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一块PCB板子的诞生

2015-2-5 17:39:17 4589

0 `[size=12.8000001907349px] PCB成型製程在電子構裝中所扮演的角色 [size=12.8000001907349px] 下圖是電腦主機的內部組成我們將以插在主機板上的一片 USB擴充卡來說明PCB成型製程在電子構裝中所扮演的角色 [size=12.8000001907349px]PCB成型製程的子製程 USB擴充卡要插入主機板上的插槽進行電子訊號的聯結。為了降低板子插入時的阻力，會在板子的邊緣做出一斜面(如圖所示)，要做出這個斜邊，就要靠斜邊製程。斜邊製程 [size=12.8000001907349px] 要在板邊做出斜邊，主要是以端銑刀對板子邊緣進行旋轉切削。 [size=12.8000001907349px]斜邊製程品質異常範例斜邊深度大時，會使用二支Spindle作兩段式作業，但二支Spindle的角度如果有差異，及第一段切削過深，使得第二段僅能切削金手指部分，加上銑刀位置設定過低，及銅的延展性，讓第二段切削無法有效切斷切屑，而形成銅Burr(見下圖)，金手指銅Burr在斜邊製程是一個重大異常，因會造成短路。 [size=12.8000001907349px]斜邊製程品質異常範例(續) 防止措施：一、兩段式作業時，第一段切削的深度設定值僅可為規格值的1/2~3/5。二、銑刀切削位置的設定為銑刀中心需在板子上的斜邊區域的中心，見下圖所示。 [size=12.8000001907349px] [size=12.8000001907349px]PCB全製程簡介下圖為USB擴充卡的尺寸。在PCB製程，因生產效率及成本的考量，不可能全製程都以115mm X 82mm的尺寸來生產，一定會將其複製組合成大尺寸板子，再行生產，此大尺寸板子就是我們所謂的Working Panel [size=12.8000001907349px]PCB全製程簡介(單或雙面板) [size=12.8000001907349px]Routing 製程使用銑刀以旋轉切削的方式，將Working Panel 中不需要的板材削除，並做出客戶所需的外型(Shipping Panel)。銑刀要精準的延著SPNL的外型移動並銑切，就必須使用電腦數值控制(CNC)的工具機，就是我們所謂的CNC成型機。 [size=12.8000001907349px] [size=12.8000001907349px] [size=12.8000001907349px]Routing 程式的製作基本概念何謂程式製作： CNC Rout的加工是利用程式來控制刀具的切削位移，因此使用CNC工具機來加工時，首先須把刀具的移動路徑和其他加工條件轉換為程式，所製作的程式即為加工程式。程式的設計方法：可分為 1、手工程式設計(manual programming) 2、自動程式設計(automatical programming) 程式設計流程如下： [size=12.8000001907349px]Rout 指令的基本概念 Routing 指令的基本概念為：指定一個起始點座標及終點座標，並決定在起始點與終點間，要走直線或圓弧。走圓弧時，還要再指定此弧的有效的半徑值。 PCB的外型從簡單的矩形到奇形怪狀，其輪廓都是由兩種元素所組成。此兩種元素就是：線段及圓弧 [size=12.8000001907349px]本廠製造工具課Routing程式的設計方法 [size=12.8000001907349px] CNC Rout 程式的產生—(Gerber轉檔) 製造工具課CAM做料號人員將客戶的Gerber，分離出成型框及選定的Pin孔後，另存為 CKY00901S99_P.274(DXF格式) [size=12.8000001907349px] CNC Rout 程式的產生—(程式製作) 1、CAM Rout程式製作人員將，CKY00901S99_P.274 讀進 AutoCAD軟體，並轉成CKY00901.dwg 格式，存在第0層(Layer 0)。 CNC Rout 程式的產生—(AutoCAD繪圖) [size=12.8000001907349px] 2、以不同的圖層定義不同刀徑的銑刀，選擇合適的刀徑，另開圖層(例Layer 2) 套在 Layer 0上，針對第一個排版的外型框，以AutoCAD的繪圖指令，畫出成型框。 [size=12.8000001907349px] [size=12.8000001907349px] [size=12.8000001907349px]銑刀切削板材時的特性銑刀在切削板材時的最大特性就是會偏折，在多疊片加工時，每一片板子的尺寸都會有差異。所以要給銑刀在進行切削時一個適當的補償值，好讓板子的尺寸皆能在規格內。 [size=12.8000001907349px]銑刀切削板材時基本注意事項 [size=12.8000001907349px]V-Cut製程前面提到，客戶為了上零件的效率，會以多連片的方式進行零件的組裝，但當完成零件的組裝後，要如何將多連片的板子分開成最後的成品板呢？那就是在要分開的位置做兩面各做一道V槽(見下圖所示) V-Cut製程介紹要在板面做出V槽，主要是以20齒圓盤銑刀對板子表面進行旋轉切削。上下刀同時對板子進行V-Cut作業 [size=12.8000001907349px]模沖製程將Working Panel 變成Shipping Panel，除了Routing方式外，還有以模具，利用沖剪原理，直接將板子沖剪成客戶要的外型。沖剪製程的基本原理 1、材料置於沖頭與模塊之間(見下圖)，由沖頭的壓力迫使材料壓入模孔內，材料受到壓縮與拉伸作用，而產生壓縮與拉伸應力，如下圖。 