PCB制程15

十五成型(OutlineContour)15.1製程目的為了讓板子符合客戶所要求的規格尺寸，必須將外圍沒有用的邊框去除之。若此板子是Panel出貨（連片），往往須再進行一道程序，也就是所謂的V-cut，讓客戶在Assembly前或後，可輕易的將Panel折斷成Pieces。又若PCB是有金手指之規定，為使容易插入，connector的槽溝，因此須有切斜邊（Beveling）的步驟。15.2製造流程外型成型(PunchingorRouting)→V-cutaBeveling(倒角)→清洗15.2.1外型成型外型成型的方式從PCB演變大致有以下幾個方式：15.2.1.1Template模板最早期以手焊零件，板子的尺寸只要在客戶組裝之產品可容納得下的範圍即可，對尺寸的容差要求較不嚴苛，甚至板內孔至成型邊尺寸亦不在意，因此很多用裁剪的方式，單片出貨。再往後演變，尺寸要求較嚴苛，則打樣時，將板子套在事先按客戶要求尺寸做好的模板(Template)上，再以手動銑床，沿Template外型旋切而得。若是大量，則須委外製作模具(Die)以沖床沖型之。這些都是早期單面或簡單雙面板通常使用的成型方式。15.2.1.2沖型沖型的方式對於大量生產，較不CARE板邊粗糙度以及板屑造成的影響時，可考慮使用沖型，生產成本較routing為低，流桯如下:模具設計→模具發包製作→試沖→FirstArticle量測尺寸→量產。a.模具製作前的設計非常重要，它要考慮的因素很多，例舉如下：(1)PCB的板材為何，(例如FR4，CEM，FRI)等(2)是否有沖孔(3)Guidehole(Alignedhole)的選擇(4)AlignedPin的直徑選擇(5)沖床噸數的選擇(6)沖床種類的選擇(7)尺寸容差的要求b.模具材質以及耐用程度目前國內製作模具的廠商水準不錯，但是材料的選用及熱處理加工，以及可沖次數，尺寸容差等，和日本比較，尚遜一籌，當然價格上的差異，亦是相當的大。15.2.1.3切外型因為板子層次技術的提昇，以及裝配方法的改變，再加上模具沖型的一些限制,例如模具的高價以及修改的彈性不佳，且精密度較差，因此CNCRouting的應用愈來愈普遍。A.除了切外型外，它也有幾個應用：a.板內的挖空(Blank)b.開槽slotsc.板邊須部份電鍍。B.作業流程：CNCRouting程式製作→試切→尺寸檢查(FirstArticle)→生產→清潔水洗→吹乾→烘乾a.程式製作目前很多CAD/CAM軟體並沒Support直接產生CNCRouting程式的功能，所以大部份仍須按DRAWING上的尺寸圖直接寫程式。注意事項如下：(1)銑刀直徑大小的選擇，須研究清楚尺寸圖的規格，包括SLOT的寬度，圓弧直徑的要求(尤其在轉角)，另外須考慮板厚及STACK的厚度。一般標準是使用1/8in直徑的RoutingBits。(2)程式路徑是以銑刀中心點為準，因此須將銑刀半徑offset考慮進去.(3).考慮多片排版出貨，客戶折斷容易，在程式設計時，有如下不同的處理方式，見圖15.1(4).若有板邊部份須電鍍的規格，則在PTH前就先行做出Slot，見圖15.2(5)RoutingBit在作業時，會有偏斜(deflect)產生，因此這個補償值也應算入圖15.1圖15.2b.銑刀的動作原理一般銑刀的轉速設定在6,000~36,000轉/分鐘。由上向下看其動作，應該是順時鐘轉的動作，除在板子側面產生切削的作用外，還出現一種將板子向下壓迫的力量。若設計成反時針的轉向，則會發生向上拉起的力量，將不利於切外形的整個製程。1銑刀的構造圖15.3是銑刀的橫切面以及各重點構造的介紹.ReliefAngle浮離角：減少與基材的摩擦而減少發熱.RakeAngle(摳角):讓chip(廢屑)切斷摳起，其角度愈大時，使用的力量較小，反之則較大。ToothAngle(WedgeAngle)楔尖角：這是routingbit齒的楔形形狀，其設計上要考慮銳利及堅固耐用。圖15.32.偏斜(deflect)在切外型的過程中，會有偏斜的情形，若是偏斜過多將影響精準程度，因此必須減少偏斜值。在程式完成初次試切時，必須量出偏斜的大小，再做補償,待合乎尺寸規格後，再大量生產.影響偏斜的因素大致有如下幾個：－板子厚度－板材質－切的方向－轉速根據這些因素，下面探討如何減少偏斜，以降低其造成的偏差。－銑刀必須標準化，如直徑、齒型等－針對不同板材選擇適用的銑刀－根據不同的材質，找出不同的轉速及切速，如FR4材質可以24,000轉/分鐘；至於切速一般而言速度愈快，偏斜值愈大；反之愈小。－若有必要，可設定兩次同樣的路徑，將因偏斜而較大尺寸的部份銑除。－銑刀進行的路徑遵守一個原則：切板外緣時，順時針方向，切板內孔或小片間之槽溝時，以逆時針方向進行，見圖15.4的解說。圖15.4C.輔助工具NCROUTING設備評估好壞，輔助工具部份的重要所佔比例非常高。輔助工具的定義是如何讓板子正確的定位，有效率的上、下板子，以及其排屑渣的功能，圖15.5(a.b)是一輔助工具說明。