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淺析PCB 板先進切割技術及切割精度控製

2017-1-13 來源：南（nán）京熊貓（māo）電子製造有（yǒu）限公司作者：龍雲

摘要：基於現（xiàn）有PCB拚板的切（qiē）割問題，分析了傳統機械切割技術和先進激光切割（gē）技術的優勢和不足，並闡述了提高PCB 板切割精度的相應技術手（shǒu）段，對PCB 切割加工行業具有一定的參考價值。

關鍵詞：PCB 板；機械切割（gē）；激光切割；精度控製（zhì）

0.引言

印製線路板，簡稱PCB 板，是各種電子產品的基本構成組件，用於實現電子元器件之間的電氣互連。近些年，國內外電子產品及電子加工（gōng）行業（yè）趨向（xiàng）於小型化，甚至微型化發展（zhǎn），所使用的PCB 板的尺寸也越來越（yuè）小，使得（dé）單一件或小批量PCB 加工很難滿足企業大批量（liàng）生產加工工藝的要求。目前，為滿足生產加工工藝要求（qiú），通常是將多個規格相同的PCB 拚接（jiē）成一個較大麵積的大板，在統（tǒng）一完成生產加工後再進行分割處理，以提高（gāo）PCB 加（jiā）工效率和安裝（zhuāng）的便利性（xìng）。因此，PCB大板分割成為（wéi）其生產加工的關鍵工序，而切割（gē）質量及精度的好壞直（zhí）接關係到是否會對PCB 造成損傷和破壞，最終導致PCB 板報廢。

1.PCB 板（bǎn）切（qiē）割技術

1.1 PCB板機械切割

傳（chuán）統的PCB 切（qiē）割（gē）技（jì）術，通常是利用高壓水或機械刀具等接觸式方法（fǎ）對大板進行切割，切割過程中，大板將承受一定的切削力，導致（zhì）夾具施加的夾緊力增加，容易損（sǔn）壞板內的（de）微小電（diàn）路。此外，切割機床通（tōng）常由人工操作、對刀等，使得切割精（jīng）度和切（qiē）割效率很（hěn）難保證，導致PCB 板切割廢品率（lǜ）增加。以目前常用的PCB板V割機為例，其（qí）通過上（shàng）下圓刀進行雙麵切割，可以實（shí）現快（kuài）速切割，形成V型割口，如圖1所示。

然而（ér），V割機刀具的路徑受PCB 板尺寸限製較（jiào）大。同時，由於PCB 板拚接時布線和排布非常緊密，而且（qiě）是采用上下圓刀的雙麵切割方式（shì），對定位精度要求較高，一旦上下切割的路徑未嚴格對齊或者切割控製不合理，都會對PCB 板和切割刀頭造成嚴重損（sǔn）壞。

1.2 PCB 板激光切割技術

隨著電子技術的不斷發展，多種（zhǒng）結構複雜且加工精密的PCB 產品，如HDI/BUM基板、多層板等，以及多種新型板材製（zhì）版，如（rú）柔性（xìng）基板FPC、剛撓（náo）結合板等在市場上的份額越來越大（dà），這些新型PCB 產品出現給傳統機械加工工藝及精度帶來了（le）很大（dà）的困難和（hé）挑戰。

激光加工作為一種非接觸式加工方法，與傳統（tǒng）的機（jī）械加工相比，具有加工精度高、加工速度快、成本低等優點，近年來被越來越（yuè）多的廠（chǎng）家（jiā）用於新型PCB 板，尤（yóu）其是柔（róu）性印刷電路板的切割和加工。其基本原理是，將PCB大板裝夾在工作台（tái）上，利用高（gāo）清線陣（zhèn）CCD攝像裝置檢測和識別基板上的定位標記點，並將該檢測數據與存（cún）儲（chǔ）的標準文件數據進行對比，計算出基板（bǎn）的位置和偏角，然後利用計算值對CAD文件數據進行修正。在基板定（dìng）位完成後，利用控製軟件將已修正的CAD加工數據（jù）和控製指令發（fā）送到（dào）激光控製卡，一路指令（lìng）分配到振鏡控製係（xì）統，經16 位D/A轉換後用於控製（zhì）振鏡的運動，另一路指令分配到伺服係統，控製工作台的運動位置、軌跡及速度，第三路則分配到激光器控製係（xì）統，用於控製（zhì）激光器開關機激光能量，從而實現對PCB 基板的切割加工。

與傳統（tǒng）的PCB板V 割相比（bǐ），激光切割的控深精度不受板材厚（hòu）度和硬度的影響，可以一次（cì）性實現（xiàn）薄板單麵V割的精確加工。此（cǐ）外，激光加工對PCB 板外形尺（chǐ）寸精（jīng）度的影響較小，通常不需要機械加工的雙麵V割，可以單麵直接加工，且無需精（jīng）度補（bǔ）償。

