高精度小尺寸PCB外形設(shè)計問題探討

引言

盡管目前PCB技術(shù)的發(fā)展日新月異，很多PCB生產(chǎn)廠商將主要精力投入到HDI板，剛撓結(jié)合板，背板等高難度板件的制作中，但現(xiàn)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(shè)計時無法設(shè)計定位孔，利用外定位方式加工易產(chǎn)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(chǎn)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(yōu)化了外形加工方法，在實際生產(chǎn)過程中取得了事半功倍的效果。

1現(xiàn)狀分析

外形加工方式的選擇關(guān)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。

1.1 銑外形

通常而言，銑外形加工出的板件其外觀質(zhì)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(nèi)鑼圓弧，內(nèi)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(chǎn)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(nèi)鑼槽的PCB外型加工。

1.2 沖模

在加工大批量的小尺寸PCB時，生產(chǎn)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(nèi)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。

2實驗設(shè)計

根據(jù)我司對此類PCB的制作經(jīng)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：

3實驗過程

3.1 方案一----鑼機銑外形

此類小尺寸PCB成品多無內(nèi)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(xiàn)空曠區(qū)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(xiàn)明顯凸點。因四周均已被銑成懸空狀態(tài)，得不到支撐，因此增加了凸點及毛刺的發(fā)生機率。為避免此品質(zhì)異常點，需將鑼帶進行優(yōu)化，分兩次銑板，先銑每單元部分區(qū)域，保證加工后仍有連接位使整體連接外形文件(圖3)。

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(yōu)化后的鑼帶加工可有效避免凸點產(chǎn)生，成品板凸點尺寸<0.1mm，符合品質(zhì)要求(見表2)，外觀如圖4、5所示。

3.2 方案二----精雕機銑外形

因精雕設(shè)備在加工過程中無法暫停，故圖3內(nèi)鑼帶無法適用。按圖2內(nèi)鑼帶生產(chǎn)，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(guān)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(chǎn)生。

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(zhì)要求，需人工處理。外觀如圖6所示：

3.3方案三----激光外形效果驗證

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

實驗結(jié)果：激光外形加工成品板無凸點產(chǎn)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。

3.4 方案四----沖模效果驗證

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

3.5 小結(jié)

4結(jié)論

本文針對外形精度公差為+/-0.1mm的高精度小尺寸PCB鑼板中出現(xiàn)的問題，只要在處理工程資料時做出合理的設(shè)計，并根據(jù)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。