PCB沖孔質量與疵病對策

      一．沖孔質量與模具設計(jì) 

　　随着電(diàn)子裝聯技(jì)術(shù)質量的提高(gāo)以及市場(chǎng)的競争需要，全自動插裝機得(de)到迅速普及。這樣對單面PCB紙基闆材沖孔質量（少(shǎo)數(shù)單雙面非金屬化孔環氧-玻璃布基闆也采用沖孔）的要求也就越來(lái)越高(gāo)。就目前生(shēng)産應用于全自動插裝機的PCB廠家(jiā)，有(yǒu)關沖孔質量引起的投訴及退貨率已上(shàng)升到第一位。這裏就單面PCB的沖孔質量與疵病對策作(zuò)為(wèi)基本介紹，有(yǒu)利與單面PCB的沖孔質量的提高(gāo)。 

　　1.1 模具設計(jì)： 

　　沖孔直徑小(xiǎo)到XXXPC和(hé)FR-2層壓闆厚度的二分之一、FR-3厚度的三分之一是有(yǒu)可(kě)能做(zuò)到的。許多(duō)模具設計(jì)者常常忽視(shì)這樣一個(gè)事實，模具沖頭在退出沖成的孔時(shí)所需要的力與沖孔時(shí)沖頭穿過材料所需沖力的大(dà)小(xiǎo)是相等的。因此，對于一付模具把彈簧（彈性膠）卸料闆的壓力設計(jì)成多(duō)大(dà)的問題，大(dà)多(duō)數(shù)模具制(zhì)造者回答(dá)是：“要盡量大(dà)”。如模具內(nèi)的空(kōng)間(jiān)不能容納足夠的機械彈簧（彈性膠）去起作(zuò)用時(shí)，則采用液壓機構（現在新一代的脫模器(qì)都應有(yǒu)這一機構，采購時(shí)應引起注意）。彈簧（彈性膠）的放置應保證被沖制(zhì)的零件彈卸均勻。如沖制(zhì)件從模具裏頂出時(shí)受力不均勻，則沖出的孔周圍幾乎都産生(shēng)裂紋。在模具的沖頭開(kāi)始沖孔的一瞬間(jiān)，卸料闆要壓緊工件才能沖出高(gāo)質量的孔。其實要是卸料闆的壓力能接近被沖材料的抗剪切力，那(nà)麽既省力又可(kě)使沖出的孔更為(wèi)規矩。 

　　如果小(xiǎo)沖頭出現嚴重損壞，則要确定是由于沖頭在沖孔行(xíng)程中損壞的還(hái)是沖頭在回程時(shí)損壞的。假若定位銷子損壞了，則一定是沖頭的回程應力造成的。解決的辦法是把沖頭磨成一個(gè)不大(dà)于11/2度的很(hěn)小(xiǎo)錐度，其長度不大(dà)于被沖材料的厚度。磨削時(shí)如能保持不超出這個(gè)範圍，則沖孔的質量或尺寸就不會(huì)測量出什麽問題。引起沖頭損壞的另外兩個(gè)原因：一是同心度不好，這可(kě)以很(hěn)容易地通(tōng)過對模具進行(xíng)嚴格檢查來(lái)确定；另一是設計(jì)上(shàng)的毛病，常常是對要沖的孔把沖頭設計(jì)得(de)太小(xiǎo)。 

　　1.2 紙基層壓闆的收縮： 

　　在沖制(zhì)紙基層壓闆時(shí)，必須記住這類材料是有(yǒu)彈性的，而且這種回彈的趨勢會(huì)使沖出的孔略小(xiǎo)于沖頭。引起的尺寸差别決定于材料的厚度。為(wèi)使沖成的孔在允許公差範圍之內(nèi)，下表列出沖頭應超出沖制(zhì)尺寸的量，在模具設計(jì)時(shí)應充分考慮。（表中所列數(shù)值不得(de)用于環氧-玻璃布層壓闆的設計(jì)，其收縮率大(dà)約是紙基層壓闆的1/3）。 

　　基材厚度（英寸） 室溫時(shí) 90度F以上(shàng) 
　　1/64 0.001 0.002 
　　1/32 
　　0.002 0.003 
　　3/64 
　　0.003 0.005 
　　1/16 
　　0.004 0.007 
　　3/32 
　　0.006 0.010 
　　1/8 
　　0.10 0.013 

