Podpora inovací: Procesy směrování do hloubky – dosažení bezkonkurenční přesnosti u složitých PCB

Při výrobě PCB poptávka po stále složitějších a miniaturizovaných návrzích neustále posouvá hranice tradičních výrobních metod, včetně hloubkového směrování.

Hloubkové směrování je nezbytné v několika klíčových aplikacích PCB:

• Pevné flex PCB:Tyto hybridní desky kombinují pevné sekce s flexibilními propojeními, což vyžaduje přesné hloubkové vedení pro odstranění "šálku" nahoře a/nebo dole flex části.
• PCB s kazy:Prostory jsou strategicky vytvářeny uvnitř vrstev PCB tak, aby integrovaly nebo přímo vkládaly komponenty do desky.
• Měděné mince PCB pro chladiče:Ve vysokovýkonných aplikacích jsou měděné mince často zabudovány do PCB, aby sloužily jako vysoce efektivní lokální chladiče. Hloubkové směrování se používá k vytvoření přesných kaps pro tyto mince, což zajišťuje dokonalé usazení.

Úspěch v těchto aplikacích vyžaduje nejen robustní stroje, ale také sofistikované řídicí funkce. Výrobci PCB spoléhají na pokročilé funkce strojů a procesní metody, aby splnili své přesné cíle směrování do hloubky. Zde se podívám na některé klíčové funkce, které umožňují výrobcům zvládnout složité výzvy směrování do hloubky.

Hloubkové směrování s druhým měřicím systémem

Běžným scénářem při hlubokém frézování je vytvoření konstantní hloubky řezu, i když samotný panel PCB není dokonale rovný – což je častý jev ve výrobě. V takových případech může spoléhat se pouze na předprogramovanou hloubku osy Z z pevného referenčního bodu vést k nekonzistentním výsledkům.

Aby se tomu zabránilo, stroje používají druhý měřicí systém, obvykle s tlakovou patkou vybavenou speciální vložkou nebo kartáčem, který přesně dotýká povrchu PCB. Stroj vypočítává hloubku od přesného okamžiku kontaktu a udržuje ji konzistentně po celé trase. Tato dynamická úprava zajišťuje, že hloubka vedení je přesná vzhledem k potenciálně nerovnému povrchu panelu. Typickou a klíčovou aplikací této technologie je hloubkové frézování pro odstranění misky při výrobě pevných flex PCB.

Obrázek 1: Hloubkové směrování pomocí vzorků druhého měřicího systému.

Hloubkové směrování z elektrického kontaktu

Zatímco druhý měřicí systém často používá mechanický kontakt k určení počátečního bodu pro výpočty hloubky, směrování hloubky z elektrického kontaktu nabízí alternativní, přesnou metodu, která využívá elektrické vlastnosti PCB. V tomto přístupu musí být vrstva určená jako výchozí bod pro výpočet hloubky uzemněna. Může to být horní vrstva mědi nebo vnitřní vrstva mědi. Elektricky vodivý směrovací nástroj naváže kontakt s touto uzemněnou vrstvou a spustí přesný signál, který definuje nulový bod pro měření hloubky na ose Z.

Tato metoda je zvláště výhodná pro aplikace vyžadující extrémně přesné tolerance a přímý vztah k vodivé vrstvě. Eliminuje drobné mechanické odchylky, které mohou nastat u tlakových nožisek, a nabízí lepší opakovatelnost, když je cílem měděný prvek.

Obrázek 2: Hloubkové vedení pomocí elektrického kontaktu s uzemněnou horní vrstvou.

Obrázek 3: Hloubkové vedení pomocí elektrického kontaktu s vnitřní vrstvou uzemněnou.

Leštění

Principy elektrického kontaktu lze také aplikovat v "leštění". Tato pokročilá vlastnost zajišťuje výjimečně čistý a přesný povrch trasy, zejména pokud je hloubkové vedení navrženo tak, aby odhalilo měděnou vrstvu bez poškození. Stroj provádí operaci hloubkového směrování. Když nástroj naváže elektrický kontakt s cílovou měděnou vrstvou, pohyb v ose Z se automaticky zastaví. Nástroj se pak mírně posune podél osy X a/nebo Y, mírně se zvedne v ose Z, pokračuje v pohybu v ose X a/nebo Y a následně klesá, aby obnovil elektrický kontakt. Tato sekvence se opakuje jako součást lešticího procesu.

Tento iterativní mikropohyb zajišťuje, že stroj neustále "cítí" měděný povrch. Výsledkem je velmi přesné hloubkové vedení s minimálním pronikáním do mědi, které efektivně "leští" povrch odstraněním zbytků dielektrických zbytků nebo mikro-otřepů, což vede k čistému měděnému povrchu připravenému pro další procesy.

Pokročilé možnosti mapování

Pro aplikace vyžadující stejnou tloušťku zbývajícího sloupu (přesná vzdálenost mezi koncem hloubkového vedení a spodní plochou panelu) je jednoduché vedení s konstantní hloubkou často nedostatečné kvůli inherentním rozdílům v tloušťce panelu. V takto složitých případech je nezbytné vytvořit "mapu" záložního panelu (spodní plochy) před zahájením směrování.

