印制PCB電路板進行機械切割的方法以及注意事項說明

1 剪切

剪切是印制電路板機械操作的第一步，通過剪切可以給出大致的形狀和輪廓。基本的切割方法適用于各種各樣的基板，通常厚度不超過2mm 。當切割的板子超過2mm 時，剪切的邊緣會出現(xiàn)粗糙和不整齊，因此，一般不采用這種方法。

層壓板的剪切可以是人工操作也可以是電動機械操作，不論哪種方法在操作上有共同的特點。剪切機通常有一組可調(diào)節(jié)的剪切刀片。其刀片為長方形，底部的刀口有大約7°的可調(diào)節(jié)角度，切割長度能夠達到1000mm ，兩個刀片之間的縱向角度通常最好選在1°- 1. 5 °之間，使用環(huán)氧玻璃基材最大能夠達到4° ，兩個刀片切割邊緣之間的縫隙要小于0.25mm 。

兩個刀片之間的角度要根據(jù)切割材料的厚度進行選取。材料越厚，需要的角度越大。如果剪切角度太大或兩個刀片之間的間隙太寬，在切割紙質(zhì)基板時會出板龜裂，然而對于環(huán)氧玻璃基板，由于材料具有一定的抗彎強度，即使不出現(xiàn)裂縫，板子也會變形。為了在剪切過程中使底板邊緣保持整潔，可將材料加熱在30 - 100℃范圍內(nèi)。

為了獲得整齊的切割，必須通過一個彈簧裝置將板子牢牢的壓下，以防止板子在剪切過程中出現(xiàn)其他不可避免的移位。另外，視差也可以導(dǎo)致0.3 0.5rnrn的容差，應(yīng)該使其減到最小，使用角標可提高精度。

剪切機能夠處理各種尺寸，能夠提供精確的重復(fù)尺寸。大型機器每小時能夠切割幾百千克的基板。

2 鋸切

鋸切是切割基板的另外一種方法。雖然這種方法的尺寸容差與剪切類似(0. 3 - 0.5 rnrn) ，但是這種方法更為可取，因為其切割邊緣非常光滑整齊。

在印制電路板制作工業(yè)中，大多選用可移動工作臺的圓形鋸切機。鋸形刀片的速度可調(diào)范圍為2000 - 6000r/rnin 。但是切割速度一旦設(shè)定，則不能更變。它是通過具有不只一個V 帶的重滑輪實現(xiàn)的。

高速運動的鋼制刀刃的直徑大約為3000rnrn ，它可以以2000 - 3000r/rnin 的速率切割紙制酣類材料每1cm圓周上大約為1. 2- 1. 5 齒。對于環(huán)氧玻璃基板，使用碳化鎢刀刃的刀片。鉆石輪的切割效果會更好，雖然它在剛開始時投資大，但是由于其使用壽命長且能夠提高邊緣切割效果，因此它對以后的工作是非常有益的。

以下是使用切割機時需要注意的幾個問題:

1 )注意直接作用在邊緣上的切割力，檢查軸承的堅固程度。當用手檢查時不應(yīng)有任何異常的感覺;

2) 為了安全起見，齒片應(yīng)總是被保護裝置覆蓋著;

3) 應(yīng)該準確放置安裝軸和發(fā)動機;

4) 在鋸齒片和支架之間的縫隙應(yīng)該最小，這樣可以使板子具有很好的支撐，以便于進行邊緣切割;

5) 圓形鋸應(yīng)該可調(diào)，刀刃與板子之間的高度范圍應(yīng)該為10-15mm;

6) 鈍的齒片和太粗糙的齒會使切割邊緣不光滑，最好予以換掉;

7) 錯誤的切割速率會導(dǎo)致切割邊緣不光滑，應(yīng)適當調(diào)配，厚的材料需要選擇慢的速度，而薄的材料可以快速切割;

8) 應(yīng)該按照制造商給出的速度操作;

9) 如果鋸的齒片很薄，可以增加一個加固墊以減少振動。

3 沖切

當印制電路板設(shè)計除了矩形外還有其他形狀或不規(guī)則的輪廓時，使用沖切模具是比較快速和經(jīng)濟的方法。基本的沖切操作可以使用沖床完成，其切割邊緣整齊，效果優(yōu)于使用鋸切或剪切機。有時，甚至打孔和沖切可同時進行。然而，當要求上好的邊緣效果或小的容差時，沖切達不到要求。在印制電路板工業(yè)中，沖切一般應(yīng)用于切割紙制基板，而很少用于切割環(huán)氧玻璃材料基板。沖切能夠使印制電路板的切割容差在±(0. 1 - o. 2mm) 之內(nèi)。

