PCB制造流程-成型(Outline Contour)

    【集萃网观察】1 制程目的

　　为了让板子符合客户所要求的规格尺寸，必须将外围没有用的边框去除之。若此板子是Panel出货（连片），往往须再进行一道程序，也就是所谓的V-cut，让客户在Assembly前或后，可轻易的将Panel 折断成Pieces。又若PCB是有金手指之规定，为使容易插入，connector的槽沟，因此须有切斜边（Beveling）的步骤。

　　2 制造流程

　　外型成型（Punching or Routing）→V-cutaBeveling （ 倒角 ）→清洗

　　2.1 外型成型

　　外型成型的方式从PCB演变大致有以下几个方式：

　　2.1.1 Template模板

　　最早期以手焊零件，板子的尺寸只要在客户组装之产品可容纳得下的范围即可，对尺寸的容差要求较不严苛，甚至板内孔至成型边尺寸亦不在意，因此很多用裁剪的方式，单片出货。

　　再往后演变，尺寸要求较严苛，则打样时，将板子套在事先按客户要求尺寸做好的模板（Template）上，再以手动铣床，沿Template外型旋切而得。若是大量，则须委外制作模具（Die）以冲床冲型之。这些都是早期单面或简单双面板通常使用的成型方式。

　　2.1.2 冲型

　　冲型的方式对于大量生产，较不CARE板边粗糙度以及板屑造成的影响时，可考虑使 用冲型，生产成本　　较routing为低，流?如下：

　　模具设计→模具发包制作→试冲→First Article量测尺寸→量产。

　　a. 模具制作前的设计非常重要，它要考虑的因素很多，例举如下：

　　（1） PCB的板材为何，（例如FR4，CEM，FRI）等

　　（2） 是否有冲孔

　　（3） Guide hole （Aligned hole）的选择

　　（4） Aligned Pin的直径选择

　　（5） 冲床吨数的选择

　　（6） 冲床种类的选择

　　（7） 尺寸容差的要求

　　b. 模具材质以及耐用程度

　　目前国内制作模具的厂商水准不错，但是材料的选用及热处理加工，以及可冲次数，尺寸容差等，和Japan比较，尚逊一筹，当然价格上的差异，亦是相当的大。

　　2.1.3 切外型

　　因为板子层次技术的提升，以及装配方法的改变，再加上模具冲型的一些限制, 例如模具的高价以及修改的弹性不佳，且精密度较差，因此CNC Routing的应用愈来愈普遍。

　　A. 除了切外型外，它也有几个应用：

　　a. 板内的挖空（Blank）

　　b. 开槽slots

　　c. 板边须部份电镀。

　　B. 作业流程：

　　CNC Routing程序制作→试切→尺寸检查（First Article）→生产→清洁水洗→吹干→烘干

　　a. 程序制作

　　目前很多CAD/CAM软件并没Support直接产生CNC Routing程序的功能，所以大部份仍须按DRAWING上的尺寸图直接写程序。注意事项如下：

　　（1） 铣刀直径大小的选择，须研究清楚尺寸图的规格，包括SLOT的宽度，圆弧直径的要求（尤其在转角），另外须考虑板厚及STACK的厚度。一般标准是使用1/8 in直径的Routing Bits。

　　（2） 程序路径是以铣刀中心点为准，因此须将铣刀半径offset考虑进去.

　　（3）. 考虑多片排版出货，客户折断容易，在程序设计时，有如下不同的处理方式

　　（4）. 若有板边部份须电镀的规格，则在PTH前就先行做出Slot，

　　（5） Routing Bit在作业时，会有偏斜（deflect）产生，因此这个补偿值也应算入

　　b. 铣刀的动作原理

　　一般铣刀的转速设定在6,000~36,000转/分钟。由上向下看其动作，应该是顺时钟转的动作，除在板子侧面产生切削的作用外，还出现一种将板子向下压迫的力量。若设计成反时针的转向，则会发生向上拉起的力量，将不利于切外形的整个制程。

　　1 铣刀的构造

　　铣刀的横切面以及各重点构造的介绍. Relief Angle浮离角：减少与基材的摩擦而减少发热. Rake Angle（抠角）：让chip（废屑）切断抠起，其角度愈大时，使用的力量较小，反之则较大。Tooth Angle（Wedge Angle）楔尖角：这是routing bit齿的楔形形状，其设计上要考虑锐利及坚固耐用。

　　2. 偏斜 （ deflect ）

　　在切外型的过程中，会有偏斜的情形，若是偏斜过多将影响精准程度，因此必须减少偏斜值。在程序完成初次试切时，必须量出偏斜的大小，再做补偿, 待合乎尺寸规格后，再大量生产.

