pcb大铜面铜皮起翘原因分析及改善对策

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1、大铜面铜皮起翘原因分析及改善对策一、前言：随着无铅焊接温度的提高，对于pcb内部相邻材料之间因膨胀不匹配产生的应力会加剧，从而出现一系列的可靠性问题，如孔铜断裂、分层起泡、焊盘/铜皮起翘、翘曲变形等。外层含大铜面结构的PCB板本身就容易出现一些结构性的问题，如大铜面边缘白点问题、大铜面边缘铜皮起翘问题、铜面下白点问题等，加上无铅化焊接温度的影响，这些结构性的问题会变得更加突岀。此处讨论的是大铜面边缘铜皮起翘问题的产生原因和改善对策。二、机理探讨：先回顾下应力的概念，应力就是当材料在外因（外力、温湿度变化）作用

2、下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变称为应变，材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，单位面积上的这种反作用力为应力。应力二作用力/面积同截面垂直的称为正应力或法向应力，同截面相切的称为剪切应力。应力会随着外力的增加而增长，对于某一种材料，应力的增长是有限度的，超过这一限度，材料就要破坏。从铜皮起翘的外观特征我们可以获得其产生原因的基本思路：铜皮起翘主要出现在大铜面的边缘，非大铜面的线路位置不会出现这种问题，说明引起铜皮起翘的应力大小和铜面积有关；大铜面下常伴随出现树

3、脂裂纹问题，说明铜箔和树脂之间存在一定的相互作用力；相对边的位置，角的位置更容易出现铜皮起翘出现问题，说明角的位置应力最大。铜皮起翘图片如下：我们分析认为铜皮起翘发生的机理为：PCB中主要材料是玻璃布、树脂和铜箔，其中树脂的CTE最大，高于Tg温度下,树脂CTE一般＞250-350ppm/eC,而铜箔为5-20ppm/°C,玻璃为6-10ppm/°C,铜箔与树脂X/Y方向膨胀存在不叽配，产生X/Y方向的剪切应力，当边角位置的应力大到铜箔和树脂结合极限时，树脂和铜箔界面会产生分离，出现铜皮起翘现象。三、原因分析

4、和改善措施板材之所以出现铜皮起翘主更是产生的热应力远远超过了铜箔与树脂界面的结合力，或者是界面结合力不足以抵抗剪切应力导致，因此我们从产生的热应力、以及抵抗热应力能力两方面进行分别说明。从产生热应力的角度分析，目的是分析热应力产生的影响因素，并将热应力降到最低。从抵抗热应力的角度分析，目的是寻找对热应力进行吸收、分散、转移的方法。1、产生的热应力前面提到了，应力的产生主要是因为树脂和铜箔Z间在高温下膨胀不匹配导致，材料随温度膨胀的特性如下尺寸变化率低CTH材料/,昔材料/:%犷&*((厂从上图来看，HASL的

5、温度越高，两者材料之间的膨胀率极差越大，膨胀率的极差越大，铜箔与树脂界面产生的应力就越大，加剧铜皮起翘问题的发生。根据实践经验，对于280°C无铅热风整平出现铜皮起翘问题，单纯将温度降低到260°C甚至240°C,问题都得到了不同程度的改善，因此稳定并降低IIASL的温度，是预防焊盘起翘的关键控制点。降低I1ASL的温度可以改善铜皮起翘问题，实际上是降低到达板面的温度，如果在铜面上涂覆隔热材料，如阻焊油墨，因为阻焊油墨是热的不良导体，也可以达到降低板面温度的效果。通常采取的方法是在大铜面上全部涂覆上绿油，或者

6、采取绿油上铜面边缘的设计，即在易焊盘起翘的铜皮四周，覆盖一层绿油，如下图所示。该方法对轻微的铜皮起翘问题有一定的帮助，但是对于比较严重的铜皮起翘问题意义不大。不同厂家生产的铜箔、不同厚度的箔Z间的CTE差异不大，但是树脂Z间的CTE可以有较大的差别，对于高Tg材料或者加入无机填料的材料，其膨胀的绝对变化率可以比普通的FR-4板降低1030%,产牛热应力也会得到相应程度的降低，因此选择低CTE的材料对铜皮起翘有一定的正面效应，但随之也会带來板料成本以及加工成本的增加。因为一定是含有大铜面结构才会产生铜皮起翘问题

7、，而线路位置就没有铜皮起翘出现，所以和铜面的面积是有较大的关系，降低铜面的宽度可以改善铜皮起翘问题，通常采取的办法有：把人铜面结构设计成网格结构,该措施可以从根木上杜绝铜皮起翘问题的发生，但需要征求客户的同意。将大铜而分割成多块小的铜而结构，也能有效地预防大铜面起翘问题的发生。我们知道铜皮起翘一般都是出现大铜面的角位，角位置距离中心最远，作用力经过累加后到达角位置时变得最大，加上边角位置存在一定的尖角，局部的面积非常小，根据应力二作用力/面积，因此可以理解边角位置容易出现铜皮起翘的原因了。如果将边角的位置减短

8、，会有比较明显的效果，就是前面提到的将大铜面分割以及改成网格状结构，但是当图形难于更改时候，钝化大铜面的角位，将其改成大圆弧形状，在一定程度上也降低了热应力的产生，圆弧曲径设计越大越好，如下图。优化—>进一步优化、—_2、抵抗热应力的能力当HASL的条件难于改变时，当客户的图形结构难以改变时，总Z当热应力的产生难于降低时，提高板材抵抗热应力的能力，也是解决问题的方法，因此需要知道当应力不可降低的时候