自從九十年代以來,電子產(chǎn)品逐漸朝著體積更小功能更強(qiáng)的方向發(fā)展,這兩種相互對立的需求使得元件密度越來越大、表面貼裝精確度越來越高。每一步生產(chǎn)工藝精度的提高意味著對公差的要求也隨之提高,PCB印刷模板制作也不例外。(在中國有很多PCB組裝廠商,了解模板供應(yīng)商是否使用了檢測標(biāo)準(zhǔn)以保證模板制作系統(tǒng)的精確性是非常重要的,只有在模板供應(yīng)商的設(shè)備運(yùn)行正常情況下,PCB組裝廠才能相信他們拿到的模板符合規(guī)定的尺寸要求。)
Mike DelBusso
產(chǎn)品經(jīng)理
GSI Lumonics公司
Email:delbusso@
準(zhǔn)確印刷錫膏是PCB組裝的前工序之一,應(yīng)當(dāng)有一套標(biāo)準(zhǔn)判斷模板的激光切割精確度。很多工程師都認(rèn)為,建立標(biāo)準(zhǔn)的最好方法是對整個模板制作系統(tǒng)的精度進(jìn)行量化并記錄下來,同時(shí)再考慮這種系統(tǒng)的切割開孔情況,他們提議應(yīng)將這樣的檢測作為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行推廣。
直到前不久,PCB組裝廠商都是由自己來判斷是否接受從供應(yīng)商處得到的模板,對這些廠商的一項(xiàng)調(diào)查顯示,大部分都對他們目前模板的精度表示滿意。但他們也都意識到,隨著精度要求越來越高,將來對模板規(guī)格的關(guān)注也越來越多,到了下個月或明年,現(xiàn)在的模板還能夠滿足要求嗎？
ScreenCut動態(tài)精度檢測(SDA)是專為模板制造商設(shè)計(jì)的,它能提供模板切割系統(tǒng)的精度報(bào)告及整個系統(tǒng)精度演示。該方法經(jīng)美國國家標(biāo)準(zhǔn)及檢測學(xué)會(NIST)代表、模板用戶及一家模板印刷機(jī)制造商確認(rèn),可以測量所有的精度、方正性、平直性、軸反轉(zhuǎn)誤差及光束移動誤差等數(shù)據(jù)。
安裝一個激光模板切割系統(tǒng)要做很多檢測以證明其品質(zhì)及性能。首先零件及組件都需經(jīng)過量測并將公差控制在規(guī)定范圍內(nèi),保證系統(tǒng)組裝完成后能滿足精度要求,如在裝配過程中就要測量支撐線性馬達(dá)及軸承組件平臺的平整度。
SDA檢測在切割系統(tǒng)組裝完交運(yùn)之前進(jìn)行。檢測時(shí)將一片不銹鋼模板材料固定在一個29×29英寸的標(biāo)準(zhǔn)框架上,然后系統(tǒng)按程序切割一個孔徑0.125英寸、中心距5英寸的5×5圓形開孔矩陣(圖1)并在切割過程中記錄模板的溫度。用一個座標(biāo)量測系統(tǒng)測出激光切割位置,找出矩陣中心孔并定為0-0,其他孔的位置則相對此中心孔進(jìn)行量測。
必須要扣除切割系統(tǒng)和量測系統(tǒng)周圍溫度差異對數(shù)據(jù)帶來的影響。考慮兩個系統(tǒng)間溫差是很重要的,因?yàn)闇囟让肯嗖?°F 20英寸鋼片上就會產(chǎn)生0.0002英寸的差異。從得到的結(jié)果中我們可以確定系統(tǒng)精度及方正度,如有必要還可以生成軟件校準(zhǔn)數(shù)據(jù)對精度及方正度進(jìn)行微調(diào),再重新切割一個樣品重做測試以確認(rèn)系統(tǒng)能滿足標(biāo)稱精度指標(biāo)。
精度校驗(yàn)完成后,將系統(tǒng)運(yùn)到客戶處安裝,然后在現(xiàn)場再次重復(fù)SDA測試,確保運(yùn)輸過程沒有對系統(tǒng)精度造成影響。設(shè)計(jì)SDA檢測是為了模擬模板切割系統(tǒng)的實(shí)際使用情況,為保證模擬精確,將一張實(shí)際尺寸不銹鋼模板材料裝在一個大小匹配的標(biāo)準(zhǔn)框架上,并用一般的方法進(jìn)行切割。
