CN103152977A - 一体化电路板及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一体化电路板及其生产制作方法，该一体化电路板的基材采用刚化基材，包括主体电路板、连接线路板、附属电路板三个部份。其制作方法包括以下步骤：材料选择、开料、钻孔、化学沉铜、全板电镀、线路图形制作、图形电镀、蚀刻、阻焊制作、零件符号印刷、表面处理、外形加工、PCB板通断测试、丝印锡膏、点胶、贴装、固化、回流焊接、清洗、PCBA检测、PCBA电路板弯折处理、组装。本发明的有益效果是：通过提供一种用于电力设备上的一体化电路板，采用特制铣刀铣薄需弯折部位的方式，能有效简化设计，提高电力设备安全性能，并可节省电力设备的制造成本。

Description

一体化电路板及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种一体化电路板及其制作方法，尤其涉及在电力设备中高温、高压条件下使用的一体化电路板及其制作方法。

背景技术

电路板是电子设备的重要组件之一。现有技术的电力设备电路板设计是采用若干块独立的电路板，各个电路板实现各自所对应模块的功能，各块电路板与电路板之间采用缆线连接进行导通，形成一个完整的电子逻辑工作电路。

这种电路板存在如下问题：

1.缆线布线复杂凌乱，使用缆线数量多，在设备机体内占用大量的空间，使得设备的体积庞大；

2.缆线的排序和标识非常复杂拥挤，在设备维修时不易查找区分，排除故障的时间会很长；

3.由于缆线是采用塑胶外皮包裹，是一种易燃物质，耐高温能力弱，这样在发生雷击、短路、超压等事故时，容易引发火灾。

另外，目前电子设备的电路板之间也有采用柔性线路板连接，但柔性线路板不适合于电力设备这样的可能在高温高压环境使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种在电力设备中的电路板相互连接的方法和相互连接的电力设备电路板。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种一体化电路板，包括主体电路板、连接线路板、附属电路板，所述的主体电路板通过连接线路板与附属电路板相连；所述的主体电路板、连接线路板、附属电路板的基板为一整块厚为1-3mm的刚性基板材料，所述的刚性基板材料的正面贴装有电子元器件，背面覆有铜箔，在所述的刚性基板材料的中间正面向下设置贯穿整个基板的区域的坑位，所述的坑位处的刚性基板材料的厚度为0.2-0.3mm形成连接线路板，所述的刚性基板材料两端沿所述的连接线路板向内弯折形成所述的主体电路板和附属电路板。

进一步的，上述的一体化电路板中：所述的刚性基板材料为FR-4玻璃纤维布基材料。

进一步的，上述的一体化电路板中：所述的连接线路板的宽度为20-30mm。

进一步的，上述的一体化电路板中：所述的FR-4玻璃纤维布基材料的厚度为1.6mm。

进一步的，上述的一体化电路板中：所述的刚性基板材料两端沿所述的连接线路板向内弯折的角度为135o至165o。

本发明还提供一种一体化电路板的制作方法，该方法包括印制电路板制作步骤、元器件帖装和焊接形成电路板的步骤，在印制电路板制作完毕后还包括外形加工步骤，在焊接好元器件形成电路板后还包括电路板弯折处理步骤；

所述的外形加工步骤为：

在印制电路板中设置连线板的位置，在连接线路板的位置进行立体切削加工，将其铣薄，形成一个坑位，保留厚度为0.2-0.3mm；

割除印制电路板周围的工艺边；

所述的电路板弯折处理步骤包括使用工装夹具对电路板进行弯折处理，根据产品图纸设计的要求，将连接线路板弯折到设定角度并定型。

进一步的上述的制作方法中：

在所述的外形加工步骤中，

所述的连线板的宽度设置为20-30mm，长度为整个印制电路板的宽度；

割除印制电路板周围的工艺边时采用直径为1.2mm的锣刀将印制电路板四周的工艺边切割。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过提供一种一体化电路板，使两块电路板整合在一起，节省了用于连接电路板的缆线，不仅占用空间少，更有效地简化了设备装配的复杂性，提高了设备装配效率和降低制造成本；

