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1、PCB 冲孔质量与疵病对策研究一、冲孔质量与模具设计随着电子装联技术质量的提高以及市场的竞争需要,全自动插装机得到迅速普及。这样对单面pcb 纸基板材冲孔质量 ( 少数单双面非金属化孔环氧- 玻璃布基板也采用冲孔 ) 的要求也就越来越高。就目前生产应用于全自动插装机的pcb 厂家 ,有关冲孔质量引起的投诉及退货率已上升到第一位。这里就单面pcb 的冲孔质量与疵病对策作为基本介绍, 有利与单面 pcb 的冲孔质量的提高。1.1 模具设计 :冲孔直径小到 xxxpc和 fr-2层压板厚度的二分之一、 fr-3厚度的三分之一是有可能做到的。许多模具设计者常常忽视这样一个事实, 模具冲头在退出冲成的孔
2、时所需要的力与冲孔时冲头穿过材料所需冲力的大小是相等的。因此, 对于一付模具把弹簧 ( 弹性胶 ) 卸料板的压力设计成多大的问题,大模具制造者回答是 : “要尽量大 。如模具内的空间不能容纳足够的机械弹簧( 弹性胶 ) 去起作用时 ,则采用液压机构 ( 现在新一代的脱模器都应有这一机构,采购时应引起注意 ) 。弹簧 ( 弹性胶 ) 的放置应保证被冲制的零件弹卸均匀。 如冲制件从模具里顶出时受力不均匀 , 则冲出的孔周围几乎都产生裂纹。 在模具的冲头开始冲孔的一瞬间 ,卸料板要压紧工件才能冲出高质量的孔。 其实要是卸料板的压力能接近被冲材料的抗剪切力 , 那么既省力又可使冲出的孔更为规矩。1 /
3、 13如果小冲头出现严重损坏, 则要确定是由于冲头在冲孔行程中损坏的还是冲头在回程时损坏的。假若定位销子损坏了,则一定是冲头的回程应力造成的。解决的办法是把冲头磨成一个不大于11/2度的很小锥度 , 其长度不大于被冲材料的厚度。磨削时如能保持不超出这个范围,则冲孔的质量或尺寸就不会测量出什么问题。引起冲头损坏的另外两个原因: 一是同心度不好 , 这可以很容易地通过对模具进行严格检查来确定; 另一是设计上的毛病 , 常常是对要冲的孔把冲头设计得太小。1.2 纸基层压板的收缩 :在冲制纸基层压板时 ,必须记住这类材料是有弹性的, 而且这种回弹的趋势会使冲出的孔略小于冲头。 引起的尺寸差别决定于材料
4、的厚度。为使冲成的孔在允许公差范围之内 ,下表列出冲头应超出冲制尺寸的量, 在模具设计时应充分考虑。 ( 表中所列数值不得用于环氧- 玻璃布层压板的设计 ,其收缩率大约是纸基层压板的 1/3) 。基材厚度 ( 英寸 ) 室温时 90 度 f 以上1/64 0.001 0.0021/32 0.002 0.0033/64 0.003 0.0051/16 0.004 0.0073/32 0.006 0.0102 / 131/8 0.10 0.0131.3 凹、凸模间隙 :假若对孔的尺寸公差要求很精密, 那么冲头和凹模之间的间隙则应很小。用于冲制纸基层压材料的凹模孔应比冲头大0.002-0.004英寸
5、。而对玻璃布基层压材料一般则要求上述公差的一半。然而,有些模具冲头与模具之间的间隙可多达 0.010的综合公差 ,用于检验标准允许的对孔质量要求不高的地方。一付间隙要求不严格的模具比一付精冲模便宜, 凸、凹模之间的间隙不严格的模具与要求间隙要求严格的相比,前者损坏较多而剪切力较小。然而 ,用这种模具冲出的孔略呈漏斗状 ( 也称喇叭孔 ) 便于顺利插入元件 ,到现在还有特别要求这种喇叭孔的普通单面板客户。而冲孔时应采用正冲 , 总要将铜皮面朝上。 不得在两面都布置有电路图形的板上冲孔 , 因为这样可能造成焊盘脱落。凹、凸模间隙计算 :e=ct (mm)式中 :c 覆铜板隙系数 ,c=0.02-0
6、.06;t 覆铜板厚度 (mm)1.4 孔距与孔径 :3 / 13如果设计的孔与板边的距离或孔之间的距离接近材料厚度,这往往是很麻烦的事。应该尽可能避开这种设计,但是 , 当孔距离必须小时 , 则应尽可能制造质量好的模具。凸凹模和卸料板之间的间隙要严格, 而且要使卸料板在凸模开始冲入之前就已有足够的力压住代冲板( 现在常用带预压力的液压脱料系统,不过我对多家单面板厂的冲压部调查发现老式模用弹性胶做预压力的厂家无一例外没有得到应有重视 ,有 80% 的模在修模过程中不上或少上预压力弹性胶,应引起冲压部门的足够重视 ) 。如果孔距过小 ,即使是最好的模具 , 孔间也会产生裂纹。如果不允许孔间有裂纹
