问:PCB打样时叠层为什么要对称?不对称叠层会导致什么问题?怎么设计对称叠层?板翘曲多少算合格?
答: 叠层对称性是PCB设计中容易被忽视但直接影响SMT贴片良率的参数。不对称的叠层结构在层压冷却后,内应力分布不均,板子会向一侧弯曲。板翘曲会导致SMT贴片时元件贴装偏移、BGA焊点共面性不足、回流焊后焊点开裂。行业标准要求板翘曲度≤0.75%,但BGA板通常要求≤0.5%,高密度板要求≤0.3%。
一、为什么不对称叠层会导致板翘曲
PCB由铜箔、半固化片(PP片)和基材组成。铜的CTE约17ppm/℃,FR-4的CTE约14-16ppm/℃,PP片的CTE约12-16ppm/℃。不同材料的CTE差异在层压冷却过程中产生内应力。
对称叠层时,上下两侧的铜厚、PP片数量、介质厚度一致,内应力相互抵消,板子保持平整。不对称叠层时,一侧铜厚大、PP片多,另一侧铜厚小、PP片少,内应力向一侧集中,冷却后板子向应力大的一侧弯曲。
二、板翘曲的后果
SMT贴片偏移:板翘曲导致元件贴装位置偏移,尤其是细间距元件。
BGA虚焊:板翘曲导致BGA焊点共面性不足,边缘焊点无法与焊盘充分接触,形成虚焊。
回流焊开裂:板翘曲在回流焊高温下进一步加剧,导致焊点开裂。
组装困难:板翘曲导致PCBA无法顺利装入外壳。
三、对称叠层设计的原则
铜厚对称:叠层上下两侧的铜厚应一致。例如,6层板中,顶层和底层铜厚一致,内层1和内层4铜厚一致,内层2和内层3铜厚一致。
PP片对称:叠层上下两侧的PP片数量应一致。
介质厚度对称:叠层上下两侧的介质厚度应一致。
层数对称:叠层应以中心层为对称轴,上下层数对称。
四、板翘曲的合格标准
IPC-6012标准:板翘曲度≤0.75%。
BGA板:板翘曲度≤0.5%。
高密度板(HDI):板翘曲度≤0.3%。
捷创电子:通过对称叠层设计+低应力PP片+压合降温速率控制在3℃/min以内,将板翘曲度控制在0.3%以内。
五、叠层对称性设计的选型建议
4层板:顶层和底层铜厚一致,内层1和内层2铜厚一致。
6层板:顶层和底层铜厚一致,内层1和内层4铜厚一致,内层2和内层3铜厚一致。
8层板:以中心层为对称轴,上下铜厚、PP片、介质厚度一致。
厚铜板:厚铜层的对称性更为关键,不对称厚铜叠层翘曲风险极高。
六、叠层对称性设计的检查清单
叠层上下两侧的铜厚是否一致?
叠层上下两侧的PP片数量是否一致?
叠层上下两侧的介质厚度是否一致?
叠层是否以中心层为对称轴?
是否使用了低应力PP片?
压合降温速率是否控制在3℃/min以内?