Механическая обработка плат

В производстве ПП до 60 % трудозатрат приходится на механическую обработку, которая включает:

· получение заготовок путем резки листового материала и раскроя листа либо штамповкой;

· формирование контура платы фрезерованием;

· выполнение отверстий в плате сверлением либо штамповкой.

В серийном и мелкосерийном производстве для резки листового материала применяют гильотинные ножницы, которые состоят из подвижного и неподвижного ножей, изготовленных из инструментальной стали У8А, прижима разрезаемых материалов и упора, регулирующего ширину заготовок. Геометрические параметры режущей части подвижного ножа: передний угол 0—5°, задний 10—15°, для неподвижного ножа задний и передний углы равны 0°. Параллельные ножи устанавливаются с минимальным зазором 0,02—0,03 мм по всей длине (рис. 5.13, а). Недостатки оборудования — низкая производительность, возможность образования сколов на краях заготовок.

В серийном и крупносерийном производстве материал разрезают с помощью одно- и многоножевых роликовых ножниц, в которых ножи изготовлены из металлокерамического твердого сплава ВК8М. Ножи устанавливают с зазором 0,01—0,03 мм и вращают навстречу друг другу со скоростью 2—10 м/мин (рис. 5.13, б). Для получения заданной ширины заготовки ножницы снабжены регулируемыми упорами. Образующуюся пыль отсасывают с помощью промышленных пылесосов. Кинематическая скорость резания достигает 24 м/мин, максимальная ширина разрезаемого материала 1300 мм, потребляемая мощность 3 кВт.

рис. 5.13. Схема резания гильотинными (а) и роликовыми (б) ножницами

Размеры заготовок из слоистых пластиков определяют по формулам:

, ,

где А _з, В _з — длина и ширина заготовки; А _п, В _п — длина и ширина платы по рабочему чертежу; Н — ширина технического поля.

Платы малых габаритных размеров изготавливают из групповой заготовки, площадь которой

,

где n — количество плат; А _{п i} , В _{п i} — длина и ширина i -й платы.

Ширина технологического поля для ОПП и ДПП не должна превышать 10 мм, для МПП — 30 мм.

В крупносерийном и массовом производстве раскрой стандартных листов фольгированного диэлектрика (обычно 500´700 мм) выполняют штамповкой в специальных штампах на эксцентриковых прессах с одновременной пробивкой базовых отверстий на технологическом поле. Вырубные детали оснастки (матрицу и пуансон) изготавливают из металлокерамических твердых сплавов типа ВК-15 и ВК-20.

Исполнительные размеры матрицы D _м и пуасона D _п определяют по уравнениям:

, ,

где D _м, D _п — диаметры матрицы и пуансона соответственно; D _н — номинальный диаметр пробиваемого отверстия; d₁ — допуск на размер отверстия; D₁ — зазор между матрицей и пуансоном; при d до 1,5 мм D₁ = 0,02—0,05 мм, при d до 3,0 мм D₁ = 0,06—0,09 мм; d_м, d_п — допуски на изготовление режущей части матрицы и пуансона, которые соответствуют 10-му квалитету точности.

Обработка плат по контуру (снятие технологического припуска) осуществляется фрезерованием на специализированных фрезерных станках, работающих по контуру, или на многошпиндельных станках с программным управлением. Такой способ отличается высокой производительностью, допускает обработку плат в пакете по 6—10 шт., дает хорошее качество кромок и точность размеров в пределах ±0,025 мм. В качестве инструмента используются алмазные дисковые фрезы или твердосплавные фрезы диаметром 3—8 мм.

Фрезерные станки с программным управлением имеют 2—5 шпинделей, вращающихся со скоростью до 60 000 об/мин, устройство для автоматической смены фрез, защитные скафандры для ограждения оператора от пыли и стружки (табл. 5.6).

Таблица 5.6. Технические характеристики фрезерных станков

Параметры	Модель 6720П (СССР)	Модель 7Б (Poul Dasier, США)
Производительность, плат/ч
Размеры поля фрезерования, мм	500´300	362´620
Скорость резания, м/мин	200—600	500—1000
Подача, мм на зуб фрезы	0,05—0,16	0,05—0,08

Для получения монтажных отверстий в ПП применяют пробивку на специальных штампах и сверление.

Пробивку используют в тех случаях, если отверстия в дальнейшем не подвергаются металлизации. Для улучшения качества отверстий применяют прижим заготовки с помощью прокладки из картона, которая предохраняет пуансоны от налипания на них стружки. Уменьшению усилия пробивки и повышению чистоты среза способствует предварительный подогрев заготовок до 80—100 С со скоростью подогрева 5—8 С/мин.

Недостатки: возможны разрывы фольги, затягивание проводников внутренних слоев МПП в отверстия, расплющивание торцов контактных площадок.

Сверление отверстий обеспечивает необходимое качество операции и ее высокую точность. Сверление в платах из гетинакса и текстолита обычно производят сверлами из быстрорежущей стали Р18. Для стеклотекстолита вследствие его высокого абразивного воздействия и низкой теплопроводности стойкость сверл из стали Р18 оказывается низкой, поэтому применяют сверла из твердых сплавов ВК6М.