　　1.3 凹、凸模間(jiān)隙： 

　　假若對孔的尺寸公差要求很(hěn)精密，那(nà)麽沖頭和(hé)凹模之間(jiān)的間(jiān)隙則應很(hěn)小(xiǎo)。用于沖制(zhì)紙基層壓材料的凹模孔應比沖頭大(dà)0.002-0.004英寸。而對玻璃布基層壓材料一般則要求上(shàng)述公差的一半。然而，有(yǒu)些(xiē)模具沖頭與模具之間(jiān)的間(jiān)隙可(kě)多(duō)達0.010的綜合公差，用于檢驗标準允許的對孔質量要求不高(gāo)的地方。 

　　一付間(jiān)隙要求不嚴格的模具比一付精沖模便宜，凸、凹模之間(jiān)的間(jiān)隙不嚴格的模具與要求間(jiān)隙要求嚴格的相比，前者損壞較多(duō)而剪切力較小(xiǎo)。然而，用這種模具沖出的孔略呈漏鬥狀(也稱喇叭孔)便于順利插入元件，到現在還(hái)有(yǒu)特别要求這種喇叭孔的普通(tōng)單面闆客戶。而沖孔時(shí)應采用正沖，總要将銅皮面朝上(shàng)。不得(de)在兩面都布置有(yǒu)電(diàn)路圖形的闆上(shàng)沖孔，因為(wèi)這樣可(kě)能造成焊盤脫落。 

　　凹、凸模間(jiān)隙計(jì)算(suàn)： 
　　E=Ct (mm) 
　　式中：C—覆銅闆隙系數(shù)，C=0.02-0.06; 
　　t—覆銅闆厚度（mm） 

　　1.4 孔距與孔徑： 

　　如果設計(jì)的孔與闆邊的距離或孔之間(jiān)的距離接近材料厚度，這往往是很(hěn)麻煩的事。應該盡可(kě)能避開(kāi)這種設計(jì)，但(dàn)是，當孔距離必須小(xiǎo)時(shí)，則應盡可(kě)能制(zhì)造質量好的模具。凸凹模和(hé)卸料闆之間(jiān)的間(jiān)隙要嚴格，而且要使卸料闆在凸模開(kāi)始沖入之前就已有(yǒu)足夠的力壓住代沖闆（現在常用帶預壓力的液壓脫料系統，不過我對多(duō)家(jiā)單面闆廠的沖壓部調查發現老式模用彈性膠做(zuò)預壓力的廠家(jiā)無一例外沒有(yǒu)得(de)到應有(yǒu)重視(shì)，有(yǒu)80%的模在修模過程中不上(shàng)或少(shǎo)上(shàng)預壓力彈性膠，應引起沖壓部門(mén)的足夠重視(shì)）。如果孔距過小(xiǎo)，即使是最好的模具，孔間(jiān)也會(huì)産生(shēng)裂紋。如果不允許孔間(jiān)有(yǒu)裂紋，則應重新安排工序，把沖孔工序放在覆銅層壓闆蝕刻之前。銅箔的增強作(zuò)用有(yǒu)利于消除裂紋。（大(dà)多(duō)數(shù)環氧-玻璃布層壓闆材是可(kě)以沖孔的，但(dàn)隻适用于非金屬化孔的環氧-玻璃布層壓闆材）。 

　　1.5 紙基層壓材料的預熱： 

　　如果将紙基層壓材料加熱到90度F，則其沖孔工藝過程就會(huì)順利得(de)多(duō)。這一點，甚至對于通(tōng)常稱之為(wèi)冷沖型闆或PC級闆來(lái)說也是如此，但(dàn)不得(de)把闆材加熱到碎裂的程度，那(nà)麽就會(huì)有(yǒu)一些(xiē)沖屑一類的殘留物排不出來(lái)。過度加熱的材料沖屑常常會(huì)把凹模孔堵死而成廢品。把排屑孔做(zuò)成錐度，則有(yǒu)利于減少(shǎo)堵塞現象。但(dàn)有(yǒu)效的解決途徑還(hái)是在略低(dī)的溫度下沖孔。（在任何時(shí)候對環氧-玻璃布層壓闆材都不得(de)加熱沖孔或落料）。 

