PCB 平整度標準對於確保良好效能至關重要。弓形和扭曲是印刷電路板彎曲的方式。弓形是指電路板沿其長度彎曲。扭曲是指電路板角落高度不同。這些問題會使組裝變得困難，並影響 PCB 的正常運作。 IPC-6011 標準規定，電路應保持平衡，並在兩側採用相同的結構。這有助於防止弓形和扭曲。當銅的重量達到 3 盎司/平方英尺或更高時，需要更嚴格的規定。平整度控制可維持 PCB 的穩定性，並避免使用額外的支撐零件。
彎曲和扭曲會改變印刷電路板的平整度，並決定印刷電路板是否能符合嚴格的行業規則。
關鍵要點
彎曲和扭曲會導致 PCB 板彎曲，從而影響其正常工作。控制彎曲和扭曲至關重要。 – 使用 IPC-TM-650 工具可接近早期檢查板面平整度。這有助於快速發現問題，並確保電路板符合規範。 – 製作 PCB 時，使用均勻的銅箔和智慧元件點有助於防止彎曲和扭曲。 – 選擇優質材料和適當的厚度可維持 PCB 板的強度。這降低了它們因受熱或受水而彎曲的可能性。 – 製造商和客戶之間保持良好的溝通有助於更快地解決問題，並提高 PCB 板的品質。
PCB平面度標準
弓與扭
PCB 平整度指的是電路板的光滑程度和均勻程度。翹曲和扭曲是電路板平整度下降的主要表現。翹曲是指電路板的四個角落都接觸桌面，但中間角翹起。扭曲是指電路板的三個角落都接觸桌面，但其中一個角偏高或偏低。這些問題在電路板製造過程中可能會出現，尤其是在加熱步驟之後。翹曲度最高可達 0.47 毫米，並且會隨著電路板材料和加熱程度的變化而變化。扭曲是指電路板沿對角線旋轉，導致其中一個角偏高或偏低。
翹曲和扭曲並非遵循常規模式。不同的材料和焊接過程中的熱量會導致這些變化。人們使用特殊方法來檢查翹曲和扭曲。他們會觀察電路板，使用平整度工具，有時還會使用 3D 掃描。 IPC-TM-650 2.4.22 等規則解釋如何測量和驗收電路板的翹曲和扭曲。
下表列出了每種板型允許的最大彎曲和扭曲程度：
板子類型 | 最大彎曲和扭曲 (%) |
|---|---|
採用表面貼裝元件 |
|
無SMD |
|
這些限制來自 IPC 2422-1 和 IPC 2422-2 規則。它們確保電路板即使輕微彎曲也能正常工作。
為什麼平整度很重要
平整度對於PCB的正常運作至關重要。彎曲和扭曲會導致元件難以安裝到電路板上。如果電路板不平整，元件可能無法正確安裝，焊錫也可能無法牢固黏合。這可能會導致斷路或薄弱環節。
研究表明，扁平的PCB板使用壽命更長，性能更佳。過度彎曲或扭曲會對焊點造成壓力。電路板的固定方式（例如螺栓的位置）會影響其彎曲程度。遠離重要部件的螺栓有助於延長焊點的使用壽命。如果螺栓將PCB板連接到受熱膨脹程度不同的零件上，焊點斷裂的速度可能會加快60%。測試和電腦模型表明，支撐方案會改變裂縫的起始位置和焊點的使用壽命。
研究人員發現，較平整的PCB板在製作電路板時效果較佳。共面性較低的電路板焊接問題較少。例如，共面性為0.177毫米時，焊點開路的機率約為1%。通過測試的電路板通常比未通過測試的電路板更平整。電路板在面板上的位置以及斷裂方式也很重要，但銅的平衡和材料對結果影響不大。
控制彎曲和扭曲不僅僅是遵守規則。它有助於每塊印刷電路板在實際應用中運作良好並延長使用壽命。
測量方法
IPC-TM-650
工程師使用不同的方法來檢查印刷電路板的平整度。 IPC-TM-650 標準解釋如何測試翹曲和扭曲。測試時，需要將電路板放在平坦的表面上，然後測量其最高點和最低點。人們會使用工具或專用相機進行測試。一些常用的工具包括陰影莫爾條紋測量、條紋投影測量和共焦測量。這些工具可以發現非常微小的高度變化，有時甚至小至 5 微米。有些設計師甚至希望獲得更精確的檢查結果，例如 1 微米或 3 微米。
要測量平整度，必須遵循以下一些步驟：
先烘烤電路板以除去水分。
將板子漆成白色，讓攝影機看得更清楚。
將木板切割成適合放入烤箱的尺寸。
將熱電偶放置在靠近測試區域的地方，但不要在測試區域內。
使用緩慢上升的熱量，每秒上升 0.5°C 到 1.0°C 之間。
IPC-TM-650 標準也規定，在將大面板切割成小板之前，必須進行檢查。這確保所有板子在組裝之前都完好無損。