2、沖頭繼續下降，沖頭及模孔刀口部附近之材料表面應力已經超過破壞強度以上，材料表面之纖維開始被剪斷，見下圖 [size=12.8000001907349px] 3、雖然說沖剪完成，如果沖頭不繼續下降，材料仍然會卡在一起，所以實際上沖頭還要繼續下降，才能順利、有效率地將材料完全離。 [size=12.8000001907349px] 模具圖示 [size=12.8000001907349px] [size=12.8000001907349px]結語在PCB成型製程中，除了模沖製程外，其他的製程可說是切削刀具學的應用，切削刀具最重要的控制因素即為切削速度及進刀。切削速度為刀具的圓周速度；而進刀是刀具每分鐘所前進的距離。刀具的圓周速度及進刀，如不適當時，將會導致刀具的急速磨耗及不良的切削品質，因此，給予刀具最佳的圓周速度及進刀，是工程師的主要研究課題。 [size=12.8000001907349px]何謂CNC？ CNC為Computer Numerical Control 的縮寫。數值控制(NC)的定義：數值控制(Numerical Control，簡稱NC)，凡是利用字母(letter)、數字 (Number)及符號(Symbol)等數值資料(Numerical data)，編寫成一連串的加工指令，來控制機器之運轉與加工，這種有別於傳統完全用手工操作的控制方式稱為數值控制（簡稱數控），理所當然，這一連串的加工指令就可稱為加工程式或數控程(NC Program)。電腦數值控制(CNC)就是將NC的各種機能用一微處理機來控制。 [size=12.8000001907349px] CNC成型機的構成 [size=12.8000001907349px] [size=12.8000001907349px]成型機的驅動系統及量測系統簡介 [size=12.8000001907349px]CNC 成型機的驅動系統驅動系統即進給機構，它包含進給伺服馬達，滾珠螺桿、直線導引機構等三大部份本圖所示的為Y軸方向的驅動系統 [size=12.8000001907349px] [size=12.8000001907349px]CNC 成型機的驅動系統(1) 1.進給伺服馬達數值控制用的進給伺服馬達，異於一般的馬達，它具有獨特的轉矩與優異的加減速特性，以便於控制工作台的各種定位及切削運動。 2、滾珠導螺桿切削中心機工作台的定位，是利用滾珠導螺桿(ball screw)將進給伺服馬達的旋轉運動轉換成直線運動。 3、直線導引機構 [size=12.8000001907349px] 採用滾柱或滾珠的直線運動(linear motion)承座，由於運動方式由滑動改變成滾動，因此大幅降低了摩擦係數。 CNC 成型機的量測系統(1) [size=12.8000001907349px] CNC成型機位移精度的達成，除藉助於精確的進給伺服馬達與零間隙的滾珠導螺桿外，有賴於位置檢出器的使用，本機是採用移動式光電檢出器。 1、移動式光電檢出器信號的產生是在長方形的玻璃板上，利用光干涉原理，產生暗明變化而輸出不同的波形，以完成位置檢測。移動式光電檢出器由滑件與量尺構成，一方安裝於固定部，一方安裝於移動部，因此不管螺距發生誤差或有間隙發生，均能精確的檢測出位移量。 [size=12.8000001907349px] 光學尺原理精密線性量測元件，光學尺內部有一長條型之玻璃，玻璃上蝕刻微細等間距之光柵。在光學尺上方有一讀取頭，內部隱藏有光學發送穿透光柵與接收之元件。經由移動讀取頭位置，其光學元件就不斷產生對應之弦波，弦波經電路比較分割後，可以得到對稱之方波輸出。光學尺一般會有三組輸出分別為A相、B相與 C相。 AB兩相物理位置為相差半個間隔之光柵組，故其訊號輸出為相差 90度之相位角。此兩相訊號經電子電路(輸入至控制卡以交割模式接收)做四倍分割後，可以得到光學尺之最高精度，一般可以準確到 1μ ( 10 的負6次方米)以下之精度。至於 C相，或稱為Z相，係為標記點。一個光學尺可有 1至多個不等間距之標記點，做為歸零之原點使用。若為頭尾兩個標記點，亦可兼作為極限之保護點。 [size=12.8000001907349px]CNC 成型機的量測系統(2) 2、位置檢出器與迴路系統的關係是採用閉環迴路系統(Close loop system) 此系統是伺服馬達接受到位移指令脈衝後，立即驅動工作台位移，而位移動作後，經由位置檢出器之檢測與回饋(feed back)，系統能得知位移動作結果與指令指之關係，若兩者間有誤差產生時，經由一放大器繼續驅動伺服馬達運轉，直到實際位移與指令值相符合為止，如下圖所示。 [size=12.8000001907349px]成型機深度控制機構說明在進行深度控制加工時，深度的定義是由工件的表面為Z軸零點，依程式中所給定的深度值，往下計算。 [size=12.8000001907349px]成型機深度控制機構說明有深度控制的成型機，主要是在Spindle的鞍座旁裝置一個Z軸光學尺，此光學尺是要偵測壓力腳與鞍座的相對運動，而達到深度控制的目的。 [size=12.8000001907349px]成型機深度控制機構說明在進行深度控制加工時，當壓力腳墊接觸至工件的表面的瞬間，Z軸光學尺開始計算(銑刀刀尖至壓力腳墊的距離，加上程式中所給定的深度值)，來控制Spindle下降的距離。成型機的測刀裝置不適合直接做深度控制加工的原因 [size=12.8000001907349px]因成型機的測刀裝置的偵測PASS範圍為 ± 2mil，而銑刀上環深度，每支也都會有誤差，故不適合直接做深度控制加工。 ` 1
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