一．沖孔質(zhì)量與模具設計

隨著(zhù)電子裝聯(lián)技術(shù)質(zhì)量的提高以及市場(chǎng)的競爭需要，全自動(dòng)插裝機得到迅速普及。這樣對單面PCB紙基板材沖孔質(zhì)量（少數單雙面非金屬化孔環(huán)氧-玻璃布基板也采用沖孔）的要求也就越來(lái)越高。就目前生產(chǎn)應用于全自動(dòng)插裝機的PCB廠(chǎng)家，有關(guān)沖孔質(zhì)量引起的投訴及退貨率已上升到一位。這里就單面PCB的沖孔質(zhì)量與疵病對策作為基本介紹，有利與單面PCB的沖孔質(zhì)量的提高。

1.1 模具設計：

沖孔直徑小到XXXPC和FR-2層壓板厚度的二分之一、FR-3厚度的三分之一是有可能做到的。許多模具設計者常常忽視這樣一個(gè)事實(shí)，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(guò)材料所需沖力的大小是相等的。因此，對于一付模具把彈簧（彈性膠）卸料板的壓力設計成多大的問(wèn)題，大多數模具制造者回答是：“要盡量大”。如模具內的空間不能容納足夠的機械彈簧（彈性膠）去起作用時(shí)，則采用液壓機構（現在新一代的脫模器都應有這一機構，采購時(shí)應引起注意）。彈簧（彈性膠）的放置應保證被沖制的零件彈卸均勻。如沖制件從模具里頂出時(shí)受力不均勻，則沖出的孔周?chē)鷰缀醵籍a(chǎn)生裂紋。在模具的沖頭開(kāi)始沖孔的一瞬間，卸料板要壓緊工件才能沖出高質(zhì)量的孔。其實(shí)要是卸料板的壓力能接近被沖材料的抗剪切力，那么既省力又可使沖出的孔更為規矩。

如果小沖頭出現嚴重損壞，則要確定是由于沖頭在沖孔行程中損壞的還是沖頭在回程時(shí)損壞的。假若定位銷(xiāo)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)不大于11/2度的很小錐度，其長(cháng)度不大于被沖材料的厚度。磨削時(shí)如能保持不超出這個(gè)范圍，則沖孔的質(zhì)量或尺寸就不會(huì )測量出什么問(wèn)題。引起沖頭損壞的另外兩個(gè)原因：一是同心度不好，這可以很容易地通過(guò)對模具進(jìn)行嚴格檢查來(lái)確定；另一是設計上的毛病，常常是對要沖的孔把沖頭設計得太小。

1.2 紙基層壓板的收縮：

在沖制紙基層壓板時(shí)，必須記住這類(lèi)材料是有彈性的，而且這種回彈的趨勢會(huì )使沖出的孔略小于沖頭。引起的尺寸差別決定于材料的厚度。為使沖成的孔在允許公差范圍之內，下表列出沖頭應超出沖制尺寸的量，在模具設計時(shí)應充分考慮。（表中所列數值不得用于環(huán)氧-玻璃布層壓板的設計，其收縮率大約是紙基層壓板的1/3）。

基材厚度（英寸） 室溫時(shí) 90度F以上

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、凸模間隙：

假若對孔的尺寸公差要求很精密，那么沖頭和凹模之間的間隙則應很小。用于沖制紙基層壓材料的凹?？讘葲_頭大0.002-0.004英寸。而對玻璃布基層壓材料一般則要求上述公差的一半。然而，有些模具沖頭與模具之間的間隙可多達0.010的綜合公差，用于檢驗標準允許的對孔質(zhì)量要求不高的地方。

一付間隙要求不嚴格的模具比一付精沖模便宜，凸、凹模之間的間隙不嚴格的模具與要求間隙要求嚴格的相比，前者損壞較多而剪切力較小。然而，用這種模具沖出的孔略呈漏斗狀(也稱(chēng)喇叭孔)便于順利插入元件，到現在還有特別要求這種喇叭孔的普通單面板客戶(hù)。而沖孔時(shí)應采用正沖，總要將銅皮面朝上。不得在兩面都布置有電路圖形的板上沖孔，因為這樣可能造成焊盤(pán)脫落。