Toto mapování zahrnuje vysokorozlišovací skenování nebo měření topografie spodního povrchu. Výsledná data vytvářejí digitální "mapu", která přesně informuje směrovací stroj o místních změnách tloušťky. Řídicí systém stroje pak upravuje hloubku osy Z pro každý směrovaný bod podle této mapy. To zajišťuje, že i když se původní tloušťka panelu mění, zbývající tloušťka sítě je konzistentně rovnoměrná.

Obrázek 6: Mapa vzorku zadního panelu.

Dotyková sonda

Na základě stability poskytované vakuovým stolem nebo adaptérem nabízí hloubkové vedení s ovládáním dotykovou sondou nejvyšší úroveň přesnosti při tvorbě dutin. Na ose Z je umístěna speciální dotyková sonda, která poskytuje nezávislý a velmi přesný způsob ověřování a kontroly skutečné hloubky během procesu směrování.

Existuje několik způsobů, jak technologii dotykové sondy využít:

1. Jedno měření + směrování:

• Změřte povrch panelu:Dotyková sonda přesně měří jeden bod na povrchu panelu, aby stanovila definitivní referenční bod
• Frézujte do definované hloubky podle povrchu panelu:Směrovací cesta se provádí do naprogramované hloubky, odkazující na měřený povrchový bod

2. Vícenásobné měření + směrování:

• Změřte povrch panelu dotykovou sondou:Dotyková sonda skenuje více bodů na povrchu panelu
• Různé měřicí body na povrchu panelu/proces mapování:To vytváří podrobnější topografickou mapu požadované oblasti
• Směrujte do definované hloubky na základě střední hodnoty mapovaných dat:Trasa je dynamicky upravována na základě průměru nebo interpolované hodnoty z mapovaných datových bodů, čímž se kompenzují lokalizované nepravidelnosti povrchu na větších plochách

3. Měření po směrování:

• Změřte povrch panelu:Vezměme počáteční povrchovou referenci
• Změřte nižší, již zpracovanou hladinu a zkontrolujte hloubku:Po úvodním průchodu trasování dotyková sonda změří hloubku směrovaného prvku pro ověření přesnosti. To by mohl být klíčový krok kontroly kvality.

4. Adaptivní trasování dutin:To představuje vrchol přesnosti, využívající uzavřený zpětnovazební systém:

• Měřte povrch dotykovou sondou:Stanovuje počáteční referenci
• Směrování:Provádí počáteční průchod směrováním
• Změřte hloubku pomocí dotykové sondy:Sonda měří hloubku dosaženou po průletu
• Konečné trasování, pokud je to nutné:Pokud se naměřená hloubka odchyluje od cíle, stroj provede finální, adaptivní trasovací průchod k dosažení požadované hloubky. Tento proces zajišťuje bezkonkurenční přesnost.

Laserové pouzdra: Když mechanické směrování dosáhne svých limitů

Zatímco mechanické směrování do hloubky nabízí obrovské schopnosti, existují situace, kdy jeho omezení vyžadují laserovou technologii pro vyřazování procesů. Tyto případy často nastávají při práci s materiály, které je obtížné mechanicky obrábět, kdy požadovaná velikost a přesnost prvků převyšují mechanické schopnosti, nebo když je třeba minimalizovat tepelný dopad. Lasery, zejména ty špičkové jako PICO-green, jsou ideální pro úkoly jako je odstraňování tenkých povlaků z měděných destiček nebo přístup k kontaktním podložkám s minimálním poškozením.

PICO-zelený laser může ablovat mikrony s minimálním dopadem na další vrstvu. Tato bezkontaktní, vysoce přesná a lokalizovaná dodávka energie zajišťuje minimální tepelný dopad na okolní materiál a zachovává integritu citlivých měděných destiček a jemných struktur. Laserové skiving poskytuje lepší kontrolu a čistotu ve srovnání s mechanickými metodami pro specifické aplikace.

Shrnutí

Schopnost provádět vysoce přesné hloubkové směrování je zásadní pro dnešní složité návrhy PCB, včetně tuhých flex desek, PCB s vestavěnými komponentami a těch, které vyžadují integrované chladiče. Několik strojových prvků hraje klíčovou roli při zajištění přesnosti směrování do hloubky. Patří sem již zmíněné funkce a schopnosti, stejně jako upnutá vřetena zlepšující stabilitu nástroje, lineární pohony umožňující přesný a rychlý pohyb a nastavitelné ventily umožňující přesné řízení tlaku na tlakové nožce, mimo jiné.

Strategická kombinace a správné využití těchto strojních funkcí (nebo jejich kombinace), spolu se správnými směrovacími nástroji, vhodnými záložními materiály a odbornou prací zkušeného procesního inženýra, umožňují vytvářet nejpropracovanější a nejnáročnější návrhy PCB. Tyto pokročilé schopnosti jsou nezbytné pro splnění složitých požadavků moderní elektroniky a zajišťují vynikající výkon, spolehlivost a miniaturizaci.