К сверлам для обработки отверстий ПП предъявляют следующие требования:

· диаметр сверл должен быть на 0,1—0,15 мм больше диаметра металлизированного отверстия для компенсации некоторой упругости диэлектрика и толщины металлизации в отверстии;

· рабочая часть сверл должна иметь обратную конусность в пределах 0,02—0,03 мм для уменьшения трения в процессе обработки;

· радиальное биение рабочей части относительно хвостовика не должно превышать 0,02 мм;

· несимметричность режущих кромок относительно оси сверла должно составлять не более 0,02 мм, а осевое биение кромок, проверяемое на их середине, — не более 0,01—0,02 мм;

· поверхности стенок и спиральных канавок должны быть полированными для предотвращения налипания смолы в процессе сверления;

· оптимальный угол при вершине сверл должен составлять 122—130°, угол спинки зуба — 30—35, уголкрутизны спирали — 25—30°;

· оптимальная скорость резания твердосплавными сверлами составляет 25—50 м/мин;

· стойкость сверла — 2000 — 4000 отверстий, после чего оно перетачивается и очищается от налипших связующих веществ материала платы; твердосплавные сверла допускают 5—6 переточек.

Диаметр сверла рассчитывается по уравнению

,

где D _о — диаметр отверстия; D₁ — предельно допустимое отклонение диаметра отверстия, (±0,05 мм); D₂ — допустимое уменьшение диаметра после охлаждения заготовки (5 % от толщины платы), мм.

В качестве оборудования для сверления отверстий в ПП применяются многошпиндельные станки с программным управлением, имеющие автоматизированный привод по двум координатам. К таким станкам предъявляются следующие требования: жесткость конструкции; точность и высокая скорость позиционирования; максимальное число оборотов шпинделя; высокие скорости хода шпинделя.

Применение в сверлильных станках вместо традиционных чугунных станин гранитных обеспечивает вибропоглощение, снижает температурные деформации. Оптимальное число оборотов шпинделя лежит в диапозоне 45 000—120 000 об/мин. Скорость обратного хода достигает 25 м/мин. В станках современного типа применяют автоматическую смену сверл по программе, управление от мини-ЭВМ или микропроцессора (табл. 5.7).

Основные проблемы при сверлении отверстий в платах — повышение долговечности сверл, борьба с наволакиванием размягченной смолы на сверла и на медные кромки отверстий, препятствующим последующей металлизации отверстий. Для борьбы с этим явлением предложены: применение охлаждающих сред (воды, водяного тумана, сжатого воздуха) в зоне сверления; сверление под водой (технически трудно осуществимо); гидроабразивная очистка поверхности отверстий после сверления.

Гидроабразивная обработка с использованием шлифовальных микропорошков используется при подготовке поверхности платы к проведению технологического процесса (для зачистки поверхности фольгированного диэлектрика). Механизированную механическую подготовку проводят также крацеванием вращающимися капроновыми или нейлоновыми щетками, на которые подаются струи абразивной суспензии. Заготовка при этом перемещается с помощью конвейера со скоростью 0,5 — 1,0 м/мин. Обрабатываются заготовки с минимальными размерами 100´100 мм и максимальными 500´500 мм. Расход воздуха при полной нагрузке 13 м³/мин, потребляемая мощность 1,6 кВт.

Таблица5.7 - Технические характеристики сверлильных станков с программным управлением

Параметр	СФ-4 (СССР)	Alpha-Z (США)	ABL-2м (Schmoll, Германия)	AFIG (Micromat, Швейцария)
Число шпинделей			2—6	1—2
Поле сверления, мм	500´300	630´630	500´500	470´610
Частота вращения шпинделя, 10^3 об/мин
Максимальное число двойных ходов в минуту
Точность позиционирования, мм	±0,01	±0,005	±0,005	±0,01

Установка гидроабразивной зачистки поверхности фольгированного диэлектрика от оксидной пленки и отверстий от заусенцев, наволакиваемой смолы и стружки типа АРСМ 3.190.000 облегчает последующую операцию подтравливания диэлектрика, позволяет исключить ручной труд. Абразивный материал — микропорошок М40 — подается с помощью 21 форсунки под давлением сжатого воздуха. Для повышения равномерности форсунки покачиваются на угол 20—40° с числом качаний 35 — 60 в минуту.

Для формирования переходных отверстий, вырезки пазов, разделения керамических коммутационных плат используется автоматизированная лазерная установка СТ-403 НПО "Спектр" (Беларусь), имеющая рабочее поле координатного стола 150´150 мм, погрешность позиционирования ±10 мкм. Размеры отверстий составляют 130±20 мкм, производительность 600 тыс. отверстий в час. Длина волны лазерного излучения 1,06 мкм, длительность импульса 200—1000 мкс, максимальная энергия 10 Дж.

Дата добавления: 2014-01-07