　　1.6 沖裁力的計(jì)算(suàn)： 

　　沖床的噸位取決于沖床每一沖程必須沖制(zhì)的工作(zuò)量。覆銅層壓闆的供應商可(kě)以給出用戶所采用闆材的抗剪強度。通(tōng)常，紙基層壓闆約為(wèi)12000磅/平方英寸，而環氧-玻璃布層壓闆材為(wèi)20000磅/平方英寸。沖掉部分的總周長乘以闆材厚度就可(kě)得(de)出模具沖剪面積。如果所有(yǒu)尺寸均用英寸表示，則沖剪面積為(wèi)平方英寸。 

　　沖裁力的計(jì)算(suàn)： 
　　P沖=1.3STτ0 
　　式中：S—沖裁周長 
　　T—闆材厚度 
　　τ0—闆材的抗剪強度 

　　1.7 模具安裝注意事項： 
　　1）根據設計(jì)沖模所需的沖裁力及沖模大(dà)小(xiǎo)與閉合高(gāo)度，選取合适的沖床型号。 
　　2）首先應啓動沖床，認真檢查刹車(chē)，及保護裝置應完好，離合器(qì)以及沖床操作(zuò)機構的運行(xíng)是否正常，滑塊是否有(yǒu)連沖現象。如發現有(yǒu)不正常現象時(shí)，應排除故障後再進行(xíng)沖模安裝。 
　　3）檢查調整沖床閉合高(gāo)度與代裝模等高(gāo)（實際上(shàng)應高(gāo)于一高(gāo)度以免裝模時(shí)碰擊，代安裝完成後再調節沖孔深度）；檢查模柄直徑是否與沖頭滑空(kōng)相符，如模柄小(xiǎo)，需在模柄上(shàng)加适當的開(kāi)口套筒。 
　　4）沖模下面的墊塊必須平直，等高(gāo)、合理(lǐ)安放。原則上(shàng)是在不阻塞落料的性況下，盡量把墊塊向沖模中心靠擾。 
　　5）壓闆、壓闆螺絲、墊鐵(tiě)等必須根據沖模大(dà)小(xiǎo)、沖模噸位來(lái)選取螺絲必須擰緊，防止沖模在工作(zuò)時(shí)滑動造成意外事故。 
　　6）安裝壓闆時(shí)，螺帽、螺栓頭部應與導套下口保持一定距離，以免上(shàng)模下降時(shí)碰擊而損壞沖床或沖模。 

　　二．沖孔疵病與對策 

　　2.1 毛刺 

　　産生(shēng)原因 ：
　　凹、凸模間(jiān)隙過小(xiǎo)，造成在凸模和(hé)凹模兩側産生(shēng)裂紋而不重合，斷面兩端發生(shēng)兩次擠壓剪切。 
　　凹、凸模間(jiān)隙過大(dà)，當凸模下降時(shí)，裂紋發生(shēng)晚，像撕裂那(nà)樣完成剪切，造成裂紋不重合。 
　　刃口磨損或出現圓角與倒角，刃口未起到楔子的分割作(zuò)用，整個(gè)斷面産生(shēng)不規則的撕裂。 

　　解決方法 ： 
　　合理(lǐ)選擇凹、凸模的沖裁間(jiān)隙。這樣的沖裁剪切介于擠壓和(hé)拉伸之間(jiān)，當凸模切入材料時(shí),刃口部形成楔子,使闆材産生(shēng)近于直線形的重合裂紋。 
　　及時(shí)對凹、凸模刃口所産生(shēng)的圓角或倒角進行(xíng)整修。 
　　确保凹、凸模的垂直同心度，使配合間(jiān)隙均勻。 
　　确保模具安裝垂直平穩。 

　　2.2 銅箔面孔口周圍凸起 

　　産生(shēng)原因 ： 
　　凹、凸模沖裁間(jiān)隙過小(xiǎo)，且凸模刃口變鈍。當凸模入被預熱而軟化的印制(zhì)闆時(shí)，闆材就在凸模周圍産生(shēng)向外，向上(shàng)的擠壓移動。 
　　凸模刃口端有(yǒu)錐度。當凸模不斷進入闆材後，孔口周圍凸起的現象就會(huì)随着凸模錐度的增加而增加。 

　　解決方法 ：
　　被沖裁應超過原設計(jì)厚度的百分之二十；否則更換闆材或重新設計(jì)沖模。 
　　沖裁應有(yǒu)足夠的壓料力，用以克服沖孔時(shí)材料移動的反擠力。 

