PCB印制電路板機(jī)械切割的方法介紹

　　1 剪切

剪切是印制電路板機(jī)械操作的一步，通過剪切可以給出大致的形狀和輪廓?；镜那懈罘椒ㄟm用于各種各樣的基板，通常厚度不超過2mm 。當(dāng)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(jī)械操作，不論哪種方法在操作上有共同的特點。剪切機(jī)通常有一組可調(diào)節(jié)的剪切刀片，如圖10-1 所示。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(dá)到1000mm ，兩個刀片之間的縱向角度通常好選在1°- 1. 5 °之間，使用環(huán)氧玻璃基材大能夠達(dá)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(jìn)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(qiáng)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)該使其減到小，使用角標(biāo)可提高精度。

剪切機(jī)能夠處理各種尺寸，能夠提供精確的重復(fù)尺寸。大型機(jī)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(jī)。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(yùn)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(jī)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(dāng)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(hù)裝置覆蓋著;

3) 應(yīng)該準(zhǔn)確放置安裝軸和發(fā)動機(jī);

4) 在鋸齒片和支架之間的縫隙應(yīng)該小，這樣可以使板子具有很好的支撐，以便于進(jìn)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，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(dāng)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(dāng)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(jì)的方法?；镜臎_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(jī)。有時，甚至打孔和沖切可同時進(jìn)行。然而，當(dāng)要求上好的邊緣效果或小的容差時，沖切達(dá)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(dāng)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?；貜棧ǔ_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(bǔ)償超過的尺寸。就像人們注意到的，當(dāng)打孔時，模具大于孔的尺寸，而當(dāng)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，好選用步進(jìn)的工具，例如對材料進(jìn)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，通過初的一步或兩步將孔穿通，終完成其他部分的沖切。加熱后再進(jìn)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(dāng)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(dāng)切割邊緣或尺寸要求不太嚴(yán)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(jìn)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(jī)器。然而，對于環(huán)氧玻璃基板，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(jī)、工具和其他操作方面的詳細(xì)資料，可參考工廠或商店有關(guān)這些設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)說明。

5 研磨

為了獲得比剪切或鋸切更好的邊緣效果并達(dá)到更高的尺寸精度，特別是當(dāng)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(dāng)尺寸公差為± (0.1-0.2mm) 時花費(fèi)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(jī)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(dāng)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(jī)械操作過程同鏡削類似，但它的切割速度和進(jìn)刀速度要快得多。板子以研磨夾具的基準(zhǔn)沿著垂直的磨削面進(jìn)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(yán)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(jī)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(qiáng)度大，要求操作人員技術(shù)高，但是其精度高、裁切邊緣光滑，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(jìn)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(yùn)動，或者如果固定了鉆軸它可以控制工作臺的運(yùn)動。后者經(jīng)常用于多鉆軸機(jī)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。裁切的一步是由記錄針跟蹤外緣。在二步中，記錄針跟蹤內(nèi)緣，這可以卸掉研磨機(jī)上的大部分負(fù)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(dá)到±0. 0l0in(0. 25mm) 。采用多鉆軸機(jī)器可以同時對20 塊板子進(jìn)行研磨。

3. NC 研磨系統(tǒng)

具有多鉆軸的計算機(jī)數(shù)字控制(CNC) 技術(shù)是當(dāng)今印制電路板制造工業(yè)中研磨的首選方法。當(dāng)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(jī)的移動都是由計算機(jī)控制的，而機(jī)器的操作者只負(fù)責(zé)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(jī)z 方向運(yùn)動的程序(一系列命令)很容易編寫，這些程序能使機(jī)器依照一定的路徑進(jìn)行研磨，研磨速度和進(jìn)刀速度的命令也寫進(jìn)程序當(dāng)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(jī)中。

碳質(zhì)數(shù)控研磨機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)通常能達(dá)到12000 - 24000r/min ，這就需要發(fā)動機(jī)有足夠的驅(qū)動能力，以確保研磨機(jī)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)在一步研磨中需要用相等半徑的刀具進(jìn)行裁切，然后在二次操作中通過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(jī)中，切割速度和進(jìn)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(jìn)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(jìn)刀速度，以減少熱量的產(chǎn)生。

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

在數(shù)控研磨中，切割機(jī)齒輪的幾何形狀起著重要的作用。由于進(jìn)刀速度高，應(yīng)選用開放齒輪的切割機(jī)，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(dá)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(jī)。為了加速裝載和卸載，機(jī)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(jī)器的工作臺上，同時正確定位以便于研磨。常用的方法是采用可以來回移動的工作臺，這樣在機(jī)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(dá)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(jī)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) 。