PCB线路板的生产设备研发及应用

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  摘 要:PCB线路板是一种十分重要的设备,在所有的电子产品中,都是重要的载体。目前,电子产品的发展趋势是低成本性、高可靠性、高密度性、高功能性,体积也越来越短小、轻薄。因此,PCB线路板也需要更加精密,这就给PCB线路板生产设备的研发和应用带来了更大的困难。PCB线路板生产设备需要满足低成本、高稳定、高精、高速等要求,而传统的设计制造方法已经难以满足这些要求。基于此,本文对PCB线路板生产设备的研发及应用进行了研究。
  关键词:PCB线路板;生产设备;研发及应用
  前言:PCB是印制电路板,也叫做印刷线路板,是一种非常重要的电子部件,在所有的电子元器件当中,都发挥着重要的承载和支撑作用,同时也是电器元件中实现电气连接的主要载体。电子设备中应用印制板,能够发挥同类印制板一致性的特点,防止了人工接线的错误,能够实现电子元器件自动检测、焊锡、装贴、插装,对电子设备的质量保证十分有利,同时有助于降低成本,提高劳动生产率,提高维修效率等。因此,PCB线路板的生产设备研发及应用就显得更为重要。
  1PCB线路板的应用发展趋势
  随着电子产品的不断发展,在各种电子设备中,电子元器件正逐渐朝着集成化、小型化、精密化的方向发展,因此,对于高精密PCB线路板的需求也日益增加。在PCB线路板中,主要包括了导体部分和绝缘材料部分。由于电子产品的小型化和集成化发展需求,PCB线路板最为电子元器件的重要载体,其发展趋势主要包括了IC封装基板、高密度HDI/BUM板,以及软硬性板等[1]。其中,HDI板通常具有152.4um以下的孔径,同时具有0.25mm以下的孔环环径,布线密度在64mm/mm2以上,接点密度也在20/cm2以上,间距、线宽分别在76.2um以下。IC封装基板则是在HDI/BUM板的基础上发展而来,具有更高的密度化特性。软硬性板则包括了软板和硬板两部分,能够有效的节约空间、实现轻量化和高性能化的要求,同时避免了复杂接线的繁琐。
  2PCB线路板生产设备的发展情况
  随着PCB线路板需求量的不断增加,PCB线路板生产设备也面临着更高的要求。不过,由于PCB线路板生产设备的核心技术始终掌握在一些发达国家手中,而我国关于这一方面的研究起步较晚。虽然近年来通过不断的研發,产品的性能和质量都得到了较大的提升,但是与发达国家相比,在加工速度、加工精度、加工能力等方面,依然存在着一定的差距[2]。而在市场容量方面,业内市场中的市场份额占比也比较低,因而进行更加深入的研究和开发。
  3PCB线路板生产设备的研发及应用
  3.1研发要领
  PCB电路板在使用前,需要合理设计出基本的路线和PCB的线路板形状。通常利用PCB电路板的主要目的是确保电路的小型化,设计出机器的大小和形状,明确元件的具体位置。如果对设计出来的电路形状不满意,可以结合自身的实际使用需求,做大幅度的变更调整,明确零件类位置后,再决定出配线的形状。电路配线是电路板在应用前必要要做好的工作,但是由于电路配线自身的限制性因素较大,如果设计方法不合理会降低电路板的使用寿命。通常在实际的设计过程中,会选择单面机构的FPC,如果选择的FPC线路过于复杂,需要观察能不能贯穿孔,防止贯穿孔对电镀的耐折性造成较大的影响。如果不用贯穿孔的话,曲折部分的贯穿孔不需要做镀铜处理。需要以单面板PCB另外制作曲折部分,确保双面的FPC能够与单面板PCB相互接合。
  3.2 PCB电路板的具体应用
  3.2.1 PCB电路板在生产中的应用
  在PCB线路板的生产当中,激光钻孔、数控机械钻孔等都是主要的生产方法。随着技术的发展,更为先进的激光钻孔加工技术得到了较大的发展,不过,由于其对于被加工材料适应性较为有限,孔壁质量较低,设备成本较高,因而目前并没有得到广泛的普及,最为常用的仍然是机械钻孔技术。在当前大多数PCB线路板生产设备中,采用了六轴钻孔机设备,包括了主轴部件、工作台部件、运动导向部件、横梁、床身等基础部件,以及其它的一些功能辅助性部件。在生产过程中,设备在横向、纵向、垂直等方向上运动,主轴保持高速旋转的状态,能够确保PCB线路板不同的生产加工要求[3]。其中,横梁、床身等部件构成框架龙门式结构,对运动部件进行有效的支撑,并对设备运行中发生的振动进行吸收,通常的结构类型包括了人造花岗岩、天然花岗岩、钢板焊接、铸铁铸造等结构。