2、本发明设计的连接线路板采用FR-4材料制作，通过锣空一边形成背面的单面PCB板，由于FR-4材料的阻燃等级为94V0，使用该种材料制作的连接线路板来代替塑料外皮缆线，可减少设备整机对于缆线材料的使用，能有效降低设备的火灾隐患。

下面结合附图对本发明实施例作进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例的一体化电路板截面图（1）。

图2为本发明实施例的一体化电路板截面图（2）。

图3是现有技术中的电路板截面图。

具体实施方式

本发明实施例的一种应用于电力设备上的一体化电路板如图1、图2所示：

一体化电路板，其包括主体电路板1、连接线路板2、附属电路板3三个部份。

在主体电路板1、附属电路板2正面贴装有若干电子元器件4，电子元器件4的引脚穿过基板6在主体电路板1、附属电路板1的背面焊接，因此，主体电路板1、附属电路板1背面具有铜箔5，为了保证主体电路板1和附属电路板1联接，在连接线路板2背面也有铜箔5。

本实施例中，一体化电路板的基板为FR-4玻璃纤维布基材料，厚度为1.6mm，连接线路板3的厚度为0.2-0.3mm，宽度为20-30mm，连接线路板3将主体电路板1连接附属电路板2连接，在连接线路板3处可以折弯如图2所示，本实施例的一体化板也可以采用原来的外型如图3所示，在基板6上焊接电子元器件4，根据事先设计的在中间预留一个区域正面不焊接元器件，背面布铜箔5，在正面进行加工，使该区域的厚度变成0.2-0.3mm形成如图1所示电路板，在图1的基础上，两边折弯形成图2所示电路板。

在生产本实施例的一体化板时采用的是1.6mm 厚的FR-4玻璃纤维布基材料，一般情况下，可以采用1.0mm-3.0mm厚度的FR-4玻璃纤维布基材料。

图3所示的电路板进行铣槽加工，形成一个宽度为20mm-30mm的坑位如图1所示，该坑位即为连接线路板3，此时连接线路板3形成了联为一体的三个部分：主体电路板1、附属电路板2和连结线路板3，连结线路板3只有一层铜线5，用于连接主体电路板1和附属电路板2的电路，使之导通。

弯折作业时，由于连接线路板3的保留厚度很薄只有0.2-0.3mm，可通过工装夹具进行弯曲并定型，形成图2的弯折效果；由于FR-4玻璃纤维布基材料在厚度小于0.3mm时，具有一定范围的可弯折性，一般地，在角度165°-135°的范围间弯折是最优的，在受力均匀的情况下，是不会损伤。

采用本发明实施例的一体化电路板，能有效地简化电力设备的组件布局设计，使电子组件占用机体空间少，设备组装更简化，提高设备装配效率和提高设备安全性能。

作为一种实施方式，上述的一体化电路板的制作材质不仅限于FR-4玻璃纤维布基材料，例如使用柔性板FPC或软硬结合板都可以实现此功能，不过，由于柔性板FPC或软硬结合板的原材料大部分进口，制作成本太高，不是本发明的宗旨。因此，本发明实施例选用FR-4玻璃纤维布基材料制作电路板，不仅成本上具有竞争力，在耐压强度、阻燃等级等方面都要优选于FPC柔性板。

可采用如下方法来制得上述的一种应用于电力设备上的一体化电路板。

首选按照下列步骤制作制电路板。

1、材料选择：选用FR-4板材，板厚1.6mm（含铜）、铜厚1/1OZ，大料尺寸41″*49″，材料选择后进行来料品质检查。

2、开料：开料时将PNL长度方向与大料经度方向保持一致，使用自动滚剪机进行开料，开料后将PNL板使用自动磨边机进行磨边，使PNL板四周光滑平整无毛刺，然后再用圆角机将四个角磨圆；磨圆角完成后烤板：用150oC烤板2小时。