可接受的限度
對於板子的平整度，有明確的規定。正確的數值取決於板子的類型和用途。下表列出了主要的限制：
板子類型 | 彎曲和扭曲極限 (%) |
|---|---|
表面貼裝印刷電路板 | 0.75 |
其他板材類型 | 1.5 |
電路板的厚度也必須合適，邊緣光滑。如果電路板厚度超過 31 毫米，其厚度偏差必須在 ±10% 以內。較薄的電路板厚度偏差不得超過 ±3 毫米。如果電路板彎曲度超過 0.75%，則大多數工作都無法接受。這些規則有助於確保電路板在製造和使用過程中表現良好。
透過這些彎曲和扭曲測試，公司可以製造出符合規定且不會出現太多故障的板材。
PCB平整度的影響因素
設計與佈局
PCB 的設計和佈局方式會影響其平整度。工程師會努力保持兩面銅箔均勻分佈。如果一邊銅箔較多，電路板就會彎曲。這種情況會在電路板冷卻時發生。均衡的疊層結構有助於避免這個問題。走線和平面的佈局可以分散應力。較大的切口或槽口會形成薄弱點。這些薄弱點更容易在壓合過程中彎曲或扭曲。元件和孔的放置位置也很重要。合理的設計有助於防止彎曲，從而使 PCB 性能更佳，使用壽命更長。
提示：保持銅均勻並將零件放置在適當的位置有助於防止彎曲和扭曲 製作電路板.
材料和厚度
您選擇的材料和厚度決定了 PCB 的平整度。不同的材料對熱和水的反應不同。 FR4、鐵氟龍和柔性基板各有其獨特的特性。 FR4 的熱膨脹係數 (CTE) 中等，而特氟龍的熱膨脹係數 (CTE) 則高得多。柔性基板需要格外小心才能保持平整。當這些材料在壓合過程中受熱時，它們的膨脹和收縮速度會有所不同。這可能會導致電路板彎曲或扭曲。
板材的厚度也很重要。薄板更容易彎曲或扭曲。厚板彎曲程度較小，但可能太硬。下表顯示了材料和厚度如何影響平整度和公差：
參數 | 簡介 | 對PCB平整度和公差的影響 |
|---|---|---|
材料類型 | FR4、鐵氟龍、柔性基板 | 不同的 CTE 會導致電路板翹曲或收縮；特氟龍較難保持平整，柔性基板需要特別護理 |
厚度範圍（毫米） | 0.2-0.4 | ±0.1mm 公差；厚板失去柔韌性，薄板較弱 |
厚度範圍（毫米） | 0.5-1.0 | ±0.2mm 公差；厚板會使高速訊號變慢，薄板則不穩定 |
厚度範圍（毫米） | 1.0-1.5 | ±0.3mm 公差；厚板難以安裝，薄板容易斷裂 |
熱膨脹效應 | FR4（14-16 ppm/°C）、鐵氟龍（30-40 ppm/°C）、聚醯亞胺（10-20 ppm/°C） | CTE 越高，翹曲程度越大，進而影響平整度 |
環境因素 | 溫度、濕度 | 熱和水會使木板膨脹、收縮或彎曲 |
製造過程 | 回流焊接熱應力 | 冷卻不均勻導致板材彎曲和零件移動 |
工程師根據 PCB 的需求選擇材料和厚度。他們也會考慮這些選擇在製造和使用過程中會如何影響電路板的彎曲和扭曲。
層數
PCB 的層數會影響其彎曲程度。層數越多，壓合步驟越多。每一步都需要加熱和加壓。如果這些步驟不平衡，可能會導致電路板彎曲或扭曲。層數越多，應力就越大。如果層數不同或厚度類型不同，壓合後電路板可能會彎曲。
設計師使用均勻的層疊來幫助解決這個問題。他們將中間上下兩層對齊。這可以使電路板在製作過程中保持平整。如果層疊不均勻，電路板在壓合過程中可能會彎曲。規劃好層數和層疊有助於防止電路板彎曲和扭曲。
製造工藝
PCB 的製作方式會影響其最終的平整度。層壓和焊接等每個步驟都可能引發問題。層壓需要熱量和壓力將各層粘合在一起。如果熱量或壓力不均勻，電路板可能會彎曲。層壓後冷卻不均勻也會導致彎曲。在回流焊接過程中，電路板會再次變熱。這種熱量會導致電路板彎曲，尤其是在材料生長速率不同的情況下。
製造商採取謹慎的措施來避免這些問題。他們在層壓過程中監測溫度和壓力。在焊接前烘烤電路板使其乾燥。這些步驟有助於防止彎曲和扭曲。團隊在生產過程中多次檢查平整度。早期檢查可以在下一步之前發現問題。良好的製程控制可以保持PCB平整，並降低出現問題的幾率。
注意：在製作和層壓過程中保持過程穩定對於防止每個 PCB 彎曲和扭曲非常重要。