7、 ,则应重新安排工序 , 把冲孔工序放在覆铜层压板蚀刻之前。铜箔的增强作用有利于消除裂纹。( 大多数环氧 - 玻璃布层压板材是可以冲孔的, 但只适用于非金属化孔的环氧- 玻璃布层压板材 ) 。1.5 纸基层压材料的预热 :如果将纸基层压材料加热到90 度 f, 则其冲孔工艺过程就会顺利得多。这一点 ,甚至对于通常称之为冷冲型板或 pc 级板来说也是如此 , 但不得把板材加热到碎裂的程度 ,那么就会有一些冲屑一类的残留物排不出来。过度加热的材料冲屑常常会把凹模孔堵死而成废品。把排屑孔做成锥度 , 则有利于减少堵塞现象。但有效的解决途径还是在略低的温度下冲孔。 ( 在任何时候对环氧 - 玻璃布层压
8、板材都不得加热冲孔或落料 ) 。1.6 冲裁力的计算 :冲床的吨位取决于冲床每一冲程必须冲制的工作量。覆铜层压板的供应商可以给出用户所采用板材的抗剪强度。通常 , 纸基层压板约为12000磅/ 平方英寸 ,4 / 13而环氧 - 玻璃布层压板材为20000磅/ 平方英寸。冲掉部分的总周长乘以板材厚度就可得出模具冲剪面积。 如果所有尺寸均用英寸表示, 则冲剪面积为平方英寸。冲裁力的计算 :p 冲=1.3st 0 式中 :s 冲裁周长t 板材厚度0板材的抗剪强度1.7 模具安装注意事项 :1) 根据设计冲模所需的冲裁力及冲模大小与闭合高度 , 选取合适的冲床型号。2) 首先应启动冲床 , 认真检查
9、刹车 ,及保护装置应完好 , 离合器以及冲床操作机构的运行是否正常 , 滑块是否有连冲现象。 如发现有不正常现象时 ,应排除故障后再进行冲模安装。3) 检查调整冲床闭合高度与代装模等高 ( 实际上应高于一高度以免装模时碰击 ,代安装完成后再调节冲孔深度 ); 检查模柄直径是否与冲头滑空相符 ,如模柄小 ,需在模柄上加适当的开口套筒。4) 冲模下面的垫块必须平直 , 等高、合理安放。原则上是在不阻塞落料的性况下 ,尽量把垫块向冲模中心靠扰。5 / 135) 压板、压板螺丝、垫铁等必须根据冲模大小、 冲模吨位来选取螺丝必须拧紧 ,防止冲模在工作时滑动造成意外事故。6) 安装压板时 , 螺帽、螺栓头
10、部应与导套下口保持一定距离 ,以免上模下降时碰击而损坏冲床或冲模。二、冲孔疵病与对策2.1. 毛刺产生原因 :凹、凸模间隙过小 , 造成在凸模和凹模两侧产生裂纹而不重合, 断面两端发生两次挤压剪切 .凹、凸模间隙过大 , 当凸模下降时 , 裂纹发生晚 ,像撕裂那样完成剪切 , 造成裂纹不重合。刃口磨损或出现圆角与倒角,刃口未起到楔子的分割作用, 整个断面产生不规则的撕裂 .解决方法 :合理选择凹、凸模的冲裁间隙。这样的冲裁剪切介于挤压和拉伸之间, 当凸模切入材料时 , 刃口部形成楔子 , 使板材产生近于直线形的重合裂纹。及时对凹、凸模刃口所产生的圆角或倒角进行整修。6 / 13确保凹、凸模的垂
11、直同心度,使配合间隙均匀。确保模具安装垂直平稳。2.2.铜箔面孔口周围凸起产生原因 :凹、凸模冲裁间隙过小 ,且凸模刃口变钝。当凸模入被预热而软化的印制板时 ,板材就在凸模周围产生向外, 向上的挤压移动。凸模刃口端有锥度。当凸模不断进入板材后,孔口周围凸起的现象就会随着凸模锥度的增加而增加。解决方法 :被冲裁应超过原设计厚度的百分之二十; 否则更换板材或重新设计冲模。冲裁应有足够的压料力 ,用以克服冲孔时材料移动的反挤力;2.3.孔口铜泊向上翻起产生原因 :由于反冲 , 使铜箔拉入凹、凸模的冲裁间隙中。铜箔与基材的结合力差 ,当凸模从被从被冲的印制板孔中拔出时, 铜箔随凸模向上提拉。7 / 1