  在橫向方向上,采用了多轴级联方式,能够使设备成本得以降低,运行效率得以提升。在纵向方向上,主要使对被加工PCB线路板进行承载,并对被加工件进行准确的前后定位固定。在垂直方向上,需确保良好的运动效率和较高的运动精度,以确保被加工件的质量和性能。在PCB线路板的生产当中,钻头是一个重要的部分。由于孔分布密度增加,孔径减小,因此在研发中,应度刃口粗糙度、钻头形状、刚度、精度、材质等进行妥善的设计,保证钻头的良好品质,以确保PCB线路板的生产质量。吸尘系统能够在加工过程中,及时的吸走加工产生的碎屑,并对钻头进行充分冷却[4]。在加工过程中,压脚能够确保PCB线路板压平,确保加工过程中,PCB的良好的平板状态,防止产生加工偏差。随着科技的发展,PCB线路板生产设备也取得了较大的进步,其研发样式不断增加,应用效果也更为理想。
  3.2.2 PCB电路板在组装中的应用
  PCB电路板的底部填充技术,主要是基于“毛细流动原理”的流行性和非流动性产生的,主要是通过毛细作用将业态的数值吸入到芯片底部和PCB之间的间隙,通过利用紫外线固化或加热方法,将被焊接芯片和PCB板固定在一起,对保护焊点,防止焊点出现严重的损伤,提高焊点的可靠性具有重要作用。在印制电路板时,主要是利用毛细管底部填充技术,主要是填充分散芯片,来提高整个印制电路板的可靠性。为了明确印制板印刷焊高的位置,需要将BGA、CSP等表面贴装芯片贴装到印刷焊膏位置,确保填充材料能够在印制电路板和填充芯片中保留一定的孔隙,有助于提高毛细管底部填充的可靠性,需要确保填充材料和应用设备的充足性,确保各项安装工作的精确性。   可贴片式热熔胶片自身具有雾都、无重金属进而无卤素等优点,具有良好的绝缘性,产品的外形尺寸符合标准,并且尺寸精确,将可贴片式热熔胶片安装到印制板中的BGA和CSP之间,提高了焊接工艺性能,是印制电路中一种理想的填充材料。在使用可贴片式热熔胶片进行填充时,需要在原来回流焊接工艺流程的基础上增加贴热熔胶片工序,在BGA和CSP的底部位置贴热熔胶片,随后在进行芯片贴装,最后完成回流焊接的芯片焊装和底部填充工作,节省了再次填充芯片的时间,能够确保小批量电路板底部填充工作的高效開展。
  3.2.3 PCB电路板在装配工艺中的应用
  PCB电路板与IC器件相比其装配工艺具有特殊性,为了确保装配工艺取得良好的应用效果,需要将焊剂工艺和底部填充工艺融入到装配工艺中。今年来,铸焊技术被广泛应用,主要是运用芯片浸蘸的形式,需要在助焊剂薄膜中蘸取一定的助焊剂,再将器件贴装在基板上,进行回流焊接,或者将助焊剂实现加到基板上,再进行回流焊接,发挥助焊剂固定器件作用,确保焊接表面的湿润。PCB板在完成倒装芯片焊接工作后,需要在器件底部进行填胶,展现出“毛细流动原理”的流动性和非流动性,优化倒装芯片装配工艺流程。还有另外一种工艺,主要是利用各向异性导电胶来装配PCB班用倒装芯片,确保贴片头有较高的压力,并将其贴装在基板上,并对器件进行加热处理,使导电胶固化。但是该项工作在实施过程中,对工艺有着严格的要求,需要充分展现出贴片头的加热功能。倒装PCB芯片自身比较小,对贴装精度有着较高的要求。同时,对贴片设备照相机图像处理能力也有着较高的要求,球径小的球距需要运用高像素的像机进行处理,随着时间的推移,高性能的芯片的尺寸会不断增大,焊凸的数量也会随之升高,导致基板越来越薄,需要通过底部填充来提高产品的可靠性。
  结论:由于电子设备的小型化、精密化发展,PCB线路板作为电子元器件重要的连接与承载部件,也需要满足小型化、精密化的要求。因此,在PCB线路板的生产设备研发及应用中,也提出了更高的要求。随着科技的发展,自动化技术、数字化技术、计算机技术正得到快速的应用和普及,综合应用这些技术,能够有效提高PCB线路板的生产设备性能与质量,从而推動PCB线路板质量与性能的提升。
  参考文献
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  [2]龙来寿,孙水裕,钟胜,刘敬勇,邓丰,李红军. 真空热解预处理对回收废线路板中铜的影响[J]. 中国有色金属学报,2010,04:795-800.
  [3]许燕滨,段晓军,罗庆旺,潘美莹,杜妍晔,严杰能. 一体化膜生物反应器处理印刷线路板综合废水[J]. 电镀与涂饰,2010,06:38-41+44.
  [4]刘维桥,尚通明,雷卫宁,周全法. 废弃印刷线路板资源化与无害化处理研究进展[J]. 环境科学与技术,2011,04:48-54.
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