　　影响偏斜的因素大致有如下几个：

　　-板子厚度

　　-板材质

　　-切的方向

　　-转速 根据这些因素，下面探讨如何减少偏斜，以降低其造成的偏差。

　　-铣刀必须标准化，如直径、齿型等

　　-针对不同板材选择适用的铣刀

　　-根据不同的材质，找出不同的转速及切速，如FR4材质可以24,000转/分钟;至于切速一般而言速度愈快，偏斜值愈大;反之愈小。

　　-若有必要，可设定两次同样的路径，将因偏斜而较大尺寸的部份铣除。

　　-铣刀进行的路径遵守一个原则：切板外缘时，顺时针方向，切板内孔或小片间之槽沟时，以逆时针方向进行。

　　C. 辅助工具

　　NC ROUTING设备评估好坏，辅助工具部份的重要所占比例非常高。辅助工具的定义是如何让板子正确的定位，有效率的上、下板子，以及其排屑渣的功能。

　　1.机械台面（Machine Plate）必须让工作面板对位PIN固定于其上，尺寸通常为1/4 in左右

　　2.工作面板（Tooling Plate）通常比机械台面稍小，其用途为bushings并且在每支SPINDLE的中心线下有槽构（Slot）

　　3.Sub-plates：材质为Benelax或亚麻布及酚醛树脂做成的，其表面须将待切板子的形状事先切出，如此可以在正式切板时，板屑（chips）可以由此排掉同时其上也必须做出板子固定的PIN孔。其孔径一般为1/8 in。每次生产一个料号时，先将holding-pins紧密的固定于pin 孔（ping孔最好选择于成型内），然后再每片板套上（每个piece 2到3个pin孔），每STACK1~3片，视要求的尺寸容差，PIN孔的位置，应该在做成型程序时，一起计算进去，以减少误差。

　　D.作业小技巧

　　因为外型尺寸要求精度，依不同P/N或客户而有所不同，就如不同P/N，会设定不同定位孔一样，因此有几种切型及固定方法可以应用。不管何种方法，最小单一piece（分离的）最小尺寸必须0.15 in以上。（用一般1/8in Router）

　　1.无内Pin孔的方法：若无法找出成型内Pin孔时，可依以下方式作业a.先切单piece 三边。b.再以不残胶贴住已切之所有piece所剩另一边就可切除，TAPE拉起 时，也道将单Piece取出。此法之特征：

　　准确度：±0.005in

　　速度：慢（最好用在极小piece且需切开的板子）

　　每个STACK：每STACK仅置1panel

　　2.单一Pin方法：且须依序切之，此法的特征

　　准确度：±0.005in

　　速度：快

　　每个STACK：每STACK可多片置放

　　3.双pins方法 此法准确度最高，且须铣两次，第一次依一般标准速度， 因有偏斜产生，因此须切第二次，但第二次速度加快至200in/min。其特征：

　　准确度：±0.002in

　　速度：快（上、下板因pin较紧，速度稍慢于单pin）

　　每个STACK：多片

　　2 V-cut（Scoring ,V-Grooving）

　　V-cut一种须要直、长、快速的切型方法，且须是已做出方型外型（以routing或punching）才可进此作业。时常在单piece有复杂外型时用之。

　　2.1相关规格

　　A. V-Groove角度 ，一般限定在30°~90°间，以避免切到板内线路或太接近之。

　　B. V-cut设备本身的机械公差，尺寸不准度约在±0.003in,深度不准度约在±0.006in。因此，公司的业务,品管人员与客户讨论或制订相关的制程能力或规格，应该视厂内的设备能力。勿订出做不到的规格。

　　C.不同材质与板厚，有不同的规格，以FR4来说，0.060in厚则web厚约为0.014in。当然深度是上、下要均等否则容易有弯翘发生。CEM-3板材0.060in厚，约留web 0.024in;CEM-1则留web 0.040in，这是因含纸质，较易折断。

　　D.至于多厚或多薄的板子可以过此制程，除了和设备能力有关外，太薄的板子，走此流程并无意义（通常0.030in以下厚度就不做V-cut设计）。有些客户对成型板边粗糙度不要求，PCB厂也有于切或冲PANEL后，设计V-cut制程，切深一些，再直接折断成piece出货。

　　E. V-cut深度控制非常重要, 所以板子的平坦度及机台的平行度非常重要.有专用IPQC量测深度之量规可供使用.

　　2.2设备种类

　　A. 手动：一般以板边做基准，由皮带输送，切刀可以做X轴尺寸调整与上、下深度的调整。

　　B. 自动CNC：此种设备可以板边或定位孔固定，经CNC程控所要V-cut板子的坐标，并可做跳刀（Jump 　　scoring）处理，深度亦可自动调整，同一片板子可处理不同深度。其产出速度非常快。

　　3 金手指斜边（Beveling）

　　PCB须要金手指（　Edge connectors ）设计，表示为Card类板子，它在装配时，必须插入插槽，为使插入顺利，因此须做斜边，其设备有手动、半自动、自动三种。几个重点规格须注意 ，一般客户DRAWING会标清楚。

　　A. θ°角一般为30°、45°、60°

　　B.　Web宽度一般视板厚而定，若以板厚0.060in，则web约在0.020in

　　C.　H、D可由公式推算，或客户会在Drawing中写清楚。

　　4 清洗

　　经过机械成型加工后板面,孔内及V-cut,slot槽内会许多板屑,一定要将之清除干净.一般清洗设备的流程如下：

　　loading→高压冲洗→轻刷→水洗→吹干→烘干→冷却→unloading

　　4.1注意事项

　　A. 此道水洗步骤若是出货前最后一次清洗则须将离子残留考虑进去.

　　B. 因已V-cut须注意轻刷条件及输送.

　　C. 小板输送结构设计须特别注意.

　　5 品质要求

　　由于尺寸公差要求越趋严苛因此First Article 要确实量测,设备的维护更要做到随时保持容许公差之内.

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