凹、凸模間隙計算：

E=Ct (mm)

式中：C—覆銅板隙系數，C=0.02-0.06;

t—覆銅板厚度（mm）

1.4 孔距與孔徑：

如果設計的孔與板邊的距離或孔之間的距離接近材料厚度，這往往是很麻煩的事。應該盡可能避開(kāi)這種設計，但是，當孔距離必須小時(shí)，則應盡可能制造質(zhì)量好的模具。凸凹模和卸料板之間的間隙要嚴格，而且要使卸料板在凸模開(kāi)始沖入之前就已有足夠的力壓住代沖板（現在常用帶預壓力的液壓脫料系統，不過(guò)我對多家單面板廠(chǎng)的沖壓部調查發(fā)現老式模用彈性膠做預壓力的廠(chǎng)家無(wú)一例外沒(méi)有得到應有重視，有80%的模在修模過(guò)程中不上或少上預壓力彈性膠，應引起沖壓部門(mén)的足夠重視）。如果孔距過(guò)小，即使是好的模具，孔間也會(huì )產(chǎn)生裂紋。如果不允許孔間有裂紋，則應重新安排工序，把沖孔工序放在覆銅層壓板蝕刻之前。銅箔的增強作用有利于消除裂紋。（大多數環(huán)氧-玻璃布層壓板材是可以沖孔的，但只適用于非金屬化孔的環(huán)氧-玻璃布層壓板材）。

1.5 紙基層壓材料的預熱：

如果將紙基層壓材料加熱到90度F，則其沖孔工藝過(guò)程就會(huì )順利得多。這一點(diǎn)，甚至對于通常稱(chēng)之為冷沖型板或PC級板來(lái)說(shuō)也是如此，但不得把板材加熱到碎裂的程度，那么就會(huì )有一些沖屑一類(lèi)的殘留物排不出來(lái)。過(guò)度加熱的材料沖屑常常會(huì )把凹?？锥滤蓝蓮U品。把排屑孔做成錐度，則有利于減少堵塞現象。但有效的解決途徑還是在略低的溫度下沖孔。（在任何時(shí)候對環(huán)氧-玻璃布層壓板材都不得加熱沖孔或落料）。

1.6 沖裁力的計算：

沖床的噸位取決于沖床每一沖程必須沖制的工作量。覆銅層壓板的供應商可以給出用戶(hù)所采用板材的抗剪強度。通常，紙基層壓板約為12000磅/平方英寸，而環(huán)氧-玻璃布層壓板材為20000磅/平方英寸。沖掉部分的總周長(cháng)乘以板材厚度就可得出模具沖剪面積。如果所有尺寸均用英寸表示，則沖剪面積為平方英寸。

沖裁力的計算：

P沖=1.3STτ0

式中：S—沖裁周長(cháng)

T—板材厚度

τ0—板材的抗剪強度

1.7 模具安裝注意事項：

1）根據設計沖模所需的沖裁力及沖模大小與閉合高度，選取合適的沖床型號。

2）首先應啟動(dòng)沖床，認真檢查剎車(chē)，及保護裝置應完好，離合器以及沖床操作機構的運行是否正常，滑塊是否有連沖現象。如發(fā)現有不正?，F象時(shí)，應排除故障后再進(jìn)行沖模安裝。

3）檢查調整沖床閉合高度與代裝模等高（實(shí)際上應高于一高度以免裝模時(shí)碰擊，代安裝完成后再調節沖孔深度）；檢查模柄直徑是否與沖頭滑空相符，如模柄小，需在模柄上加適當的開(kāi)口套筒。

4）沖模下面的墊塊必須平直，等高、合理安放。原則上是在不阻塞落料的性況下，盡量把墊塊向沖模中心靠擾。

5）壓板、壓板螺絲、墊鐵等必須根據沖模大小、沖模噸位來(lái)選取螺絲必須擰緊，防止沖模在工作時(shí)滑動(dòng)造成意外事故。

6）安裝壓板時(shí)，螺帽、螺栓頭部應與導套下口保持一定距離，以免上模下降時(shí)碰擊而損壞沖床或沖模。

二．沖孔疵病與對策

2.1 毛刺

產(chǎn)生原因:

凹、凸模間隙過(guò)小，造成在凸模和凹模兩側產(chǎn)生裂紋而不重合，斷面兩端發(fā)生兩次擠壓剪切。

凹、凸模間隙過(guò)大，當凸模下降時(shí)，裂紋發(fā)生晚，像撕裂那樣完成剪切，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用，整個(gè)斷面產(chǎn)生不規則的撕裂。

解決方法:

合理選擇凹、凸模的沖裁間隙。這樣的沖裁剪切介于擠壓和拉伸之間，當凸模切入材料時(shí),刃口部形成楔子,使板材產(chǎn)生近于直線(xiàn)形的重合裂紋。

及時(shí)對凹、凸模刃口所產(chǎn)生的圓角或倒角進(jìn)行整修。

確保凹、凸模的垂直同心度，使配合間隙均勻。

確保模具安裝垂直平穩。

2.2 銅箔面孔口周?chē)蛊?br />
產(chǎn)生原因:

凹、凸模沖裁間隙過(guò)小，且凸模刃口變鈍。當凸模入被預熱而軟化的印制板時(shí)，板材就在凸模周?chē)a(chǎn)生向外，向上的擠壓移動(dòng)。
 
凸模刃口端有錐度。當凸模不斷進(jìn)入板材后，孔口周?chē)蛊鸬默F象就會(huì )隨著(zhù)凸模錐度的增加而增加。

解決方法:

被沖裁應超過(guò)原設計厚度的百分之二十；否則更換板材或重新設計沖模。

沖裁應有足夠的壓料力，用以克服沖孔時(shí)材料移動(dòng)的反擠力。

2.3孔口銅泊向上翻起

產(chǎn)生原因:

由于反沖，使銅箔拉入凹、凸模的沖裁間隙中。

銅箔與基材的結合力差，當凸模從被從被沖的印制板孔中拔出時(shí)，銅箔隨凸模向上提拉。

凸模刃口端有倒錐，鼓脹變形，當凸模從被沖印制板的孔中拔出時(shí)，銅箔隨凸模向上提拉。

解決方法:

采用正沖。

更換凸模。

凸模與卸料板的配合間隙不能大，應采用滑配合。

2.4基板面孔口周?chē)謱臃喊?

產(chǎn)生原因：

凹、凸模沖裁間隙不適當或凹模式刃口變鈍。沖孔時(shí)，被沖板材難以在凹模式刃口處形成剪切裂口。

基板沖裁性能差或沒(méi)有在沖裁前預熱。

壓料力小。

凹模刃口下部漏料孔堵塞或漏料阻力大，產(chǎn)生膨脹分層。

解決方法:

合理擴大凹，凸模沖裁間隙；

及時(shí)修復變鈍的凹模刃口；
 
增加壓料力；

調整基板預熱溫度；

擴大或鉸光漏料孔。

2.5 孔壁傾斜和偏位:

產(chǎn)生原因：

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板的配合間隙太大，卸料板對凸模起不到精密導向作用；

凹、凸模的配合間隙不均勻。間隙小的一邊，凸模徑向受力大，向間隙大的一邊滑移；

凹、凸模式裝配同心度差；推料板與凹、凸模外形偏位；推料板與凹模配合精度太差（指復合沖裁時(shí)）。
 
解決方法:

合理選擇凸模的材料；提高凸模剛性、強度、硬度和不直度。

提高凸模與凹模的加工同心度和裝配同心度。

提高凸模與卸料板的配合精度，確保精密導向。

確保導柱、導套的加工精度和裝配精度；減少推料板外形與凹模的配合間隙，并使推料板的外形和凹凸外形一致。

2.6 斷面粗糙

產(chǎn)生原因

凹、凸模沖裁間隙太大；凹模刃口磨損嚴重。

沖床的沖裁力不足，且不平穩。

      板材沖裁性能差。例如，基材含膠量過(guò)高、基材、老化、層壓結合力低等。

解決方法

選擇適當的凹、凸模沖裁間隙。

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預熱溫度和時(shí)間。

2.7 孔之孔與間裂紋

產(chǎn)生原因

孔壁太薄，沖孔時(shí)的徑向擠壓力超過(guò)印制板基材的孔壁強度。
 
相鄰很近的兩孔不是同時(shí)沖出，后沖的孔當凸模進(jìn)入板材時(shí)，由于孔壁太薄而被擠裂。

解決方法

印制板上的孔距設計要合理，孔壁不應小于基板厚度。

相鄰較近的孔應便用一副模具同時(shí)沖出。

把相鄰很近的兩個(gè)凸模，做成相差 0.5mm的不同長(cháng)度，使小面積范圍內較集中的沖裁力瞬時(shí)分散。

2.8 外形鼓脹

產(chǎn)生原因

模具設計不合理。對外形尺寸較大的印制板，如采用凹模內無(wú)推料板的下落料時(shí)，被沖印制板在自重的情況下，總是向凹模式孔內彎曲。加之，凸模下沖時(shí)，氣流對工件有一股沖擊波，使工件中心更為下曲，而靠近凹模刃口處向下彎曲量很小，造成外形鼓脹。

外形落料的凹模變形，出現長(cháng)邊處產(chǎn)生鼓脹。
 
解決方法

印制板的外形尺寸大于200mm時(shí)，宜采用上落料結構的模具沖外形。如采用下落料的模具結構時(shí)，則一定要在凹模內裝一塊具有彈性托料力的推料板，使印制板不變形。

增加凹模的壁厚，或選用具有足夠的抗彎、抗張強度的材料造模具。

盡量減少凹模的熱處理變形。對幾何形狀復雜的凹模，可采用選熱處理淬硬，后用線(xiàn)切割加工的辦法來(lái)克服變形。

2.9 廢料上跳：

（有時(shí)部份廢料在沖孔時(shí)不是向下掉，而是向上跳；有的進(jìn)入工件孔內，還需人工清除；有的跳在下模上面，影響沖裁工作正常進(jìn)行）。

產(chǎn)生原因

銅箔與基材的粘合力差，沖孔時(shí)廢料上的銅箔容易脫落，隨著(zhù)凸模退出凹模時(shí)，進(jìn)入被沖孔內。

凹模間隙過(guò)大，且漏料不暢通，當凸模退出凹模卸料時(shí)，廢料隨之上跳。

凹?？子械瑰F，沖孔廢料難以下落，反而隨著(zhù)凸模退出凹模時(shí)向上跳。

解決方法

加強對基板材料的進(jìn)廠(chǎng)檢驗。
 
減小凹、凸模的間隙，擴大漏料孔。

及時(shí)修整凹?？椎牡瑰F。

2.10 廢料堵塞

產(chǎn)生原因

凹模刃口太高、廢料積存太多。

凹模漏料孔太小或刃口部有倒錐以及孔壁太粗糙。

下墊板和下模座上的漏料孔與凹?？椎耐亩炔?，孔的對接有如階。

漏料孔太大，廢料易在孔內作不規則堆集；相鄰兩漏料孔成內切時(shí)也易堵塞。

下墊板上無(wú)導料孔，當廢料從凹?？變嚷湎聲r(shí)，不能順利的進(jìn)入下面的漏料孔。

解決方法

降低凹模刃口，在0.2mm之間可減少廢料積存的個(gè)數。

當凹?？祝姬?.2mm，漏料孔好做成圓錐孔,當凹?？状笥讧?.2mm時(shí)，漏料孔可做成直孔，凹模刃口高度部分不能有倒錐。

調整凹模、下墊板以及下模座上的漏料孔的垂同心度，并將各部件上的漏料孔擴大。

相鄰兩漏料孔內切時(shí)，為了不堵塞漏料應做成腰圓孔，或做成一個(gè)大孔。

凹模支承桿和下模座的去撐筋要有足夠的斜度或漏料通道，使廢料順利地漏下，不致堆積和堵塞。