GB/T 43059-2023 印制板及印制板组装件的平整度控制要求

　　ICS 31 . 180 CCS L 94

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 43059—2023

　　印制板及印制板组装件的平整度控制要求

　　Requ,rements of flatness control for pr,nted boards and pr,nted board assembl,es

　　2023-09-07 发布 2024-04-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 43059—2023

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中华人民共和国工业和信息化部提出 。

　　本文件由全国印制电路标准化技术委员会(SAC/TC47)归口 。

　　本文件起草单位:中国电子科技集团公司第十五研究所 、北京尊冠科技有限公司 、莆田市涵江区依吨多层电路有限公司 、中国电子标准化研究院 、厦门市铂联科技股份有限公司 。

　　本文件主要起草人:陈长生 、孙静静 、边红丽 、唐瑞芳 、郭晓宇 、符瑜慧 、楼亚芬 、曹易 、吴永进 。

　　I

　　GB/T 43059—2023

　　印制板及印制板组装件的平整度控制要求

　　1 范围

　　本文件规定了印制板与印制板组装件平整度控制的要求 。

　　本文件适用于刚性印制板与刚性印制板组装件(组装件)设计 、制造与使用中平整度的控制 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 , 仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件 , 其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 2036 印制电路术语

　　GB/T 4722—2017 印制电路用刚性覆铜箔层压板试验方法

　　3 术语和定义

　　GB/T 2036 界定的术语和定义适用于本文件 。

　　4 一般要求

　　4 . 1 设计

　　刚性印制板或刚性印制板组装件的设计者应保证其结构平衡 。对于印制板结构平衡是指以任意方向为中心印制板的树脂 、增强材料以及金属箔都均匀分布 。如果有额外的金属层黏结到基板上(如散热片) , 则金属层将影响印制板的平整度 。

　　刚性印制板组装件通常两面都装有元器件 , 元器件的位置由其尺寸 、质量以及与印制板接触的引脚数量决定 , 元器件的位置直接影响印制板组装件的平整度 。

　　4 . 2 刚性印制板制造

　　刚性印制板的制造商应确保印制板的翘曲度最小 。

　　4 . 3 组装

　　刚性印制板的组装应确保刚性印制板不变形 , 特别是在焊接全过程和手工操作过程中 。

　　4 . 4 使用

　　使用者应保证良好的贮存条件以及贮存设备 , 尽可能减小装配后发生扭曲的可能性 。

　　5 刚性覆铜箔基材的平整度控制

　　5 . 1 影响因素

　　5 . 1 . 1 增强材料

　　玻璃纤维织物在织造和处理过程中有可能会产生应力 。单张玻璃纤维织物的应力对层压板的翘曲

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　　影响较小 。

　　5 . 1 . 2 铜箔

　　铜箔对扭曲变形的影响通常很小 。

　　5 . 1 . 3 B 阶材料(预浸料)

　　用树脂浸渍的增强材料并部分固化的材料称为“B 阶”基材(预浸料) 。树脂浸渍的不均匀会产生应力从而导致层压后产品的扭曲变形 。应力的产生主要有以下三种原因:

　　a) 加工过程中施加于增强材料的张力不均匀 ;

　　b) 增强材料平面方向上树脂厚度不均匀 ;

　　c) 树脂固化(聚合)处理不当 , 在 B 阶状态下固化不完全或固化过度 。

　　5 . 1 . 4 层压

　　层压过程中温度与压力不均匀会产生应力 。结构不平衡 , 如 x 、y 方向上板层不对称也会导致应力的产生 。

　　5 . 1 . 5 裁切与转运

　　裁切过程会产生应力 , 裁切后的材料以垂直方式存放会引起扭曲变形 。

　　5 . 2 预防与纠正

　　材料在制造过程中应控制 4. 1 所提到的因素从而使扭曲变形最小化 。应对加工过程与特殊过程给予足够的关注 , 采取适当的措施进行过程控制 。如果在基材的内部残存有内应力 , 那么一旦最终压合完成就不可能对其进行纠正并消除 。