1.紙制基板的沖切

由于紙制基板比環(huán)氧玻璃基板柔軟，因此它更適合用沖切的方法切割。當使用沖切工具切割紙制基板時，要考慮材料的回彈或彎曲度。因為紙制基板常?；貜?，通常沖切部分要比模具稍微大一點。因此，模具的尺寸選取要依據(jù)容差和基材的厚度，比印制電路板稍微小一些，以補償超過的尺寸。就像人們注意到的，當打孔時，模具大于孔的尺寸，而當沖切時，模具又小于正常尺寸了。

對于外形復(fù)雜的電路板來說，最好選用步進的工具，例如對材料進行逐條切割，隨著模具對它逐條沖切，材料的形狀逐漸改變。這樣，通過最初的一步或兩步將孔穿通，最終完成其他部分的沖切。加熱后再進行沖孔和沖切可改良印制電路板的切割效果，例如將板條加熱至50 -70 'C再沖切。然而，必須小心對待使其不能過熱，因為這樣會使冷卻后的伸縮性降低。另外，對于紙制苯酣材料的熱膨脹應(yīng)該加以注意，因為它在Z 方向和y 方向呈現(xiàn)不同的膨脹性能。

2. 環(huán)氧玻璃基板的沖切

當用剪切或鋸切生產(chǎn)不出環(huán)氧玻璃基板所需的形狀時，可用一種特殊的打孔方式?jīng)_切，雖然這種方式不受歡迎，因此只有當切割邊緣或尺寸要求不太嚴格時才能使用這種方法。因為盡管在功能上可以接受，但是切割邊緣看上去不很整齊。由于環(huán)氧玻璃基板的回彈性能與紙制基板相比要小，所以沖切環(huán)氧玻璃基板的工具在沖模與沖床之間要有緊密的配合。環(huán)氧玻璃基板的沖切要在室溫下進行。

由于環(huán)氧玻璃基板堅硬，沖切困難，所以會使沖床的壽命降低，很快就會被用壞。使用硬質(zhì)合金頂尖的沖床可以收到較好的切割效果。

4 銑削

銑削通常應(yīng)用于要求印制電路板切割整齊、邊緣光滑以及尺寸精度高的場合。普通的銑削速度在1000 - 3000r/min 范圍之內(nèi)，通常使用直線型或螺旋型齒高速鋼銑削機器。然而，對于環(huán)氧玻璃基板，最好使用碳化鴿工具，因為其壽命較長。為了避免分層，銑削時印制電路板的背面必須有堅固的襯板。關(guān)于銑削機、工具和其他操作方面的詳細資料，可參考工廠或商店有關(guān)這些設(shè)備的標準說明。

5 研磨

為了獲得比剪切或鋸切更好的邊緣效果并達到更高的尺寸精度，特別是當印制電路板有不規(guī)則的輪廓線時，可以選擇研磨的方法。采用這種方法，當尺寸公差為± (0.1-0.2mm) 時花費的成本比沖切少。因此在有些情況下，在沖切超出的尺寸，可以在隨后的研磨過程中修整，得到光滑的切割邊緣。

現(xiàn)在所使用的多軸機器使研磨非常迅速，而且工人的投入和總成本都比用沖切時要更少一些。當板子的走線靠近邊緣時，研磨可能是能夠獲得令人滿意的電路板切割質(zhì)量的惟一裁切的方法。

研磨的基本機械操作過程同鏡削類似，但它的切割速度和進刀速度要快得多。板子以研磨夾具的基準沿著垂直的磨削面進行移動。研磨夾具根據(jù)磨削的需要被固定在一個與磨具同中心的軸襯上。印制電路板在研磨夾具的位置由材料的對位孔決定。

主要有三種研磨系統(tǒng)，它們分別是:

1 )針式研磨系統(tǒng);

2) 跟蹤或記錄針研磨系統(tǒng);

3) 數(shù)控( NC) 研磨系統(tǒng)。

1.針式研磨

針式研磨最適合于小批量生產(chǎn)、切割邊緣平滑、精度高的研磨。針式研磨系統(tǒng)有一個嚴格按照印制電路板要求的輪廓制作的鋼制或鋁制的精確模板，該模板同時也提供了板子定位的針腳。通常有三塊或四塊板子疊放在工作臺上突出的定位針腳上。所用刀具和定位針腳的直徑相同，堆疊的板子研磨的方向與刀具的旋轉(zhuǎn)方向相反。通常，由于研磨機容易使板子偏離定位針，因此要經(jīng)過大約兩次或三次循環(huán)研磨，以保證正確的研磨軌跡。