1機械檯面(MachinePlate)必須讓工作面板對位PIN固定於其上，尺寸通常為1/4in左右2.工作面板(ToolingPlate)通常比機械檯面稍小，其用途為bushings並且在每支SPINDLE的中心線下有槽構(Slot)3.Sub-plates：材質為Benelax或亞麻布及酚醛樹脂做成的，其表面須將待切板子的形狀事先切出，如此可以在正式切板時，板屑(chips)可以由此排掉同時其上也必須做出板子固定的PIN孔。其孔徑一般為1/8in。每次生產一個料號時，先將holding-pins緊密的固定於pin孔(ping孔最好選擇於成型內)，然後再每片板套上(每個piece2到3個pin孔)，每STACK1~3片，視要求的尺寸容差，PIN孔的位置，應該在做成型程式時，一起計算進去，以減少誤差。圖15.5a圖15.5bD.作業小技巧因為外型尺寸要求精度，依不同P/N或客戶而有所不同，就如不同P/N，會設定不同定位孔一樣，因此有幾種切型及固定方法可以應用。不管何種方法，最小單一piece(分離的)最小尺寸必須0.15in以上。(用一般1/8inRouter)1.無內Pin孔的方法：若無法找出成型內Pin孔時，可依圖15.6方式作業a.先切單piece三邊。b.再以不殘膠膠布如圖貼住已切之所有piece所剩另一邊就可切除，TAPE拉起時，也道將單Piece取出。此法之特徵：準確度：±0.005in速度：慢（最好用在極小piece且需切開的板子)每個STACK：每STACK僅置１panel圖15.62.單一Pin方法：見圖15.7所指示，且須依序切之，此法的特徵圖15.7準確度：±0.005in速度：快每個STACK：每STACK可多片置放3.雙pins方法：見圖15.8，此法準確度最高，且須銑兩次，第一次依一般標準速度，因有偏斜產生，因此須切第二次，但第二次速度加快至200in/min。其特徵：圖15.8準確度：±0.002in速度：快（上、下板因pin較緊，速度稍慢於單pin）每個STACK：多片15.2V-cut（Scoring,V-Grooving）V-cut一種須要直、長、快速的切型方法，且須是已做出方型外型（以routing或punching）才可進此作業。見圖15.9。時常在單piece有複雜外型時用之。圖15.915.2.1相關規格A.V-Groove角度，見圖15.10，一般限定在30°~90°間，以避免切到板內線路或太接近之。圖15.10B.V-cut設備本身的機械公差，尺寸不準度約在±0.003in,深度不準度約在±0.006in。因此，公司的業務,品管人員與客戶討論或製訂相關的製程能力或規格，應該視廠內的設備能力。勿訂出做不到的規格。C.不同材質與板厚，有不同的規格，以FR4來說，0.060in厚則web厚約為0.014in。當然深度是上、下要均等否則容易有彎翹發生。CEM-3板材0.060in厚，約留web0.024in；CEM-1則留web0.040in，這是因含紙質，較易折斷。D.至於多厚或多薄的板子可以過此製程，除了和設備能力有關外，太薄的板子，走此流程並無意義（通常0.030in以下厚度就不做V-cut設計）。有些客戶對成型板邊粗糙度不要求，PCB廠也有於切或沖PANEL後，設計V-cut製程，切深一些，再直接折斷成piece出貨。E.V-cut深度控制非常重要,所以板子的平坦度及機台的平行度非常重要.有專用IPQC量測深度之量規可供使用.15.2.2設備種類A.手動：一般以板邊做基準，由皮帶輸送，切刀可以做X軸尺寸調整與上、下深度的調整。B.自動CNC：此種設備可以板邊或定位孔固定，經CNC程式控制所要V-cut板子的座標，並可做跳刀(Jumpscoring)處理，深度亦可自動調整，同一片板子可處理不同深度。其產出速度非常快。15.3金手指斜邊(Beveling)PCB須要金手指(Edgeconnectors)設計，表示為Card類板子，它在裝配時，必須插入插槽，為使插入順利，因此須做斜邊，其設備有手動、半自動、自動三種。幾個重點規格須注意，見圖15.11，一般客戶DRAWING會標清楚。圖15.11A.θ°角一般為30°、45°、60°B.Web寬度一般視板厚而定，若以板厚0.060in，則web約在0.020inC.H、D可由公式推算，或客戶會在Drawing中寫清楚。15.4清洗經過機械成型加工後板面,孔內及V-cut,slot槽內會許多板屑,一定要將之清除乾淨.一般清洗設備的流程如下:loading→高壓沖洗→輕刷→水洗→吹乾→烘乾→冷卻→unloading15.4.1注意事項A.此道水洗步驟若是出貨前最後一次清洗則須將離子殘留考慮進去.B.因已V-cut須注意輕刷條件及輸送.C.小板輸送結構設計須特別注意.15.5品質要求由於尺寸公差要求越趨嚴苛因此FirstArticle要確實量測,設備的維護更要做到隨時保持容許公差之內.接下來之製程為電測與外觀檢驗.