2.7. 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. 2.12, а).
Рис. 2.12. Схема резания гильотинными (а) и роликовыми (б) ножницами
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. 2.12, 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.
Размеры заготовок из слоистых пластиков определяют по формулам:
(2.5)
где Аз, Вз — длина и ширина заготовки;
Ап, Вп — длина и ширина платы по рабочему чертежу;
Н — ширина технического поля.
Платы малых габаритных размеров изготавливают из групповой заготовки, площадь которой
(2.6)
где n — количество плат;
Апi, Впi — 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.
Усилие штамповки определяют по формуле
(2.7)
где Рпроб — усилие вырубки-пробивки;
Рприж — усилие прижима;
Рпрот — усилие проталкивания;
Рсъем — усилие съема детали с пуансона.
Усилие вырубки-пробивки
(2.8)
где К1 — коэффициент, зависящий от состояния режущих кромок пуансона;
L — периметр среза;
δ — толщина материала;
τср — сопротивление материала срезу, Па.
Усилие прижима сосредоточивается как можно ближе к поверхности среза для исключения сколов:
(2.9)
где p — удельное давление прижима.
Усилие проталкивания детали
где К2 — коэффициент, зависящий от зазора между матрицей и пуансоном; h — высота матрицы.
Усилие съема детали
(2.10)
где К3 — коэффициент, зависящий от толщины материала и типа штампа.
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.
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.
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.
Установки гидроабразивной зачистки поверхности фольгированного диэлектрика от оксидной пленки и отверстий от заусенцев, наволакиваемой смолы и стружки облегчают последующую операцию подтравливания диэлектрика, позволяет исключить ручной труд.
Абразивный материал — микропорошок М40 — подается с помощью форсунок под давлением сжатого воздуха. Для повышения равномерности форсунки покачиваются на угол 20—40° с числом качаний 35 — 60 в минуту.