除了模板切割系統(tǒng)本身之外其他因素對精度也有影響,檢測需將這種影響降到最小。對直徑0.125英寸激光切割孔進(jìn)行測量可以降低量測誤差,另外對孔邊緣粗糙度沒有太嚴(yán)的要求,一般情況下圓心位置都能夠精確重復(fù)定位,圓心定位的重復(fù)精度在0.0002英寸內(nèi)。
測試還應(yīng)減低材料變化的影響。利用光化學(xué)加工及沖壓方式生產(chǎn)薄金屬產(chǎn)品的廠家都很清楚冷軋輾平薄金屬片的殘留張力作用,材料從輾平的薄片上切下時(shí)其張力會釋放出來,造成材料卷曲、扭曲、膨脹或收縮。半淬火302不銹鋼是一種比較好的材料,它具有足夠的硬度,在使用時(shí)不易損壞,同時(shí)應(yīng)力釋放時(shí)尺寸變化最小。在實(shí)際模板生產(chǎn)中,材料尺寸變化與卷軋輾平過程中產(chǎn)生的殘留張力大小有關(guān)。
材料對精度的影響見圖2,這是逐漸增大材料切孔數(shù)量進(jìn)行一系列試驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)。在第一個試驗(yàn)中,我們在較厚(0.25英寸)的鋁板表面刻出約10,000個開孔圖樣,選擇鋁板是因?yàn)槠浞€(wěn)定性好。先給材料涂上一層墨水,以減低刻劃基準(zhǔn)點(diǎn)及開孔切割的激光強(qiáng)度,然后在鋁板表面作出能顯示基準(zhǔn)點(diǎn)及開孔輪廓的比較淺但有較強(qiáng)明暗反差的標(biāo)記,最后用一個視像測量系統(tǒng)抽檢開孔的實(shí)際位置。
第二項(xiàng)試驗(yàn)是在0.006英寸厚的半淬火302不銹鋼模板材料上刻四個基準(zhǔn)點(diǎn),并在10,000多個開孔中選擇六個進(jìn)行切割,基準(zhǔn)點(diǎn)及開孔的選擇要能覆蓋整個模板區(qū)域。用視像量測系統(tǒng)測量出基準(zhǔn)點(diǎn)及開孔的位置,并給出它們與理論位置在XY方向上的差異。最后一項(xiàng)試驗(yàn)是制作整塊模板,包括四個基準(zhǔn)點(diǎn)及所有的10,000多個開孔,然后也是用視像量測系統(tǒng)測出基準(zhǔn)點(diǎn)及開孔位置,給出它們在XY方向上與理論值的差異。
從結(jié)果中可以得出切割系統(tǒng)的激光束在物體表面精確定位的能力,以及從冷軋成型不銹鋼片上切割對精確性產(chǎn)生的影響。結(jié)論如下:
1.當(dāng)在鋁板上刻劃全部10,000個開孔而不做切除時(shí),可得到0.00033英寸(0.0084毫米)定位精度。
2.在0.0060英寸(0.150毫米)厚模板材料上開刻4個基準(zhǔn)點(diǎn)及6個孔時(shí)(少量切割),其定位精度為0.00080英寸(0.020毫米)。
3.開刻模板上所有基準(zhǔn)點(diǎn)及開孔時(shí)(大量切割),定位精度降至0.00144英寸(0.0366毫米)。
試驗(yàn)的目的是證明機(jī)器能夠精確地在模板上開孔。要實(shí)現(xiàn)精確切割,工藝參數(shù)如溫度、材料張力等需要進(jìn)行控制并將其影響減至最低。這些試驗(yàn)也證明,激光在21×21英寸(533×533毫米)區(qū)域內(nèi)具有0.00033英寸(0.0084毫米)定位精度。另外材料張力及溫度對模板的整體精度也有很大影響,試驗(yàn)中將材料及溫度的影響與機(jī)器實(shí)際性能分離,從而消除外界因素對整體精度的影響,得出一個能確定機(jī)器性能的基準(zhǔn)參數(shù)。
[Circuits Assembly]