　　通常情况下 , 环氧玻璃纤维材料的玻璃化温度(Tg )范围是 120 ℃ ~135 ℃ , 也有低于 105 ℃的 。

　　如果层压板在室温条件下不能保持平整 , 说明其内部有残存内应力 。另外 , 即使室温条件下保持平整也有可能有内应力 。 当材料被加热至树脂 Tg 温度以上时 , 树脂不再压制其内部残存的应力 , 可将应力释放并呈现为平整状态 。如果基材冷却至一定条件后扭曲变形未被消除 , 可通过在将基材冷却至 Tg温度以下的过程中利用矫平的方式来消除其扭曲变形 , 但是在再次加热时有可能扭曲变形再次出现 。

　　5 . 3 测试方法与要求

　　常用基材的测试方法与要求应按照 GB/T 4722—2017 的规定 。

　　6 未组装刚性印制板的平整度控制

　　6 . 1 影响因素

　　6 . 1 . 1 印制板设计

　　6 . 1 . 1 . 1 印制板外形

　　印制板外形形状能影响扭曲变形的程度 。

　　6 . 1 . 1 . 2 内部槽 口

　　印制板四角有较大的开口或中心位置有长槽都有可能会导致扭曲变形 。

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　　6 . 1 . 1 . 3 导电图形密度与布局

　　单面刚性印制板的扭曲变形通常受金属箔厚度的影响 。设计时残留铜箔的区域越大 、越厚可能导致的扭曲变形就越严重 。

　　双面刚性印制板的扭曲可能是由铜箔在两面分布不均引起 , 如:刚性印制板的一面有大面积覆铜而在另一面只有部分焊盘 。

　　刚性多层印制板如果在设计时不能保证叠层结构的对称 , 则最终有可能导致扭曲变形 。如:设计时没有将电源/接地层排布对称分布 , 如 6 层板的 4 、5 层布局为电源/接地层 , 或只设计一个散热层而不是采用两个散热层 。

　　6 . 1 . 2 刚性印制板加工

　　6 . 1 . 2 . 1 剪切

　　在加工过程的起始阶段 , 将基材剪裁为在制板时有可能产生应力 。

　　6 . 1 . 2 . 2 烘烤

　　在烘烤至 Tg 以上过程中对基材采用了不适当的支撑方式 , 在冷却时就会导致扭曲 。 此时产生的扭曲可通过将基材再次加热至 Tg 以上温度后在冷却过程中矫平的方式加以纠正 。

　　6 . 1 . 2 . 3 刚性多层印制板的压合

　　预浸不均匀的预浸渍材料或在预浸过程中拉扯严重的增强材料都可能引起扭曲(见 5 . 1 . 3) 。 由于层压过程控制不当 , 如温度或/和压力不均匀 、经纬向不一致 , 以及加热或冷却循环不恰当 , 都将产生永久变形 。

　　6 . 1 . 2 . 4 锡铅热熔 , 焊料涂覆

　　在电镀锡铅热熔 、浸焊以及热风整平或焊料涂覆过程中 , 任何原有残存内应力均有可能释放出来 。若刚性印制板在加工过程中未被合适地支撑 , 特别是热熔过程中 , 都有可能导致扭曲变形的发生 。正确的支撑方式应保持到冷却之后 。

　　6 . 1 . 2 . 5 外形加工

　　外形铣削过程往往可以释放应力 , 而冲压外形则不会释放应力 。其他可选择的方式是开槽或连筋 , 开槽或连筋可以使刚性印制板在组装后从拼板上分割下来 , 但采用开槽或连筋方式往往会使拼板的强度下降 , 存在断裂风险 , 此种拼板的扭曲变形不能进行校正 。

　　6 . 1 . 2 . 6 包装方式

　　用塑料绳进行捆绑的过程中过度施加压力将会导致扭曲变形 , 同时 , 如果刚性印制板在运输过程中没有采用合适的支撑放置方式同样会导致扭曲变形的发生 。

　　6 . 2 预防

　　6 . 2 . 1 设计方面

　　为预防扭曲变形 , 设计时应注意以下几点 。

　　a) 避免设计长宽比大的矩形以及“L”形“C”形等外形结构 。

　　b) 将内部开口与槽对称布局 。

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　　c) 使印制板两面的导电图形保持平衡 。设计刚性多层印制板时 , 保证层与导电图形呈中心对称 。如果只有一个电源/接地层 , 可以再复制一个层 。 如 6 . 1 . 1 . 3 中引用的示例 , 可将 3 、4 层或