2.PCB 切割精度控製方法

2.1 CCD技術輔助PCB V切（qiē）割定位

目前，國內外均在積極開發集成了機器視覺技（jì）術的PCB 板切割機床，以相對先進的PCB 板V 割機為例，其采用高分辨CCD 探頭采集待切割的PCB板的圖像，然後通過軟件算法自動檢測和識別（bié）PCB的定位標誌，並與（yǔ）CAD文件（jiàn）中的（de）原（yuán）始數據信（xìn）息對比，進而根據PCB 板的傾斜角度及時調整上下切割圓刀（dāo）的角度，從而進行高精度切割。采用機器視覺技術輔助PCB 切割定位時，涉及（jí）兩個（gè）非常關鍵的問題，即（jí）高清圖像的采集和定位標記的識別。由於CCD攝像機（jī）分辨（biàn）率的限製（zhì），常用的（de）CCD 拍攝的圖像對應的實際麵積僅為100mm2左右，遠小於實際待切（qiē）割（gē）PCB 板的尺寸，因此需要多次移動工（gōng）作台或攝像機進行分區拍攝（shè），並將本次（cì）圖像與上一幅相鄰圖像進行拚接，從（cóng）而獲得一個完整的高分辨PCB 圖像。在實際拍攝過程中，需要（yào）先根據CCD拍攝（shè）圖像麵積將整個工作台劃分為若幹區域，每拍（pāi）攝完一（yī）個區域後繼續移動到相鄰區域拍攝，為了避免拍攝過程中漏拍PCB板的部分區域，一方（fāng）麵要求（qiú）機械傳動裝置的控製精準性較高，另一方（fāng）麵，需要人為控製CCD在本次區域的拍攝視（shì）場與在相鄰（lín）區域的視場有小尺寸的交叉和重疊，獲（huò）取的圖像經軟件處理，剔除兩個像素中的重疊部分，從而獲得（dé）組（zǔ）合的（de）連續圖像。對於定位標記（jì）的（de）識別，通常先以無缺陷PCB 定位標誌（zhì）為藍本拍攝標準模板（bǎn）圖像，經一係列處理後存儲在模板庫中作為識別基準。然後通過相關的函數關係，將拍攝的PCB 的二次圖像的可能區域（yù）與基準（zhǔn）模板進行對比（bǐ）和匹配，待所有的位置都對比（bǐ）完畢後，差別最小的區域即被判定為定位標記的位置。

2.2 PCB板激光（guāng）切割中的精度控製

對於特別厚的PCB 產（chǎn）品，如PTFE 板料，在激光切割時會（huì）超出激光的焦距範圍，單麵加（jiā）工難以滿足要求，此時可以利用激光雙麵切割來（lái）實現對厚（hòu）板的快速切割。另外，對於柔性基板FPC其切割時要求（qiú）嚴格按照（zhào）指定的位置和線路。因此，在對一些特（tè）殊PCB 板進（jìn）行激（jī）光切割前，需要對基板進行精準的定位。目（mù）前，通常是借助高清CCD 技術和精準的（de）機械控製，來定位基板上的定位孔坐標，從而實現精準定（dìng）位和切割。

此外（wài），激光切割過程中高功率的激光束照射到PCB 板（bǎn）上（shàng），部分能量會被材料吸收，由（yóu）於不同材料的熱膨脹係數不（bú）同，會引（yǐn）起PCB 板的形變，不利於切割定位，甚至可能導致整個PCB 板報廢（fèi）。在實際定位操作中，需（xū）要進行一定的漲縮係數補（bǔ）償（cháng）。例如，廣東正業科技的愛思達（dá）UV 激光切割技術（shù），其在切割軟件中引（yǐn）入角（jiǎo）度偏差和漲（zhǎng）縮比閾值的概念，對實際定位點進行計算，一旦（dàn）計算結果大於（yú）角度偏差或者超過漲縮比閾值時，軟件自動提示本（běn）次定位失敗，從（cóng）而在（zài）基板發生熱形（xíng）變時，也能保證其定位切割的精準性。另外，高功率激光束切（qiē）割會存在一定的熱影（yǐng）響區，一旦激光能量控製不當或停留時間長，都會引起切（qiē）割邊緣的吸熱碳化現象，影響切割質（zhì）量。通常，采用UV紫外激光替代常規的CO2激光器，可以改善激光的聚（jù）焦性能，減少熱影（yǐng）響區，同時（shí）還需（xū）要根據（jù）不同的切割材料，設置合理的切割參數，如切割速度、激光（guāng）功（gōng）率、激光延時等，通過電機、振鏡及激光參數的（de）精確協調（diào）控製，以最大程（chéng）度上降低（dī）PCB 板切割邊緣的碳化。

3.結束語

PCB板是實現（xiàn）集成電路和電子組件中（zhōng）元器件互聯的基礎平台，其產品微型化、複雜化和多樣化的發展趨勢，給傳統的生產工藝和機（jī）械切（qiē）割技（jì）術帶來了很大的困（kùn）難（nán）。因此，開發先（xiān）進的PCB 板切割技術，有利於提高製板的精度（dù）和（hé）效率，實現微型化PCB 板大（dà）批量生產，減少基（jī）板和模具的損壞，並對PCB 行（háng）業向高密度和高（gāo）精密方向的快（kuài）速發展具有重要意義。

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