確保 PCB 合規性
最佳實踐
製造商使用不同的方法來保持PCB的平整度。他們選擇 表面處理如ENIG 或ENEPIG。這些表面處理有助於保持焊盤平整和堅固。乾膜阻焊層可使電路板非常平整，厚度可低至5-7微米。工程師設計了兩面相同的疊層。他們平衡銅箔厚度以防止彎曲和扭曲。空銅點會被填滿以保持鍍層均勻。在層壓過程中，他們會監測溫度和壓力以防止翹曲。下表列出了一些重要的數據：
方面 | 詳細資料/數值基準 |
|---|---|
IPC翹曲極限 | 0.1級板3%；0.05級板4%；0.2級板1% |
核心厚度 | 1.6 毫米有助於大面板保持剛性（如果超過 400 毫米） |
銅分配 | 平衡銅可將翹曲風險降低 15-20% |
材料選擇 | 高Tg FR-4（>170°C）或聚醯亞胺（高達260°C）可將膨脹率降低約20% |
提示：儘早與製造商合作並製作快速測試板可以在製造大量電路板之前發現高達 80% 的平整度問題。
製造商與客戶溝通
製造商和客戶之間的良好溝通有助於 PCB合規性雙方應在製作電路板前就平整度規則達成協議。分享堆疊方案、材料選擇和層壓步驟，避免意外發生。創客可以透過電腦測試來解釋PCB在組裝過程中的表現。客戶應告知創客測試中發現的任何問題。這種團隊合作有助於改進設計和製作步驟。
定期會議讓每個人都了解最新情況。
共享測試結果和樣本有助於快速解決問題。
討論製造過程中的問題可以更快解決問題。
解決問題
當出現平整度問題時，團隊會依照步驟進行修復。首先，他們會檢查銅箔是否平衡，堆疊是否均勻。接下來，他們會檢查使用的材料和厚度是否合適。如果問題出在層壓或焊接上，他們會調整工藝設定。有時，他們會在組裝過程中使用特殊的夾具來防止電路板彎曲。案例研究表明，嘗試新的設計或改變零件的連接方式可以解決難題。例如，一個歐洲感測器專案透過測試三種新設計獲得了更好的平整度。這有助於他們生產更多電路板。在醫療設備領域，製作大量測試板並獲得設計方面的幫助，帶來了更好的結果和更堅固的電路板。
及早發現問題並改善流程的團隊可以減少平整度問題並提高 PCB 效能。
了解 PCB 標準以及影響品質的因素有助於工程師製造出優質的產品。良好的設計、選擇合適的材料以及謹慎的步驟可以防止電路板彎曲。這也有助於更好地將零件安裝到電路板上。下表顯示了兩種切割電路板的方法，並說明了每種方法對邊緣和應力的影響：
方面 | 郵票孔分板 | V型分板 |
|---|---|---|
加工費用 | 便宜又容易做 | 價格昂貴，需要更多工作 |
分板質量 | 邊緣粗糙，需要修剪 | 邊緣光滑，美觀 |
脫板應力 | 壓力不大，適合易碎部件 | 壓力很大，所以零件需要保護 |
設計靈活性 | 適用於多種形狀和設計 | 僅適用於簡單、規則的形狀 |
適合場景 | 適合小型作業和測驗板 | 最適合製作大量必須平整的木板 |
如需更多協助，請查看 IPC-6012 和 IPC-2221 規則。經常檢查電路板並協同工作有助於每個人取得更好的結果。
常見問題
什麼原因導致 PCB 失去平整度？
很多因素都會導致 PCB 板不平整。如果銅箔分佈不均勻，電路板就會彎曲。選錯材料也會帶來問題。電路板製作過程中的熱量也會導致彎曲或扭曲。設計師和製造商必須注意這些因素，以確保電路板平整。
工程師如何測量 PCB 平整度？
工程師使用特殊工具檢查平整度。這些工具包括陰影莫爾條紋、條紋投影和共焦測量。他們遵循IPC-TM-650的規則。電路板放在平坦的桌面上。然後，他們檢查最高點和最低點。這有助於確保電路板達到良好的使用狀態。
如果 PCB 不符合平整度標準會發生什麼情況？
如果PCB不夠平整，可能會造成問題。元件可能無法完全貼合電路板。焊點可能會變得脆弱甚至斷裂。這可能會導致電路板停止工作或使用壽命縮短。製造商必須先修復這些問題，然後才能使用電路板。
設計變更能否改善 PCB 平整度？
是的，設計變更有助於保持電路板平整。工程師會平衡銅層，並挑選優質材料。他們會規劃堆疊，確保電路板均勻。他們不會使用大的切口，並將元件放置在適當的位置。這些步驟有助於在製作電路板時防止彎曲和扭曲。
