想搞明白PCB涨缩形成原因分析及改善方案的SMT工程师一定要仔细读这一篇文章

PCB板的涨缩根源由板材的特性所决定，本质上是材料热力学行为与过程应力的综合表现。

以HDI板为例，HDI板材料的主要组成约为：70% PP + 30% 铜。PP在受到145℃以上高温烘烤后尺寸会缩小，在受到60℃～90℃高温后尺寸也会变化；铜在受到机械力拉扯后尺寸会变大。

PCB涨缩形成的原因之一：裁板

PCB在制造过程中出现涨缩的原因之一是裁板（Cutting）环节。裁板可能导致涨缩的具体原因：

1. 机械应力影响

裁板时，刀具对板材施加的机械力可能使铜箔和基材（如PP，预浸材料）发生局部形变。铜具有延展性，受拉扯后可能发生塑性变形，导致局部尺寸增大。

2. 材料热传导不均

裁板过程中，刀具摩擦可能产生局部高温，若温度超过PP（预浸材料）的耐受范围（如60~90℃或145℃以上），会导致PP收缩。

3. 内应力释放

PCB材料在层压或固化过程中可能残留内应力，裁板时因外力作用会突然释放，导致板材局部变形。

4. 裁板精度与工具磨损

刀具磨损或裁板机精度不足可能导致切口不平整，间接影响后续工序（如钻孔、曝光）的对位精度，加剧涨缩问题。

在裁板后对基板烘烤170度，4小时后再生产，以释放基板内的应力，减小群体间的R值。通过与未烘烤对比，发现对压合涨缩R值的改善比较明显。

PCB涨缩形成的原因之二：图形转移

1. 材料因素

基板材料特性：PCB基材通常由环氧树脂和玻璃纤维组成，在高温或湿度环境下容易发生热膨胀或吸湿膨胀；不同厂商或批次的基板可能存在内应力差异，导致图形转移后涨缩不一致。

铜箔与基材的CTE不匹配：铜的CTE与基材不同，在图形转移过程中受热或化学处理时，可能因膨胀/收缩不一致。

2. 工艺因素

图形转移过程中的温度变化：曝光、显影、蚀刻等步骤可能涉及加热或化学药液处理，温度波动会导致基板局部膨胀或收缩；干膜或湿膜在曝光后固化收缩，可能影响图形尺寸稳定性。

化学药液的影响：刻液基材产生微腐蚀或溶胀效应，导致基板变形；显影液或清洗过程中的水分吸收也可能引起基板尺寸变化。

机械应力作用：在贴膜、曝光、显影等工序中，基板可能受到机械张力或压力，导致局部应力集中，后续释放时产生涨缩。

3. 环境因素

温湿度变化：生产环境的温湿度波动会导致基板吸湿或热胀冷缩，尤其在图形转移后的存放阶段。

存储条件：裁切后的基板若未及时生产，长时间存放可能因环境湿度吸收内应力，导致后续图形转移时尺寸变化。

4. 内应力释放

基板加工历史影响：覆铜板在压合、裁切等前制程中可能残留内应力，图形转移时的化学或热作用会加速应力释放，导致涨缩。

前处理: 图形转移PUMICE线前、后量测的数据对比，发现PUMICE一次会造成板子涨2mil左右，数据如下：

曝光：图形转移曝光使用的底片实际值与申请值存在约小于±1mil的允许误差。

量测工具：对厂内3台二次元（一楼底片房二次元、一楼图形转移二次元及防焊二次元），分别与三次元对比发现：防焊二次元与三次元量测数据基本一致，但底片房二次元及图形转移二次元与三次元相差0.005%（约1mil），数据如下：

PCB涨缩形成的原因之三：压合

PCB在制造过程中出现涨缩的原因涉及多种因素，其中压合是关键环节之一。

1. 压合过程中的热应力与冷却收缩

树脂固化特性：压合时，多层PCB的树脂在高温高压下固化，冷却后因热胀冷缩效应产生内应力，导致板材尺寸变化（通常为收缩）。

玻璃化转变温度（Tg）影响：若压合温度接近或超过基材的Tg值，树脂流动性增强，冷却后收缩更明显。

2. 材料特性不匹配

铜箔与基材的CTE差异：铜的CTE约为17 ppm/°C，而FR4基材的CTE在XY方向为12-16 ppm/°C，Z方向高达50-70 ppm/°C。压合后冷却时，两者收缩率不同，导致翘曲或局部涨缩。