　　2.3孔口銅泊向上(shàng)翻起 

　　産生(shēng)原因 ：
　　由于反沖，使銅箔拉入凹、凸模的沖裁間(jiān)隙中。 
　　銅箔與基材的結合力差，當凸模從被從被沖的印制(zhì)闆孔中拔出時(shí)，銅箔随凸模向上(shàng)提拉。 
　　凸模刃口端有(yǒu)倒錐，鼓脹變形，當凸模從被沖印制(zhì)闆的孔中拔出時(shí)，銅箔随凸模向上(shàng)提拉。 

　　解決方法: 
　　采用正沖。 
　　更換凸模。 
　　凸模與卸料闆的配合間(jiān)隙不能大(dà)，應采用滑配合。 

　　2.4基闆面孔口周圍分層泛白 

　　産生(shēng)原因： 
　　凹、凸模沖裁間(jiān)隙不适當或凹模式刃口變鈍。沖孔時(shí)，被沖闆材難以在凹模式刃口處形成剪切裂口。 
　　基闆沖裁性能差或沒有(yǒu)在沖裁前預熱。 
　　壓料力小(xiǎo)。 
　　凹模刃口下部漏料孔堵塞或漏料阻力大(dà)，産生(shēng)膨脹分層。 

　　解決方法: 
　　合理(lǐ)擴大(dà)凹，凸模沖裁間(jiān)隙； 
　　及時(shí)修複變鈍的凹模刃口； 

　　增加壓料力； 
　　調整基闆預熱溫度； 
　　擴大(dà)或鉸光漏料孔。 

　　2.5 孔壁傾斜和(hé)偏位: 

　　産生(shēng)原因： 
　　凸模剛性較差，定心不穩，傾斜沖入工件。 
　　凸模安裝傾斜或與卸料闆的配合間(jiān)隙太大(dà)，卸料闆對凸模起不到精密導向作(zuò)用； 
　　凹、凸模的配合間(jiān)隙不均勻。間(jiān)隙小(xiǎo)的一邊，凸模徑向受力大(dà)，向間(jiān)隙大(dà)的一邊滑移； 
　　凹、凸模式裝配同心度差；推料闆與凹、凸模外形偏位；推料闆與凹模配合精度太差（指複合沖裁時(shí)）。 

　　解決方法 ：
　　合理(lǐ)選擇凸模的材料；提高(gāo)凸模剛性、強度、硬度和(hé)不直度。 
　　提高(gāo)凸模與凹模的加工同心度和(hé)裝配同心度。 
    提高(gāo)凸模與卸料闆的配合精度，确保精密導向。 
　　确保導柱、導套的加工精度和(hé)裝配精度；減少(shǎo)推料闆外形與凹模的配合間(jiān)隙，并使推料闆的外形和(hé)凹凸外形一緻。 

　　2.6 斷面粗糙 

　　産生(shēng)原因 ：
　　凹、凸模沖裁間(jiān)隙太大(dà)；凹模刃口磨損嚴重。 
　　沖床的沖裁力不足，且不平穩。 
    闆材沖裁性能差。例如，基材含膠量過高(gāo)、基材、老化、層壓結合力低(dī)等。 

　　解決方法 ：
　　選擇适當的凹、凸模沖裁間(jiān)隙。 
　　及時(shí)修整凹模刃口。 
　　選用沖裁性能較好的基材并嚴格按工藝要求控制(zhì)預熱溫度和(hé)時(shí)間(jiān)。 

　　2.7 孔之孔與間(jiān)裂紋 

　　産生(shēng)原因 ：
　　孔壁太薄，沖孔時(shí)的徑向擠壓力超過印制(zhì)闆基材的孔壁強度。 
　　相鄰很(hěn)近的兩孔不是同時(shí)沖出，後沖的孔當凸模進入闆材時(shí)，由于孔壁太薄而被擠裂。 

　　解決方法 ：
    印制(zhì)闆上(shàng)的孔距設計(jì)要合理(lǐ)，孔壁不應小(xiǎo)于基闆厚度。 
　　相鄰較近的孔應便用一副模具同時(shí)沖出。 
　　把相鄰很(hěn)近的兩個(gè)凸模，做(zuò)成相差 0.5mm的不同長度，使小(xiǎo)面積範圍內(nèi)較集中的沖裁力瞬時(shí)分散。 

