板试样尺寸~<200mm2.O

单而板试样尺寸200.300mm2.O

双而板试样尺寸≤200mm1.O

双而板试样尺寸200300ram1.5

层压板厚度O.78<t≤1.67mm

单而板试样尺寸~<200mm1.5

单而板试样尺寸200.300mm1.5

双而板试样尺寸~<200mmO.5

双而板试样尺寸200.300mm1.O

层压板厚度t>1.67mm

单而板试样尺寸≤200mm1.5

单而板试样尺寸200.300mm1.5

双而板试样尺寸≤200mmO.5

双而板试样尺寸200.300ram1O

注:

此要求不适用于绝缘材料厚度小于0.50ram的

双面覆铜板,也不适用于两面铜箔厚度2差大于.

0.065mm的两面覆不同厚度金属箔的层压板.

表2.GB/T4723.92,4724.92标准纸基覆铜板允许弓曲和扭曲值单位mm

弓曲d扭曲d"

单而覆铜板双而覆铜板单而或双面覆铜板单而覆铜板I双而覆铜板

标称厚度≤7OⅡm≤7Olttm

CEPCP.22FCEPCP.22F≤35

lttm>35lttm

CPFCP01.04CEPCP（G）.23FCPFCPO1.04.CEPCP（G）.23F

05F.IOF05F.IOF

O.8至1.2397418181821I18

1.2以f:

至1.6275314141413I14

1.6以I:

至3.2223911111111

3.2以卜至6.41928811811

注:

1）最大弓曲和扭曲的要求只适用制造厂的顿面尺寸或切开后的顿面长度和宽度均不小于460mm者

2）本表只适用于铜箔标称厚度不大于70um者

2.2.5实际榆测中遇到的一些问题处理

在实际榆测中,常会出现一些标准上没描述

到的情况,笔者认为可以按下面方法处理:

2.2.5.1.样品的四个角在同一平面（均同时接触

到平台）,用IPC.TM.650榆测时,可判断该样品无

20..

扭曲,只测弓曲.

2.2.5.2.样品变形呈波浪状,样品放于平台上时,

样品的一条边与平台有多点接触.笔者认为这

种板不适宜于作印制电路板,按IPC标准可判断

该样品翘超差.采用GB标准测量时,取S形

20o5年第6期覆铜板资讯

变形的最长部分,测量该部分的边与直尺的下表

面的最大垂直位移,除以与直尺接触的两个接点

之间的距离,计算该样品的弓曲值.采用悬挂法

测量时,可参照执行.

表3.GBfr4725.92标准玻纤布基覆铜板

允许弓曲和扭曲值单位mm

弓曲d扭叶d"

标称单丽双丽单而双面

厚度覆铜板覆铜板覆铜板覆铜板

≤35m>35m≤70m≤70m

0.8—1.22737122412

1I2—1.61830122012

1.6—3.29l68128

3.2-6.49l68128

注:

1）最大弓曲和扭曲的要求只适用制造厂的板

面尺寸或切开后的板面长度和宽度均不小于460ram者.

2）本表只适用于铜箔标称厚度不大于70m者.

2.2.5.3.试验平台选用,GB标准中测试平台的长

和宽均不小于1100mm,可用j=级精度金属平

台.笔者认为还是采用尺寸稳定性较好的厚大理

石或花岗石制的测试平台较好.而_目.金属平台容

易生锈,石材平台不会生锈.

2.2.5_4_在标准中,对单面覆铜板翘曲的表达,对

覆箔的那一面是凸向上的,表示为"+"（即正翘）,

对覆箔的那一面是凹向下的,表示为"."（即负

翘）.在实际生产中,单面纸基覆铜板多数为正翘,

而单面玻布基覆铜板多数为负翘,这与基材热膨

胀系数不同有关.

2.2.5.5.F}1于IPC一4101A标准对层压板翘曲度定

义及测试力'法描述比较详细,建议采用或参照

IPC.4101A标准来检测层压板翘曲度.

2.2.5.6.南于IPC标准对基板翘曲度是以百分数

表示的（也可以用翘曲值mm表示）,而国标及其

他标准对基板翘曲是以毫米值表示的,检测方法

和表示'法完全不同.在具体应用时一定要先说

明采用什么标准.

2.2.5.7对于刚性不足或比较薄的板,南于悬挂法

会加大变形,平放法会减少变形.对此类板翘曲

榆测方法与标准要求,应由供需双方协议.如可

将样品破坏,则可将其裁切成小板,减小变形影

响.按IPC.4101A标准榆测.

弓曲测量:

通常以花岗石或大理石作一平

台,将要榆测的覆铜板的凸面向上,平放于平台

21.

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.有时候,有些样品

翘起的二个对角在一个平面,而另二个对角是在

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.

扭曲测量:

将样品自南状态落于平台上,并

正反面翻转观察,如果是_一个角接触到平台,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.此时南于是施压使不接触平台的二个角中

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,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,翘曲产生的原因分析

造成覆铜板翘曲的因素很多,不论纸基覆铜

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力',设备条件,

原材料种类及原材料品质因素,覆铜板的生产

_T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树脂配方的影响

树脂配方的设计主要为树脂,田化剂,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,同化剂进程,树脂

交联度与产品固化收缩率相关.

3.1.1分子链柔顺性影响:

分子链比较短的树脂或同化剂,分子链柔

顺性比较差,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

2005年第6期覆铜板资讯

就比较好.最为明显的是当在酚醛树脂中引入

了桐油.合成了桐油改性酚醛树脂以后,南于桐

油的分子链较长,柔顺性很好,固化后制品内应

力较小闼而使纸基层压板,覆铜板的平整度得

到明显改善.在玻纤布基层压板,覆铜板上也

不乏相似范例,这里不一一列举.

3.1.2树脂同化交联密度影响:

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.或在PCB制程中,因受热或

外力作用也会使产品加大翘曲,这种状况,在耐

热性层压板与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,树脂同化交联密度提高,提高了制品热分解

温度,但也增大了制品内应力,此类制品翘曲度

相应也较大）.

3.1.3固化进程影响:

同化进程比较快的树脂体系（与固化剂,促

进剂种类及用量相关,也与制品层压或加_丁过程

升温速率相关）.生产过程中南于应力来不及释'

放,使制品在存放过程中或在PCB制程中因应

力逐步释放而增大产品翘曲.

3.1.4树脂体系的同化收缩率影响:

树脂体系的同化收缩率越大,制品的内应力

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,其同化收缩率都比较大,

所以其制品也较易翘曲.

酚醛树脂是同化收缩率比较大的一类树脂.

南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

为同定因素和品质因素.所谓冈定因素指该因

素与所用材料特性直接相关,所以说该因素是

同定的.所谓品质因素指与所用原材料的品质