高精度小尺寸PCB外形设计问题探讨

引言

尽管目前PCB技术的发展日新月异，很多PCB生产厂商将主要精力投入到HDI板，刚挠结合板，背板等高难度板件的制作中，但现有市场中仍存在一些线路相对简易，单元尺寸非常小，外形复杂的PCB，部分PCB之最小尺寸甚至小到3-4mm。因此类板件的单元尺寸太小，前端设计时无法设计定位孔，利用外定位方式加工易产生板边凸点(如图1所示)、加工过程中吸尘将PCB吸走、外形公差不可控、生产效率低下等问题。本文针对超小尺寸PCB制作进行了深入研究与实验，优化了外形加工方法，在实际生产过程中取得了事半功倍的效果。

1现状分析

外形加工方式的选择关系到外形加工过程中的外形公差控制、外形加工成本、外形加工效率等多方面问题。目前常用的外形加工方式有铣外形和冲模。

1.1 铣外形

通常而言，铣外形加工出的板件其外观质量好，尺寸精度高，但此类板件由于外形尺寸小，铣外形的尺寸精度反而难以控制。在铣外形时，由于受内锣圆弧，内锣角大小和铣槽宽度的限制，铣刀大小的选择具有很大的局限性，很多时候只能选择1.2mm、1.0mm，甚至0.8mm的铣刀进行加工，由于刀具太小，走刀速度受限，导致生产效率低下，且加工成本相对较高，故而只适合小量，外型简单，无复杂内锣槽的PCB外型加工。

1.2 冲模

在加工大批量的小尺寸PCB时，生产效率低下的影响远高于外形锣铣成本的影响，此种情况下只能采取冲模的方式。同时对于PCB中的内锣槽，有的客户要求加工成直角，采用钻铣方式很难满足要求，特别是对于那些外形公差和外形一致性要求较高的PCB，更要采用冲模方式。单采用冲模成型工艺会增加制造成本。

2实验设计

根据我司对此类PCB的制作经验，我们从铣外形加工方式、冲模、V-CUT等方面展开深入研究与实验，具体实验计划如下表1所示：

3实验过程

3.1 方案一----锣机铣外形

此类小尺寸PCB成品多无内定位，需在单元外加定位孔(图2)。当三边锣完后，最后一边锣完收刀时，板子四周均出现空旷区域，使收刀点无法受力，成品整体随着铣刀收刀的方向偏移，使成品在成形后收刀点出现明显凸点。因四周均已被铣成悬空状态，得不到支撑，因此增加了凸点及毛刺的发生机率。为避免此品质异常点，需将锣带进行优化，分两次铣板，先铣每单元部分区域，保证加工后仍有连接位使整体连接外形文件(图3)。

锣机加工实验对凸点的影响：按上述两种锣带进行加工，每种条件下随机抽取10pcs成品板，使用二次元进行凸点测量。原锣带加工成品板凸点尺寸较大，需人工处理;使用优化后的锣带加工可有效避免凸点产生，成品板凸点尺寸<0.1mm，符合品质要求(见表2)，外观如图4、5所示。

3.2 方案二----精雕机铣外形

因精雕设备在加工过程中无法暂停，故图3内锣带无法适用。按图2内锣带生产，因加工尺寸较小，为防止在加工过程中成品板被吸尘吸走，加工过程中需关闭吸尘，并辅以盖板，使用板灰固定，以最小程度降低凸点的产生。

精雕加工实验对凸点的影响：按上述加工方法进行加工，可降低凸点尺寸，凸点尺寸见表3所示，凸点无法满足品质要求，需人工处理。外观如图6所示：

3.3方案三----激光外形效果验证

选取在线外形尺寸1*3mm之产品进行试验，沿外形线进行激光外形文件制作，按表4内参数，关闭吸尘(防止加工过程中板被吸走)，进行双面激光外形。

实验结果：激光外形加工成品板无凸点产生，加工尺寸可满足要求，但激光外形后的成品会因激光碳黑污染板面，且此类污染因尺寸太小，无法采用等离子清洗，采用酒精擦拭无法有效处理(如图7所示)，此类加工效果无法满足客户需求。

3.4 方案四----冲模效果验证

冲模加工保证了冲压件的尺寸与形状精度，无凸点产生(如图8所示)。但在加工过程中易产生板角压伤异常(如图9所示)，此类异常缺陷不予接受。

3.5 小结

4结论

本文针对外形精度公差为+/-0.1mm的高精度小尺寸PCB锣板中出现的问题，只要在处理工程资料时做出合理的设计，并根据PCB材料及客户需求选择合适的加工方式，很多问题便迎刃而解。