了解一下小尺寸PCB外形加工技术吧

thinkfunny

摘  要

% }5 A' o2 q/ z) @; F. z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。


1、前  言
, l: C$ I! z, C, I% Z5 ?4 c9 G9 D  }
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。
: T# C5 e  ]  I/ J! i6 {( l
1 H9 s6 m9 X% }, \& r; P7 E2 K

( u0 l, i4 C! u/ d! z* N& P! m* U2、现状分析
$ R: a. x5 G& l
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

  j( y1 h. e7 L' b0 H0 d1 @! J0 k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
4 |  E( M3 h0 z. O4 i  q
! p6 V4 U3 S' l2 p: _- d: I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。
) Z* j/ D0 Y2 K/ i$ G
3、实验设计
# _: k( @3 p3 i- E# C
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：

! R% k, }, i# s' S% @

4、实验过程
4 e- L' a1 W& s# a2 |( d# k
4.1方案一——锣机铣外形
  Q7 O( E. t1 S7 M* ^# a
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）。
( n8 k# r0 ~  U5 _0 U


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。
% t; }' r3 t& |! Z( O


4 ^! v. H) j+ H* J4 `1 T4.2方案二——精雕机铣外形
0 [, B* d5 G3 E! R8 ~4 }1 _' u+ e
, C" `7 `' M4 A4 u: i7 M. j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。

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：


7 O5 g2 n4 \8 F8 D0 }
4.3方案三——激光外形效果验证

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。
2 l3 G9 X7 `& y) O( D
3 d7 m$ T+ L+ l3 J; t

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。
4 P9 w) k. ?! W! P# L3 _9 S- O


4.4方案四——冲模效果验证

, t! Q* l2 a- @9 G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。
( P! `: b; [8 g& y
) H& j/ f! Z$ I, F/ r

4.5小结

. D& p) [+ c$ q9 n5 w6 h
7 I. r% C4 [; e' ~
5、结  论
" i- B$ E2 x# n! W
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。

7 M" l! }7 i5 |  O& d+ P7 S9 l, H

) H3 G/ b7 ^9 M7 c( M+ z4 n% i

Neken

谢谢分享