12、3凸模刃口端有倒锥 , 鼓胀变形 , 当凸模从被冲印制板的孔中拔出时, 铜箔随凸模向上提拉解决方法 :采用正冲。更换凸模。凸模与卸料板的配合间隙不能大, 应采用滑配合。2.4.基板面孔口周围分层泛白产生原因 :凹、凸模冲裁间隙不适当或凹模式刃口变钝。冲孔时 , 被冲板材难以在凹模式刃口处形成剪切裂口。基板冲裁性能差或没有在冲裁前预热。压料力小。凹模刃口下部漏料孔堵塞或漏料阻力大, 产生膨胀分层。解决方法 :合理扩大凹 ,凸模冲裁间隙 ;及时修复变钝的凹模刃口;8 / 13增加压料力 ;调整基板预热温度 ;扩大或铰光漏料孔2.5.孔壁倾斜和偏位 :产生原因凸模刚性较差 ,定心不稳 , 倾斜冲入工
13、件。凸模安装倾斜或与卸料板的配合间隙太大,卸料板对凸模起不到精密导向作用 ;凹、凸模的配合间隙不均匀。间隙小的一边, 凸模径向受力大 , 向间隙大的一边滑移 ; 4).凹、凸模式装配同心度差; 推料板与凹、凸模外形偏位; 推料板与凹模配合精度太差 ( 指复合冲裁时 ) 。解决方法 :合理选择凸模的材料 ; 提高凸模刚性、强度、硬度和不直度。提高凸模与凹模的加工同心度和装配同心度。提高凸模与卸料板的配合精度,确保精密导向。确保导柱、导套的加工精度和装配精度; 减少推料板外形与凹模的配合间隙,并使推料板的外形和凹凸外形一致。9 / 132.6.断面粗糙产生原因凹、凸模冲裁间隙太大 ; 凹模刃口磨损
14、严重。冲床的冲裁力不足 , 且不平稳。3).板材冲裁性能差。例如 , 基材含胶量过高、基材、老化、层压结合力低等。解决方法选择适当的凹、凸模冲裁间隙。及时修整凹模刃口。选用冲裁性能较好的基材并严格按工艺要求控制预热温度和时间;2.7.孔之孔与间裂纹产生原因孔壁太薄 , 冲孔时的径向挤压力超过印制板基材的孔壁强度。相邻很近的两孔不是同时冲出,后冲的孔当凸模进入板材时, 由于孔壁太薄而被挤裂解决方法印制板上的孔距设计要合理,孔壁不应小于基板厚度。10 / 13相邻较近的孔应便用一副模具同时冲出。3).把相邻很近的两个凸模,做成相差 0.5mm的不同长度 , 使小面积范围内较集中的冲裁力瞬时分散。2
15、.8.外形鼓胀产生原因模具设计不合理。对外形尺寸较大的印制板,如采用凹模内无推料板的下落料时 ,被冲印制板在自重的情况下, 总是向凹模式孔内弯曲。加之,凸模下冲时 , 气流对工件有一股冲击波 , 使工件中心更为下曲 , 而靠近凹模刃口处向下弯曲量很小 ,造成外形鼓胀。外形落料的凹模变形 ,出现长边处产生鼓胀。解决方法印制板的外形尺寸大于200mm时, 宜采用上落料结构的模具冲外形。如采用下落料的模具结构时 , 则一定要在凹模内装一块具有弹性托料力的推料板, 使印制板不变形。增加凹模的壁厚 , 或选用具有足够的抗弯、抗张强度的材料造模具。尽量减少凹模的热处理变形。对几何形状复杂的凹模, 可采用选
16、热处理淬硬 ,后用线切割加工的办法来克服变形。2.9.废料上跳 :11 / 13( 有时部份废料在冲孔时不是向下掉, 而是向上跳 ; 有的进入工件孔内 , 还需人工清除 ; 有的跳在下模上面 ,影响冲裁工作正常进行 ) 。产生原因铜箔与基材的粘合力差 ,冲孔时废料上的铜箔容易脱落, 随着凸模退出凹模时 ,进入被冲孔内。凹模间隙过大 ,且漏料不畅通 , 当凸模退出凹模卸料时 ,废料随之上跳。3).凹模孔有倒锥 , 冲孔废料难以下落 , 反而随着凸模退出凹模时向上跳。解决方法加强对基板材料的进厂检验。减小凹、凸模的间隙 ,扩大漏料孔。及时修整凹模孔的倒锥。2.10.废料堵塞产生原因凹模刃口太高、废
17、料积存太多。凹模漏料孔太小或刃口部有倒锥以及孔壁太粗糙。下垫板和下模座上的漏料孔与凹模孔的同心度差, 孔的对接有如阶。12 / 13漏料孔太大 ,废料易在孔内作不规则堆集; 相邻两漏料孔成内切时也易堵塞。下垫板上无导料孔 , 当废料从凹模孔内落下时, 不能顺利的进入下面的漏料孔解决方法降低凹模刃口 ,在 0.2mm之间可减少废料积存的个数。当凹模孔 0.2mm ,漏料孔最好做成圆锥孔 , 当凹模孔大于 0.2mm时,漏料孔可做成直孔 ,凹模刃口高度部分不能有倒锥。调整凹模、下垫板以及下模座上的漏料孔的垂同心度, 并将各部件上的漏料孔扩大。相邻两漏料孔内切时 ,为了不堵塞漏料应做成腰圆孔, 或做成一个大孔。凹模支承杆和下模座的去撑筋要有足够的斜度或漏料通道,使废料顺利地漏下 ,不致堆积和堵塞。13 / 13