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小尺寸PCB外形加工探討

The discussion on the N/C routing process of small PCB size
2016-12-16
作者:王陽燁 樊廷慧
來源:惠州市金百澤電路科技有限公司
關鍵詞: PCB 激光

作者簡介:

王陽燁:現任金百澤科技機加工程師,多年PCB經驗。

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摘要:在PCB設計日益向高密度、多層化、小型化發展的今天,由于客戶設計需要,仍存在一些線路相對簡單、外形復雜、單元尺寸非常小的線路板。此類板件在批量生產時,如按常規加工方法進行制作,在外形加工過程中會出現外觀不良、板邊凸點、尺寸不符等品質異常,此異常需100%返工或人工處理,導致生產效率低,且易出現返修后外觀、尺寸不良等缺陷。本文就此類板件的生產進行深入研究、試驗、批量生產驗證,找出一種高精度,高效率的加工方法。

關鍵詞:小尺寸;PCB;外形加工

Abstracts:Nowadays the PCB is designed increasingly to the development of high density, multiple stratification, miniaturization, still some circuit is simple shape, complex unit and small size because of customers’ design needs. If such kind of PCB is produced in batch production by conventional methods, there will be bad quality such as bad appearance, plate edge bumps, size not match in the N/C routing process, the hump all need  manual repairing, leading to low productivity, low yield rate and the issues about cosmetic and dimension. This article involves an in-depth study and experiment of this kind of PCB, achieves high precision, and high efficiency goals through experiment and mass production quality verification.

Key words:Small Size; PCB; N/C Routing Process

1  前言

盡管目前PCB技術的發展日新月異,很多PCB生產廠商將主要精力投入到HDI板,剛撓結合板,背板等高難度板件的制作中,但現有市場中仍存在一些線路相對簡易,單元尺寸非常小,外形復雜的PCB,部分PCB之最小尺寸甚至小到3-4mm。因此類板件的單元尺寸太小,前端設計時無法設計定位孔,利用外定位方式加工易產生板邊凸點(如圖1所示)、加工過程中吸塵將PCB吸走、外形公差不可控、生產效率低下等問題。本文針對超小尺寸PCB制作進行了深入研究與實驗,優化了外形加工方法,在實際生產過程中取得了事半功倍的效果。

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圖1 板邊凸點缺陷

2 現狀分析

外形加工方式的選擇關系到外形加工過程中的外形公差控制、外形加工成本、外形加工效率等多方面問題。目前常用的外形加工方式有銑外形和沖模。

2.1、銑外形

通常而言,銑外形加工出的板件其外觀質量好,尺寸精度高,但此類板件由于外形尺寸小,銑外形的尺寸精度反而難以控制。在銑外形時,由于受內鑼圓弧,內鑼角大小和銑槽寬度的限制,銑刀大小的選擇具有很大的局限性,很多時候只能選擇1.2mm,1.0mm甚至0.8mm的銑刀進行加工,由于刀具太小,走刀速度受限導致生產效率低下,且加工成本相對較高,故而只適合小量,外型簡單,無復雜內鑼槽的PCB外型加工。

2.2、沖模

在加工大批量的小尺寸PCB時,生產效率低下的影響遠高于外形鑼銑成本的影響,此種情況下只能采取沖模的方式。同時對于PCB中的內鑼槽,有的客戶要求加工成直角,采用鉆銑方式很難滿足要求,特別是對于那些外形公差和外形一致性要求較高的PCB,更要采用沖模方式。單采用沖模成型工藝會增加制造成本。

3 實驗設計

根據我司對此類PCB的制作經驗,我們從銑外形加工方式、沖模、V-CUT等方面展開深入研究與實驗,具體實驗計劃如下表1所示:

表1  實驗計劃表

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4 實驗過程

4.1 方案一----鑼機銑外形

 4.1.1 此類小尺寸PCB成品多無內定位,需在單元外加定位孔(圖2)。當三邊鑼完后,最后一邊鑼完收刀時,板子四周均出現空曠區域,使收刀點無法受力,成品整體隨著銑刀收刀的方向偏移,使成品在成形后收刀點出現明顯凸點。因四周均已被銑成懸空狀態,得不到支撐,因此增加了凸點及毛刺的發生機率。為避免此品質異常點,需將鑼帶進行優化,分兩次銑板,先銑每單元部分區域,保證加工后仍有連接位使整體連接外形文件(圖3)。

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圖2 原鑼帶(單元一次成型)        圖3 優化后的鑼帶(單元二次成型)

 4.1.2 鑼機加工實驗對凸點的影響:按上述兩種鑼帶進行加工,每種條件下隨機抽取10pcs成品板,使用二次元進行凸點測量。原鑼帶加工成品板凸點尺寸較大,需人工處理;使用優化后的鑼帶加工可有效避免凸點產生,成品板凸點尺寸<0.1mm,符合品質要求(見表2),外觀如圖4、5所示。

表2 不同鑼帶加工對凸點的影響

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圖4 原始鑼帶加工外形示意圖     圖5 優化后鑼帶加工外形示意圖

4.2 方案二----精雕機銑外形

4.2.1 因精雕設備在加工過程中無法暫停,故圖3內鑼帶無法適用。按圖2內鑼帶生產,因加工尺寸較小,為防止在加工過程中成品板被吸塵吸走,加工過程中需關閉吸塵,并輔以蓋板,使用板灰固定,以最小程度降低凸點的產生。

4.2.2 精雕加工實驗對凸點的影響:按上述加工方法進行加工,可降低凸點尺寸,凸點尺寸見表3所示,凸點無法滿足品質要求,需人工處理。外觀如圖6所示:

表3 精雕加工對凸點的影響

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圖6 精雕加工外形表面    

4.3方案三----激光外形效果驗證

4.3.1選取在線外形尺寸1*3mm之產品進行試驗,沿外形線進行激光外形文件制作,按表4內參數,關閉吸塵(防止加工過程中板被吸走),進行雙面激光外形。

表4 激光外形加工參數

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4.3.2 實驗結果:激光外形加工成品板無凸點產生,加工尺寸可滿足要求,但激光外形后的成品會因激光碳黑污染板面,且此類污染因尺寸太小,無法采用等離子清洗,采用酒精擦拭無法有效處理(如圖7所示),此類加工效果無法滿足客戶需求。

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圖7 小尺寸激光外形外觀圖

4.4 方案四----沖模效果驗證

4.4.1沖模加工保證了沖壓件的尺寸與形狀精度,無凸點產生(如圖8所示)。但在加工過程中易產生板角壓傷異常(如圖9所示),此類異常缺陷不予接受。

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圖8 小尺寸沖模外觀圖                 圖9 板邊不良示意圖

4.5 小結

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5  結論

綜上所示,針對外形精度公差為+/-0.1mm的高精度小尺寸PCB鑼板中出現的問題,只要在處理工程資料時做出合理的設計,并根據PCB材料及客戶需求選擇合適的加工方式,很多問題便迎刃而解。本文僅供同行借鑒和參考,不足之處請大家指正。


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