《电子技术应用》

小尺寸PCB外形加工探讨

The discussion on the N/C routing process of small PCB size

惠州市金百泽电路科技有限公司 作者:王阳烨 樊廷慧
2016/12/16 11:16:00

作者简介:

王阳烨:现任金百泽科技机加工程师,多年PCB经验。

图片1.png

摘要:在PCB设计日益向高密度、多层化、小型化发展的今天,由于客户设计需要,仍存在一些线路相对简单、外形复杂、单元尺寸非常小的线路板。此类板件在批量生产时,如按常规加工方法进行制作,在外形加工过程中会出现外观不良、板边凸点、尺寸不符等品质异常,此异常需100%返工或人工处理,导致生产效率低,且易出现返修后外观、尺寸不良等缺陷。本文就此类板件的生产进行深入研究、试验、批量生产验证,找出一种高精度,高效率的加工方法。

关键词: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

尽管目前PCB技术的发展日新月异,很多PCB生产厂商将主要精力投入到HDI板,刚挠结合板,背板等高难度板件的制作中,但现有市场中仍存在一些线路相对简易,单元尺寸非常小,外形复杂的PCB,部分PCB之最小尺寸甚至小到3-4mm。因此类板件的单元尺寸太小,前端设计时无法设计定位孔,利用外定位方式加工易产生板边凸点(如图1所示)、加工过程中吸尘将PCB吸走、外形公差不可控、生产效率低下等问题。本文针对超小尺寸PCB制作进行了深入研究与实验,优化了外形加工方法,在实际生产过程中取得了事半功倍的效果。

GVT4RR0T1LN[_UF$Z81NI8I.png

图1 板边凸点缺陷

2 现状分析

外形加工方式的选择关系到外形加工过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问题。目前常用的外形加工方式有铣外形和冲模。

2.1、铣外形

通常而言,铣外形加工出的板件其外观质量好,尺寸精度高,但此类板件由于外形尺寸小,铣外形的尺寸精度反而难以控制。在铣外形时,由于受内锣圆弧,内锣角大小和铣槽宽度的限制,铣刀大小的选择具有很大的局限性,很多时候只能选择1.2mm,1.0mm甚至0.8mm的铣刀进行加工,由于刀具太小,走刀速度受限导致生产效率低下,且加工成本相对较高,故而只适合小量,外型简单,无复杂内锣槽的PCB外型加工。

2.2、冲模

在加工大批量的小尺寸PCB时,生产效率低下的影响远高于外形锣铣成本的影响,此种情况下只能采取冲模的方式。同时对于PCB中的内锣槽,有的客户要求加工成直角,采用钻铣方式很难满足要求,特别是对于那些外形公差和外形一致性要求较高的PCB,更要采用冲模方式。单采用冲模成型工艺会增加制造成本。

3 实验设计

根据我司对此类PCB的制作经验,我们从铣外形加工方式、冲模、V-CUT等方面展开深入研究与实验,具体实验计划如下表1所示:

表1  实验计划表

I72C7`7[1N3M~DAPV)ZJ]`Q.png

4 实验过程

4.1 方案一----锣机铣外形

 4.1.1 此类小尺寸PCB成品多无内定位,需在单元外加定位孔(图2)。当三边锣完后,最后一边锣完收刀时,板子四周均出现空旷区域,使收刀点无法受力,成品整体随着铣刀收刀的方向偏移,使成品在成形后收刀点出现明显凸点。因四周均已被铣成悬空状态,得不到支撑,因此增加了凸点及毛刺的发生机率。为避免此品质异常点,需将锣带进行优化,分两次铣板,先铣每单元部分区域,保证加工后仍有连接位使整体连接外形文件(图3)。

9CJAA5D)F8Q9GJCNY8)T_41.png

图2 原锣带(单元一次成型)        图3 优化后的锣带(单元二次成型)

 4.1.2 锣机加工实验对凸点的影响:按上述两种锣带进行加工,每种条件下随机抽取10pcs成品板,使用二次元进行凸点测量。原锣带加工成品板凸点尺寸较大,需人工处理;使用优化后的锣带加工可有效避免凸点产生,成品板凸点尺寸<0.1mm,符合品质要求(见表2),外观如图4、5所示。

表2 不同锣带加工对凸点的影响

DO]Z[DD33ZRQ1`PA8OX8D$S.png

图4 原始锣带加工外形示意图     图5 优化后锣带加工外形示意图

4.2 方案二----精雕机铣外形

4.2.1 因精雕设备在加工过程中无法暂停,故图3内锣带无法适用。按图2内锣带生产,因加工尺寸较小,为防止在加工过程中成品板被吸尘吸走,加工过程中需关闭吸尘,并辅以盖板,使用板灰固定,以最小程度降低凸点的产生。

4.2.2 精雕加工实验对凸点的影响:按上述加工方法进行加工,可降低凸点尺寸,凸点尺寸见表3所示,凸点无法满足品质要求,需人工处理。外观如图6所示:

表3 精雕加工对凸点的影响

U{(AS0LXO9{YSNLE[3%}@@8.png

图6 精雕加工外形表面    

4.3方案三----激光外形效果验证

4.3.1选取在线外形尺寸1*3mm之产品进行试验,沿外形线进行激光外形文件制作,按表4内参数,关闭吸尘(防止加工过程中板被吸走),进行双面激光外形。

表4 激光外形加工参数

FOC_}368_I8]6FD1E5N8D@D.png

4.3.2 实验结果:激光外形加工成品板无凸点产生,加工尺寸可满足要求,但激光外形后的成品会因激光碳黑污染板面,且此类污染因尺寸太小,无法采用等离子清洗,采用酒精擦拭无法有效处理(如图7所示),此类加工效果无法满足客户需求。

图片2.png

图7 小尺寸激光外形外观图

4.4 方案四----冲模效果验证

4.4.1冲模加工保证了冲压件的尺寸与形状精度,无凸点产生(如图8所示)。但在加工过程中易产生板角压伤异常(如图9所示),此类异常缺陷不予接受。

NR@4K7)B$)QCBD8@J8_I)D5.png

图8 小尺寸冲模外观图                 图9 板边不良示意图

4.5 小结

5B~GJ5VDJP`JCAERM91B0HX.png

5  结论

综上所示,针对外形精度公差为+/-0.1mm的高精度小尺寸PCB锣板中出现的问题,只要在处理工程资料时做出合理的设计,并根据PCB材料及客户需求选择合适的加工方式,很多问题便迎刃而解。本文仅供同行借鉴和参考,不足之处请大家指正。


继续阅读>>