　　2 、5 层布局为电源/接地层 , 而不是 4 层与 5 层 。

　　d) 避免设计印制板单一面铜箔厚度过厚 , 避免双面印制板两面铜箔厚度不一致 。

　　6 . 2 . 2 加工方面

　　为预防扭曲变形 , 刚性印制板加工时应满足以下几点 。

　　a) 保证裁切板材的工具足够锋利 , 且板材在裁切过程中保持平放 。

　　b) 在制板进行烘烤时 , 如在 Tg 温度以上进行固化或烘烤 , 红外隧道烘道优选于静态烘箱 。使用烘箱时 , 如果在制板不能在烘箱内水平支撑放置 , 则每块在制板至少三边被支撑 。

　　c) 在热熔或热风整平之前 , 对在制板进行预热 。使用夹具夹持刚性印制板保证印制板在浸入液态热熔剂或焊料中完全自由膨胀 。

　　d) 在制板在清洗前冷却至 Tg 以下 。

　　6 . 3 纠正

　　当刚性印制板设计/布线有明显错误以及多层板在压合过程中有缺陷时可能很难进行纠正 。如果刚性基材在到货时是平整的 , 并且在经过 Tg 温度以上的一系列加热过程后仍没有发生扭曲变形 , 则通常裸板在后续过程中出现的扭曲变形是可以被矫平的 。可通过在刚性印制板上放置一定重物 , 如尺寸大小一致的不锈钢板 , 保持高于基材 Tg 温度 10 ℃ ~20 ℃ , 时间 4 h , 堆叠高度不超过 50 mm 的方式纠正扭曲变形 , 热处理后 , 在不移动的情况下让堆叠板冷却至室温 。堆叠高度过高可能会导致位于堆叠中心的印制板不能达到 Tg 温度以上 , 从而应力不能够被释放 。

　　6 . 4 平整度要求

　　因为设计可能对刚性印制板最终平整度产生影响 , 许多规范中都有可接受的平整度要求 。最为常用的平整度要求是翘曲度不超过最大尺寸的 0. 5% 。大多数成品印制板都能满足该要求 , 同样的规定也适用于在制板 。

　　自动化生产技术对成品印制板尤其是刚性在制板有更严格的平整度要求 。例如印制板的翘曲高度大于其厚度 , 自动印刷机的进料系统就不能正常工作 。如 1 . 5 mm厚度的材料 , 可接受的最大翘曲高度为 1 . 5 mm 。 当长度超过 600 mm , 则翘曲度要求更加严苛 , 应不超过 0. 25% 。

　　6 . 5 测量方法

　　6 . 5 . 1 刚性基材

　　6 . 5 . 1 . 1 整张材料

　　只需对整张材料进行粗略的评估 , 简单地从整张材料相邻两角的一边观察整张板材的平整状态 。如果需要近似测量数据 , 可将整张材料轻抵在一个直角边或竖直的表面对其进行测量 。

　　6 . 5 . 1 . 2 在制板

　　测量在制板时应当模拟加工过程可能遇到的条件 , 如单面板铜箔面朝上 , 双面板将下凹面向下放置在平面上 。不论何种情况 , 在制板都应放置在一个平面上 , 模拟其在水平线上传送 。使用塞规或相似工具 , 测量在制板边缘与平面之间的距离 , 测量值就是在制板的翘曲度 。

　　6 . 5 . 2 刚性印制板成品

　　成品印制板扭曲程度采用与拼板相似方式测量 。 然而 , 如果需要大量测量 , 仍需要更为有效的方

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　　式 , 即将下凹面向下放置在平面上 , 使用塞规等工具对其进行测量 。

　　7 刚性印制板组装件的平整度控制

　　7 . 1 影响因素

　　刚性印制板装配是指将元器件通过后续的焊接工艺组装至印制板上 。 常用的焊接工艺温度总是在环氧树脂 Tg 以上(基于其他树脂体系的材料的 Tg 温度可能高于焊接温度) 。