雖然針式研磨系統(tǒng)需要的勞動強度大，要求操作人員技術(shù)高，但是其精度高、裁切邊緣光滑，最適合小批量和不規(guī)則形狀板子的研磨。

2. 跟蹤研磨

跟蹤研磨系統(tǒng)同針式研磨系統(tǒng)一樣使用模板進行裁切。這里，記錄針在模板上跟蹤板子的輪廓線。記錄針可以控制固定工作臺上鉆軸的運動，或者如果固定了鉆軸它可以控制工作臺的運動。后者經(jīng)常用于多鉆軸機器。模板按照裁切板子的輪廓制造，在它的外緣有一個跟蹤輪廓的記錄針。裁切的第一步是由記錄針跟蹤外緣。在第二步中，記錄針跟蹤內(nèi)緣，這可以卸掉研磨機上的大部分負載以便更好地控制裁切尺寸。記錄針研磨系統(tǒng)比針式研磨系統(tǒng)精度要高。采用一般的操作技術(shù)，可使大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品容差達到±0. 0l0in(0. 25mm) 。采用多鉆軸機器可以同時對20 塊板子進行研磨。

3. NC 研磨系統(tǒng)

具有多鉆軸的計算機數(shù)字控制(CNC) 技術(shù)是當今印制電路板制造工業(yè)中研磨的首選方法。當生產(chǎn)產(chǎn)品的產(chǎn)量大，且印制電路板的輪廓復(fù)雜時，一般選擇數(shù)控研磨系統(tǒng)。在這些設(shè)備中，工作臺、鉆軸和切割機的移動都是由計算機控制的，而機器的操作者只負責裝載和卸載。特別是對于大批量的生產(chǎn)制作，復(fù)雜形狀的切割容差非常小。

在數(shù)控研磨系統(tǒng)中，控制鉆軸在軋機z 方向運動的程序(一系列命令)很容易編寫，這些程序能使機器依照一定的路徑進行研磨，研磨速度和進刀速度的命令也寫進程序當中，可以通過改寫軟件程序方便地改變設(shè)計。切割輪廓的信息直接通過程序輸入到計算機中。

碳質(zhì)數(shù)控研磨機的轉(zhuǎn)數(shù)通常能達到12000 - 24000r/min ，這就需要發(fā)動機有足夠的驅(qū)動能力，以確保研磨機的轉(zhuǎn)數(shù)不至于過低。

加工或定位孔通常在電路板的靠外部分。雖然研磨能夠?qū)崿F(xiàn)直角的外部結(jié)構(gòu)，但是內(nèi)部結(jié)構(gòu)在第一步研磨中需要用相等半徑的刀具進行裁切，然后在第二次操作中通過45° 角切割，這樣就可以得到直角的內(nèi)部結(jié)構(gòu)了。

在數(shù)控研磨機中，切割速度和進刀速度參數(shù)主要是由基板類型和厚度決定的。切割速度為24000r/min ，進刀速度為150in/min ，可以有效地應(yīng)用于許多基板，但是對于像聚四氟乙烯的軟材料和其他類似的材料，基板的粘合劑在低溫下會流出，因此需要12000r/min 的低轉(zhuǎn)速和200in/min 的較高進刀速度，以減少熱量的產(chǎn)生。

通常使用的切割機是固態(tài)碳化鎢類型的。由于數(shù)控機器可以精確地控制工作臺的移動，保證切割機器的鉆頭不受震動的影響，因此小直徑的切割機裁切效果也很好。

在數(shù)控研磨中，切割機齒輪的幾何形狀起著重要的作用。由于進刀速度高，應(yīng)選用開放齒輪的切割機，這樣碎屑能夠迅速并容易地排出。通常，鉆石的切割齒輪的壽命達到15000 線性英寸時開始出現(xiàn)磨蝕。如果需要很平滑的切割邊緣，就要使用有凹槽的切割機。為了加速裝載和卸載，機器自身要有一套有效地裝卸和排放碎屑的系統(tǒng)。

可通過不同的方法把板子裝載到機器的工作臺上，同時正確定位以便于研磨。最常用的方法是采用可以來回移動的工作臺，這樣在機器切割的同時就可以完成裝卸了。

4. 激光研磨

現(xiàn)在，激光也被用于研磨，自由的編程和靈活的操作模式使得紫外線激光特別適用于高精度的HOI 切割。所能達到的切割速度與材料有關(guān)，典型范圍為每秒50 -500mm。切割后的邊緣非常整齊不需要任何處理，效果如同常用的機械研磨或是沖孔或是用CO2 激光切割時要求的那樣( Meier 和Schmidt ， 2002) 。