多层板材料不对称：若内层铜层分布不均，压合后应力分布不平衡，引发变形。

3. 压合参数控制不当

温度/压力/时间不精准：压合温度过高或压力不均会导致树脂过度流动，冷却后收缩加剧；时间不足则可能使树脂未完全固化，影响尺寸稳定性。

升降温速率过快：急速冷却会增大内应力，导致板子边缘或局部区域涨缩更显著。

4. 层间对准问题

内层图形与压合偏差：若内层图形在压合前已存在涨缩（如曝光或蚀刻导致），压合后多层对位误差累积，整体尺寸超差。

层压滑移：压合时树脂流动可能带动内层铜箔轻微位移，导致图形偏移。

5. 环境因素与后续工艺影响

储存环境湿度：吸湿性基材（如PP片）在压合后吸潮膨胀，或干燥后收缩。

后续加工应力：钻孔、铣边等机械加工会释放压合内应力，引发二次变形。

压合: 基板涨缩变化, 造成成品尺寸变化：某主板B5版本较B4每次压合的缩量减少约0.01%，从而导致外层比例上升，如下图所示：

PCB涨缩形成的原因之四：LASER

LASER 导致 PCB 涨缩的主要原因：

1. 热应力效应

激光加工时，局部高温会使基板材料发生瞬时膨胀，冷却后因热应力残留导致材料收缩或变形。

铜箔与基材CTE差异：铜和树脂基材的热膨胀系数（CTE）不同，激光加热后冷却可能引发层间应力，导致整体尺寸偏移。

2. 材料烧蚀与碳化

高能激光可能烧蚀树脂或玻璃纤维，形成微裂纹或碳化区域，破坏材料均匀性，进而影响尺寸稳定性。

3. 加工精度与能量控制

激光能量过高或聚焦不良会导致过度加热，加剧涨缩；能量不足则需多次加工，累积热影响。

脉冲频率与扫描速度：参数不当可能引发不均匀的热分布，导致局部形变。

4. 内层结构影响

多层PCB中，激光加工可能改变内层铜箔与介质的结合状态，压合后因应力释放产生涨缩。

黑化前后班子的尺寸比例变化约0.003%，如下表所示。

PCB涨缩形成的原因之五：塞孔

塞孔（埋塞）导致PCB涨缩的主要原因有：

1. 材料固化收缩

树脂基塞孔材料在高温固化时会发生聚合收缩，导致孔壁受到拉力，进而影响PCB整体的尺寸稳定性。

收缩率差异：塞孔材料与基板的收缩率不同，冷却后可能引起局部应力，导致PCB轻微变形或涨缩。

2. 热膨胀系数（CTE）不匹配

塞孔材料与PCB基材的CTE不同，在温度变化时，因膨胀/收缩程度不同而产生应力，导致PCB整体或局部尺寸变化。

3. 塞孔工艺不均匀

填充不足或过量：塞孔不完全会导致孔壁受力不均，压合时可能引起基材变形。塞孔材料溢出，固化后可能挤压周围线路，导致局部涨缩。

固化条件不稳定：温度、时间控制不当会导致塞孔材料固化不完全或过度收缩，影响PCB尺寸精度。

4. 多层板压合影响

在HDI或多层PCB中，塞孔后的板材在压合时，由于树脂流动和固化，可能导致内层铜层与介质层结合力变化，从而影响整体涨缩率。

烘烤: 不同板厚的板在塞孔烘烤后均呈缩的趋势，X轴缩0.003%-0.013%之间，Y轴缩0.001%-0.011%之间。

刷磨: 板子研磨两次与研磨一次的变化较小，均呈涨的趋势，X轴涨0.000%-0.004%，Y轴涨0.001%-0.005%。

埋塞: 经过埋塞流程的在制品，X轴约涨0.002%-0.013%，Y轴约涨0.009%-0.021%。

PCB涨缩形成的原因之六：防焊

在PCB制造过程中，防焊（Solder Mask）工艺可能会导致板材涨缩，主要原因包括以下几个方面：

1. 防焊油墨固化过程中的热应力

防焊油墨在高温固化（烘烤）时会发生聚合反应，导致油墨收缩，从而对PCB基材产生应力。如果油墨固化不均匀（如局部温度差异），可能导致板材局部变形，影响整体尺寸稳定性。

2. 油墨与基材的CTE不匹配

防焊油墨和PCB基材的热膨胀系数不同，在加热和冷却过程中，两者膨胀/收缩程度不一致，可能导致板材翘曲或尺寸变化。

3. 防焊前处理的影响

在防焊前，PCB通常需要研磨或化学清洗以增强油墨附着力，但过度研磨可能导致板材表面微损伤，影响尺寸稳定性。研磨后板材可能轻微膨胀。

4. 曝光和显影过程的应力释放

防焊油墨在曝光和显影过程中，可能因化学药液的渗透或溶胀作用，导致板材轻微膨胀。

5. 多层板结构的影响（如埋塞工艺）

如果PCB涉及埋塞或多层压合，防焊工艺叠加后可能加剧涨缩。

防焊烘烤：通过对比烘烤前后的在制品尺寸，烘烤后尺寸约缩小0.008%-0.016%。

小结：从之前收集的各制程涨缩量的数据来看，广内对涨缩贡献度较大的制程主要是压合、电镀，且主要是第一、二次压合、电镀及防焊的缩量较大。

涨缩改善方案

线路板贴片过回流炉时尺寸会变小，尺寸越大缩量越大，不利于第二面的贴件；建议二阶以上产品SET尺寸最大不超过7″。

总结

1、尺寸涨缩变化不是某一个工序造成的；成品尺寸需要全流程参与；

2、基板补偿是按正常生产过程的涨缩制定，请各制程规范作业，仔细确认首件，减少重工；

3、图形转移及钻孔工序为异常比例调整的关键站，直接关系到成品的尺寸，需要特别管控。