　　焊接过程包括:

　　a) 波峰焊接 , 温度范围为 235 ℃ ~260 ℃ ;

　　b) 回流焊接 , 温度范围为 215 ℃ ~260 ℃(取决于方法) 。

　　波峰焊接(单向加热)过程使印制板在厚度方向产生温度梯度 , 从而使印制板产生内应力 。如果刚性印制板(含多层板)在铜箔/玻纤布/树脂不对称则产生内应力的情况会更加严重 。 印制板组装件的质量(不平均且有较重元器件)会加剧扭曲的程度 。

　　回流焊接为单向加热式焊接(例如红外回流焊接)或全向加热式焊接(例如气相回流焊) 。全向加热的明显优势是温度梯度最小 。焊接过程中 , 印制板应以适合的方式加以支撑使其保持平整 , 否则在元器件焊接至印制板上时会产生扭曲 。

　　刚性印制板组装件在焊接和后续冷却过程都会受到扭曲的影响 。如果不均匀支撑组装件有可能在焊接和冷却后产生扭曲 。

　　7 . 2 预防

　　为使扭曲程度最小应在焊接和后续的冷却过程中给予足够的支撑和束缚 , 尽量减少焊接后印制板的翘曲变形 。

　　7 . 3 纠正

　　采取纠正措施时应保证印制板组装件在全支撑且无束缚的条件下加热至 Tg 以上 。

　　已扭曲的印制板组装件很难被纠正的原因在于:

　　a) 元器件可能受到升高的温度的不利影响 ;

　　b) 焊点可能会将组装件保持在一个扭曲的状态 , 唯一有效的措施是在进行纠正措施之前将元器件移除 ;

　　c) 在试图矫平印制板组装件时如果焊点没有完全融化那么有可能引起焊盘起翘 。

　　8 平整度对表面贴装影响

　　8 . 1 元器件贴装(装配)

　　扭曲对表面贴装元器件贴装产生的影响如下:

　　a) 在自动上料过程中有可能发生卡板的故障 ;

　　b) 元器件放置偏位 ;

　　c) 贴片设备识别目标元器件的能力受影响 ;

　　d) 元器件的引脚未接触到印制板表面印刷的焊膏发生焊接不良 。

　　8 . 2 贴片机

　　为避免刚性印制板卡板(见 8 . 1) , 建议印制板供应商与装配商就最大扭曲程度进行协商 , 并考虑元

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　　器件类型与板尺寸对平整度的影响 。扭曲度最好能以百分数形式表示 。

　　当采用人工上料且配合夹具使用时此项要求可以忽略 。尽管元器件贴装时的问题已被解决 , 但高应力焊点仍有可能导致出现变形(可能发生在使用过程中) 。

　　9 使用过程中的平整度控制

　　长时间使用后出现扭曲变形通常是由印制板内应力不平衡引起 。虽然由制造过程产生的应力已被人为控制(例如在装配过程中安装加强条) , 但该应力有可能在随后的贮存或模块/系统装配时导致扭曲变形 。

　　10 预防措施汇总

　　预防措施汇总见表 1 。

　　表 1 制造阶段与预防措施

　　制造阶段

　　预防的关键区域

　　章条号

　　刚性基材制造

　　叠层:如交叉堆叠 ;

　　加工过程:不良压力循环

　　5 . 2

　　刚性印制板制造

　　多层芯板叠层与黏结

　　6 . 2 . 1b)

　　6 . 1 . 2 . 3

　　6 . 2 . 2

　　电路设计:如导体密度

　　加工过程:如 Tg 以上的温度循环

　　装配

　　加工过程:如质量大的元器件与 Tg 以上的温度循环

　　7 . 1 与 7 . 2

　　1 1 纠正措施汇总

　　纠正措施汇总见表 2 。

　　表 2 制造阶段与纠正措施

　　制造阶段(扭曲产生)

　　纠正措施

　　章条号

　　基材制造

　　层压后不可纠正

　　5 . 2

　　刚性印制板制造

　　Tg 不高于 130 ℃时 , 可纠正

　　如果扭曲是由设计不合理或芯板层压缺陷导致则不可纠正

　　6 . 3

　　装配过程

　　焊接过程中可进行纠正

　　装配完成后不可纠正

　　7.3

　　使用

　　无措施

　　9

　　6