PCB中的元件翘曲原因

一位PCB制造商的员工曾向我解释，他们认为我们遇到了一个封装翘曲的问题。在此之前，我曾假设在PCBA中使用的标准组件封装中出现这种情况是极不可能的。不幸的是，无论是在PCB还是在组件中，都可能发生组件翘曲。机械误操作导致弯曲是一个显而易见的原因，但还有其他可能的问题，这些问题可能在没有机械冲击的情况下导致组件翘曲。

在本文中，我们将概述PCB中的翘曲现象，特别是在电路板和组件中的翘曲。电路板可能发生翘曲的可能性应该是显而易见的，因为PCB层压材料稍微有些灵活，但组件中发生翘曲的潜力并不那么明显。

PCB组件翘曲发生的位置

组件翘曲可能在PCB组装过程中发生，或者你的组件在到达组装设施之前就已经翘曲了。偶尔，你会收到包装翘曲的组件，不是弯曲的就是不完全平整的，这在制造或运输过程中发生。大多数情况下，大多数组件和组装件中的翘曲非常轻微，这种翘曲的存在不会对组装的功能性或可靠性造成问题。

当翘曲更严重时，在开始测试组件或使用设备之前，可能很难发现任何问题。不幸的是，一旦组件到达装配工厂，你可能就没有位置开始在夹具中测试它们或检查它们的平整度了。除非它们非常明显地翘曲，否则它们将会直接被放入贴片机。在你将这些组件集成到你的电路板上之后，你将很难证明翘曲是在你的加工和处理之前还是之后发生的。

简要总结，翘曲可能在以下情况下出现：

• 在组件生产过程中，组件在生产或包装过程中未能得到适当筛选
• 在PCB装配过程中，焊接过程在组件中产生缺陷
• 当PCB翘曲时，这可能会迫使一些组件发生翘曲
• 在运输过程中，一些机械冲击或震动损坏了电路板和/或组件

导致组件翘曲的装配缺陷

元件翘曲的影响可能非常小以至于您永远不会注意到，或者它可能会导致潜在的电气问题。可以说，最糟糕的情况是重复循环和翘曲使焊点足够弱化，以至于导致过早或间歇性故障。在组装过程中可能导致元件翘曲的因素包括：

• 热循环
• 热膨胀系数（CTE）不匹配
• 出气

重复循环导致元件翘曲的最简单情况是由于重复循环。这些电气问题将会显现的一个领域是在具有球栅阵列封装的大型处理器中，这些组件有一个大的表面积受到翘曲的影响。基于有机基板的封装也可能受到热循环的影响并经历翘曲，因为它们与周围层压板相比可能有CTE不匹配。

当元件封装与电路板之间的不匹配较大时，会出现翘曲现象，增加PCB与外壳之间的距离，可能会有几种结果。在某些情况下，如果一个焊球“掉落”并保持在PCB较低位置而不是连接到元件上，可能会导致开路，或者焊料流动并桥接其他连接。否则，焊球会在适当的温度下伸展以进行连接。你看到一个电路，但连接处的焊料变薄了，有时形状奇怪，使得焊点随时间变得不太可靠。随着BGA焊盘之间的间距减小，影响会更加严重。

如果表面向下翘曲，通常是在回流过程中角落和边缘下沉，那么你的元件下面就会突然有太多的焊料。它通常会从焊盘上挤出，桥接到其他焊盘并将它们短路在一起，就像你在下面的图片中看到的那样。

即使很少见，但糟糕的制造过程也可能导致气体释放。这可能会在包装内部形成气泡或使外壳歪斜。然而，最常见的原因是热问题。返工可能会导致你的组件在回流处理期间发生翘曲，或者包装和焊料之间的热失配可能会导致材料在不同速率下经历热膨胀时发生翘曲。

要了解更多关于电路板翘曲和一些防止PCB翘曲的策略，请查看本文。

一些简单的防止翘曲的做法

幸运的是，有一些选项可以帮助预防或减少翘曲。首先，使用焊膏掩膜定义的焊盘，因为非焊膏掩膜定义的焊盘将具有更低的熔融焊料高度。这是因为熔融焊料没有那么多润湿区域可以扩散。你还可以调整工艺材料和温度，通常是降低温度，或者减少无铅焊料和组件之间的热失配，这可以显著改善你的结果。如果你有角落在回流过程中下垂，你可以使用间隔器支撑它们，直到它们冷却。

最后，限制焊接/返工周期的次数，不要在焊接周期中固定PCB。PCB中诱发的热应力可能导致组件或PCB本身，或两者都发生翘曲。这主要是PCB的挑战，但是在具有高不匹配度的板区域中重复的热循环可能导致组件翘曲，特别是在具有有机基板的封装和BGA中。了解板上的组件可以帮助您识别哪些部分在生产或返工期间组装缺陷的变化较小。

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