《电子技术应用》

无内定位的小尺寸板外型尺寸精度改善研究

Discussion on high precision N/C Routing process of small size PCB without internal location

惠州市金百泽电路科技有限公司 作者:唐殿军 王阳烨 陈春
2016/12/16 11:34:00

作者简介:

唐殿军,12年PCB相关工作经验,现任金百泽科技制造工程部高级工程师

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摘要:无内定位孔的PCB锣板因受力的影响,PCB加工至收刀处出现较明显的凸点,影响尺寸,凸点需100%人工修刮或研磨,导致生产效率低、修理良率低、外观、尺寸不良等问题。本文针对无内定位孔PCB锣板工艺进行深入研究、实验、批量生产验证,找出一种高精度、高品质、高效率的PCB锣板制作工艺。

关键词: 外形尺寸  无内定位孔  精度

Abstract:In the N/C Routing process of no internal location hole PCB, obvious hump likely to appear at the end of joint point because of the stress influence. The hump all need 100% manual repair, and this lead to low productivity, low yield rate and cosmetic or dimension defects. This article involves an in-depth study and experiment of this kind of PCB, achieves high precision, high quality and high efficiency goals through experiment and mass production quality verification.

Keywords: Milling Dimension;  Non internal Location Hole;  Accuracy

1、 前言

PCB应用领域伴随在电子产品的方方面面,体积小、层次高及孔径微型化的发展已经成为趋势,但小尺寸印制电路板中外形工序定位难度进一步增加。目前,行业内传统的外形定位PIN钉直径基本≥0.8mm,孔径≤0.8mm或板内无孔时,PCB外形加工无法采用内定位的方式生产,其加工外观、尺寸、效率将面临中重大考验。本文针对无内定位的小尺寸PCB如何进行高精度外形加工进行了深入研究,为无内定位的PCB外形加工出现的问题提供了解决方案。

2、 背景

目前无内定位的PCB客户常规要求公差±0.1mm,部分产品要求达到±0.05mm,产品按常规加工方式在收刀处出现较明显的凸点(见下图2.1~图2.3),此凸点直接影响外型尺寸并导致外观不良,需采用人工修理的方式进行处理,人工修理难度大,大批量加工时较耗时,导致产品交期严重受阻。

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图2.1 无内定位铝基材料成型后效果图

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3、原因分析及试验设计

3.1理论分析

数控成型定位孔是外形加工的重要因素,有内定位的PCB外形加工是直接采用内定位的方式生产(图3.1),无内定位时,不得不采用外定位加工外形,即在印制板单元外加定位孔(图3.2)。以方形板为例,当三边铣完后,最后一边外形铣完收刀时,板子四周均出现空旷区域,加工至收刀点时,因四周均已铣成空虚状态,产品失去外定位的固定力,产品得不到支撑,加上吸尘的作用力,整个板子随着铣刀收刀的方向偏移,使收刀位产生了凸点(图3.3)。

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图3.1 有内定位外形文件                        图3.2 无内定位外形文件

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图3.3 无内定位小板外形加工凸点产生原理示意图

3.2试验方案

我们从不同铣刀直径、走刀速度、不同的走刀路径文件设计及吸尘对凸点的影响展开了深入研究评估,以下为试验方案:

表3.1 试验方案

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4、试验结果

4.1试验测试数据总汇

4.1.1 不同直径铣刀试验对凸点的影响

表4.1 不同直径铣刀试验记录表

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图4.1不同直径铣刀试验对凸点的影响

4.1.2不同走刀速度对凸点的影响

表4.2不同走刀速度试验记录表

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图4.2不同走刀速度对凸点的影响

4.1.3常规加工方式+关闭吸尘对比试验

表4.3 加工方式对比试验记录表

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图4.3 不同加工方式对凸点的影响

4.1.4 锣板路径对凸点的影响

表4.4 不同锣板路径对比试验记录表

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4.1.5试验小结

①铣刀的大小对凸点产生有一定程度的贡献,且铣刀越小凸点相对越小,但仍然未达到理想状态;

②加工速度对凸点的影响较小,几乎可忽略不计;

③采用关闭吸尘的方法对凸点有较大程度的改善,但粉尘大,清洁耗费时间;

④采用“胶带固定法”所加工的品质明显优于其他三种方案,尺寸可满足客户要求。

4.2“胶带固定法”工艺过程控制及要点

此种方法及文件设计未涉及到新物料、新设备,所以工艺过程管控和正常流程管控相同,包括外形尺寸、板边质量、凸点、毛刺等外观性的检验;过程实施需注意以下几点:

①无内定位的小尺寸PCB外形加工时,生产前板面需要双面贴胶膜(中性粘度PE胶膜),避免粉尘污染板面(特别是无法过清洗机的小板及金板),胶膜本身有一定粘度,可有效防止表面处理污染;

②“胶带固定法”实施流程图

流程                                         图示

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③“胶带固定法”批量加工效果确认

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图4.5 铝基材料效果图                  图4.6 陶瓷材料效果图

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图4.7 PTFE材料效果图

以上试验通过采用锣带优化,辅助过程中“胶带固定法”,有效避免了凸点的产生并降低了人工修理成本,优化后的加工工艺大幅提高了效率,以下方面仍存在改善空间:

①过程中每加工一排产品需要贴一条胶带,胶带两端粘贴不牢固时,有移动风险,每次贴胶带均需要停机。

②无内定位产品尺寸较小,此加工方法成型后的产品,成品检查前需一块一块的撕去表面的保护胶膜,撕胶膜效率低,大批量加工时(图4.8),撕保护膜需要耗费大量的人工资源(图4.9)。

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图4.8 外形后的小尺寸板                      图4.9 成品检查前撕胶膜

综合以上试验成果,锣带优化,结合过程中的贴胶带固定的方式使产品在收刀位有固定力的作用,可解决无内定位产品收刀位凸点问题,批量加工外形尺寸可以控制在0.1mm以内,优化后的加工工艺大幅提高了效率,针对成型后的撕去保护表面处理的胶膜效率低的问题,需要寻找更好的处理方式,解决撕胶膜效率低的问题,具体优化后加工方式如下:

锣带优化,先锣每单元产品的部分区域,保证每单元部分区域先外形加工后仍有连接,再采用“贴胶膜+环氧树脂盖板固定法”利用胶膜的粘附力,辅助环氧树脂盖板,防止吸尘力的作用,保证产品铣至收刀位时,仍能够保证产品位置的固定,预防凸点问题。

流程                                图示

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5、 总结

采用“贴胶膜+环氧树脂盖板固定法”能有效的避免无内定位产品外形凸点的产生,杜绝了修理带来的外观不良、尺寸不符等,采用外形前贴胶膜,外形后采用整体撕胶膜的方式除去保护表面处理的胶膜,解决了小尺寸产品外形加工后无法过成品机清洗的问题,此加工方式成型后的产品可免清洗,同时节省了人工,实现了无内定位产品高精度、高品质、高效率的加工,此方法未涉及到高成本的新物料、新设备,是对现有资源充分、合理的利用得出的成果,适用于批量加工高精度无内定的产品。

参考文献

【1】林金堵等,现代印制电路基础[M].2001


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