pcb板翘测试方法
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好的,以下是PCB板翘曲度的常用测试方法(IPC-TM-650 2.4.22标准是常用依据):
核心原理
测量PCB放置在理想平坦表面上时,其四个角或特定点相对于该表面的最大垂直距离(拱起或凹陷的高度),然后计算相对于对角线长度或板厚的百分比翘曲度。
常用测试方法
-
平板接触法(最常用,IPC推荐)
- 设备:
- 一个经过校准、水平且具有足够刚性的理想平坦平台(如大理石平台、光学平板)。
- 精密高度规/百分表(带尖头探针)或激光位移传感器。
- 支撑PCB的三个小球/支点(直径通常3mm),放置在PCB下方靠近三个角的位置(构成一个基准平面)。
- 环境温度通常控制在23±5°C。
- 步骤:
- 放置PCB: 将PCB被测面(通常是元件面)朝下,轻轻地放置在平台上的三个支撑点上。确保PCB只接触这三个点,且支撑点靠近但不压在板角上(通常距离角边缘6.35mm/0.25英寸)。PCB应自由放置,不受外力约束。
- 测量高度:
- 手动测量: 将高度规的探针移动到PCB未支撑的那个角(第四个角)的中心区域上方。小心缓慢地下探探针,直到刚好接触PCB表面。记录此时的读数
H_max(这是该点的最大垂直偏移量)。如果需要测量多点(如中心或其它位置),移动探针进行测量。 - 自动化测量: 使用带移动平台的激光位移传感器,按照设定路径扫描PCB表面,记录各点相对于平台的高度数据,软件自动找出最大值。
- 手动测量: 将高度规的探针移动到PCB未支撑的那个角(第四个角)的中心区域上方。小心缓慢地下探探针,直到刚好接触PCB表面。记录此时的读数
- 测量对角线: 使用精密尺测量PCB的有效对角线长度
L_diag。通常是指两个支撑点连线(作为基准边)到未支撑角顶点的对角线长度(IPC标准中称为“Chord Length”)。对于矩形板,常用板角到板角的对角线。 - 计算翘曲度:
翘曲度 (%) = (H_max / L_diag) * 100%- 关键点:
H_max是最大垂直偏移量,L_diag是与该最大偏移相关的对角线弦长/支撑间距。IPC标准强调使用L_diag而非整板对角线。
- 优点: 设备相对简单,原理清晰,符合IPC标准。
- 缺点: 接触式测量可能对非常薄的板或脆弱区域有轻微影响(需小心操作);需要人工定位支撑点和对角线;多点测量耗时。
- 设备:
-
非接触式光学扫描法(高效、高精度)
- 设备:
- 基于激光三角测量、白光干涉仪或结构光投影(如莫尔条纹)原理的3D扫描仪/翘曲度测试仪。
- 精密移动平台(X/Y/Z轴)。
- 电脑及分析软件。
- 步骤:
- 放置PCB: 将PCB(通常元件面朝上)放置在仪器的测量平台上。平台自身需要非常平整。
- 扫描: 启动设备。激光线或结构光图案投射到PCB表面,相机捕捉变形后的光图案。通过移动平台或光学元件,扫描整个PCB表面。
- 重建3D模型: 软件根据捕捉到的光学信息,计算PCB表面每个点的三维坐标(X, Y, Z)。
- 数据处理与分析: 软件自动拟合一个参考平面(通常是最小二乘法拟合平面)。计算表面上所有点相对于该参考平面的垂直偏差(Z方向差值)。
- 计算翘曲度: 软件找出最大正偏差(拱起最高点)和最大负偏差(凹陷最低点)。最终的翘曲度通常取最大偏差绝对值(Max|Deviation|)或其总和的一半((Max Warp + Max Sag)/2),除以有效尺寸(如对角线或板的短边长度)再乘以100%。
翘曲度 (%) = (最大绝对偏差值 Max|Deviation| / 特征长度 ) * 100%(特征长度常取对角线或短边长度,需明确报告中使用的基准)
- 优点: 非接触,不会损伤PCB;速度快,自动化程度高;可获得整个表面的详细翘曲分布图(云图),提供更多信息(如扭曲Twist);精度高。
- 缺点: 设备成本较高。
- 设备:
-
塞尺法(简易粗略评估)
- 设备: 一套标准厚度的塞尺片(厚度已知的薄钢片)、理想平坦平台。
- 步骤:
- 将PCB被测面朝下平放在平台上。
- 尝试将不同厚度的塞尺片塞入PCB边缘或角下方与平台之间的最大缝隙处。
- 记录能刚好塞入的最大塞尺厚度
Gap_max。 - 测量该缝隙位置附近的弦长
L_chord(例如,从缝隙点到对面支撑边的距离或相邻支撑角的距离)。 - 估算翘曲度:
翘曲度 ≈ (Gap_max / L_chord) * 100%(非常粗略)。
- 优点: 操作极其简单,成本最低。
- 缺点: 精度最低,只能估算最大间隙点,无法反映整体翘曲形态,难以满足精确质量控制要求。不推荐用于正式检测报告,仅用于现场快速粗略判断。
关键注意事项
- IPC标准 (IPC-TM-650 2.4.22, IPC-6012等): 定义了测试条件(温度)、支撑方式、测量点、计算公式(使用弦长
L_diag)和允收标准(通常要求≤0.75%或更低)。 - 温度控制: 翘曲受温度影响极大。必须在规定的温度下(通常是室温23±5°C)进行测试并稳定足够时间(如达到热平衡)。高温测试(如回流焊模拟)需要烘箱或热板配合相应测量设备。
- 支撑方式: 三点支撑是标准做法,确保PCB处于自由状态。支撑点位置影响测量结果。
- 测量方向: 需要明确是测量元件面(Component Side)还是焊接面(Solder Side),或者双面都测。
- 报告内容: 报告应包含测量方法、测试温度、翘曲度数值、最大偏移位置、使用的特征长度(如对角线长度)、适用的标准以及判定结果(Pass/Fail)。
- 板厚影响: 翘曲度允收标准有时会根据板厚调整(厚板通常允许更小的百分比)。
- 扭曲(Twist): 平板法和光学法也能测量扭曲(一个角抬起,对角下沉)。
选择哪种方法?
- 精确质检、符合IPC标准、有报告需求: 首选平板接触法或非接触式光学扫描法。光学扫描法效率更高、数据更全面。
- 现场快速排查、粗略判断: 塞楔法可临时使用,但结果仅供参考,不能作为合格依据。
- 研发分析、需要全面翘曲数据: 非接触式光学扫描法是最佳选择。
总结公式(以IPC平板法为例):
翘曲度 Warpage (%) = (最大垂直偏移量 H_max / 对应的弦长 L_diag) * 100%
请根据您的具体需求(精度要求、预算、效率、报告格式)选择最合适的测试方法,并严格遵循相关标准和操作规程。对于关键应用,强烈建议使用符合IPC标准的平板法或投资光学扫描设备。
【PCB测试】PCB制造常用的13种测试方法
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传奇198
2022-09-30 11:44:27
PCB板弯板翘的问题
实际的工作中,PCB板上器件会有虚焊或空焊的情况,造成这种情况的原因有多种多样,这种问题及时排除并给出对策,影响不大。但如果不及时发现,有时候甚至在测试
2022-11-07 09:40:29
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