　　2.8 外形鼓脹 

　　産生(shēng)原因 ：
　　模具設計(jì)不合理(lǐ)。對外形尺寸較大(dà)的印制(zhì)闆，如采用凹模內(nèi)無推料闆的下落料時(shí)，被沖印制(zhì)闆在自重的情況下，總是向凹模式孔內(nèi)彎曲。加之，凸模下沖時(shí)，氣流對工件有(yǒu)一股沖擊波，使工件中心更為(wèi)下曲，而靠近凹模刃口處向下彎曲量很(hěn)小(xiǎo)，造成外形鼓脹。 
　　外形落料的凹模變形，出現長邊處産生(shēng)鼓脹。 

　　解決方法 ：
　　印制(zhì)闆的外形尺寸大(dà)于200mm時(shí)，宜采用上(shàng)落料結構的模具沖外形。如采用下落料的模具結構時(shí)，則一定要在凹模內(nèi)裝一塊具有(yǒu)彈性托料力的推料闆，使印制(zhì)闆不變形。 
　　增加凹模的壁厚，或選用具有(yǒu)足夠的抗彎、抗張強度的材料造模具。 
　　盡量減少(shǎo)凹模的熱處理(lǐ)變形。對幾何形狀複雜的凹模，可(kě)采用選熱處理(lǐ)淬硬，後用線切割加工的辦法來(lái)克服變形。 

　　2.9 廢料上(shàng)跳(tiào)： 
　　（有(yǒu)時(shí)部份廢料在沖孔時(shí)不是向下掉，而是向上(shàng)跳(tiào)；有(yǒu)的進入工件孔內(nèi)，還(hái)需人(rén)工清除；有(yǒu)的跳(tiào)在下模上(shàng)面，影(yǐng)響沖裁工作(zuò)正常進行(xíng)）。 

　　産生(shēng)原因 ：
　　銅箔與基材的粘合力差，沖孔時(shí)廢料上(shàng)的銅箔容易脫落，随着凸模退出凹模時(shí)，進入被沖孔內(nèi)。 
　　凹模間(jiān)隙過大(dà)，且漏料不暢通(tōng)，當凸模退出凹模卸料時(shí)，廢料随之上(shàng)跳(tiào)。 
　　凹模孔有(yǒu)倒錐，沖孔廢料難以下落，反而随着凸模退出凹模時(shí)向上(shàng)跳(tiào)。 

　　解決方法 ：
　　加強對基闆材料的進廠檢驗。 
　　減小(xiǎo)凹、凸模的間(jiān)隙，擴大(dà)漏料孔。 
　　及時(shí)修整凹模孔的倒錐。 

　　2.10 廢料堵塞 

　　産生(shēng)原因 ：
  　凹模刃口太高(gāo)、廢料積存太多(duō)。 
　　凹模漏料孔太小(xiǎo)或刃口部有(yǒu)倒錐以及孔壁太粗糙。 
　　下墊闆和(hé)下模座上(shàng)的漏料孔與凹模孔的同心度差，孔的對接有(yǒu)如階。 
　　漏料孔太大(dà)，廢料易在孔內(nèi)作(zuò)不規則堆集；相鄰兩漏料孔成內(nèi)切時(shí)也易堵塞。 
　　下墊闆上(shàng)無導料孔，當廢料從凹模孔內(nèi)落下時(shí)，不能順利的進入下面的漏料孔。 

　　解決方法 ： 

　　降低(dī)凹模刃口，在0.2mm之間(jiān)可(kě)減少(shǎo)廢料積存的個(gè)數(shù)。 
　　當凹模孔＜ф0.2mm，漏料孔最好做(zuò)成圓錐孔,當凹模孔大(dà)于ф0.2mm時(shí)，漏料孔可(kě)做(zuò)成直孔，凹模刃口高(gāo)度部分不能有(yǒu)倒錐。 
　　調整凹模、下墊闆以及下模座上(shàng)的漏料孔的垂同心度，并将各部件上(shàng)的漏料孔擴大(dà)。 
　　相鄰兩漏料孔內(nèi)切時(shí)，為(wèi)了不堵塞漏料應做(zuò)成腰圓孔，或做(zuò)成一個(gè)大(dà)孔。 
　　凹模支承杆和(hé)下模座的去撐筋要有(yǒu)足夠的斜度或漏料通(tōng)道(dào)，使廢料順利地漏下，不緻堆積和(hé)堵塞。