3、钻孔：先将PNL板的四个角的位置打靶孔，形成定位孔，将PNL板通过管位钉固定于CNC钻孔机上，最上面铺一张铝片，以防止钻孔批峰过大；钻孔完成后对红胶片进行检验，检查是否有偏孔、漏孔、多钻孔等品质问题。

4、化学沉铜：使用特制的化学药水进行孔处理、除毛刺、除胶渣，然后进行化学沉铜，在孔内沉积出一层均匀的铜，同上下两面的铜箔导通。

5、全板电镀：全板电镀的目的是为了加厚表层铜箔的厚度，板面镀层要求均匀，均匀度≥85%，无烧板、无严重折皱。

6、线路图形制作：按照双层PCB来制作，前处理磨板、贴干膜、对位，线路对位以图形内小孔为基准，按方向对位，对位完成后曝光，然后过显影机进行显影。

7、图形电镀：通过电镀的方法加厚图形线路、继续加厚孔铜，将孔铜控制在≥25um、线路层铜厚控制在65～70um之间，然后在线路图形位置镀上一层锡加以保护。

8、蚀刻：退膜、蚀刻、褪锡，得到两面完整的线路图形。

9、阻焊制作：前处理火山灰磨板、印刷绿油、低温焗炉烤板、菲林对位、曝光、显影、后烤。

10、零件符号印刷：使用字符网版印刷零件的位置标识，完成后分段焗板，100度×30分钟，120度×45分钟，160度×60分钟。

11、表面处理：过助焊剂、有铅喷锡、热风整平：

然后按照正面的步骤进行外形加工，使刚性基板中间形成一个通坑。

12、外形加工： 

①采用CNC电脑锣机，在机身上铺垫木板，种管位钉；将PCB板边工艺边上的定位孔套入管位钉内进行固定，注意元件面朝上；

②启动CNC程序，根据图纸设计的参数进行加工，首先用特制的铣刀对连接线路板的连接位置进行立体切削加工，铣刀主轴的转速为4万转/分钟，高速旋转的铣刀可将接触部位的玻璃纤维布基材料铣成粉屑，粉屑通过主轴上连接的吸尘管吸走，最终将连接位置铣薄，形成一个平整光洁坑位，注意保留连接线路板的厚度为0.2（-0，+0.1）MM，不能损伤到另一面的线路层；

③连接线路板铣好后再使用直径1.2MM的锣刀将此一体化的PCB四周的工艺边锣掉，形成成品PCB，此时主体PCB、附属PCB通过连接线路板联为一体，在未进行弯折处理前，三个部分是处于同一个平面的；

④搬运和转序：必须将PCB板平放在塑料盘内进行搬运和转序，以免因受力不均折伤连接线路板。

随后进行正面的步骤主要是帖装和焊接元器件。

13、PCB板通断测试：使用制作好的测试架进行测试，良品转序到PCBA组装车间，不良品进行修理返测或报废处理。

14、丝印锡膏：使用半自动丝网印刷机，将焊膏或贴片胶印刷到PCB的焊盘上，为元器件的焊接做准备。

15、点胶：使用点胶机将胶水滴到PCB的的固定位置上，其主要作用是将元器件固定到PCB板上。

16、贴装：使用SMT贴片机将表面组装元器件准确安装到PCB的固定位置上，元件面朝上，焊接面朝下。

17、固化：过固化炉，其作用是将贴片胶融化，从而使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一起。

18、回流焊接：过回流焊炉，将焊膏融化，使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一起。

19、清洗：过清洗机，将组装好的PCBA板上面的对人体有害的焊接残留物如助焊剂等的化学物质除去。

20、PCBA检测：对组装好的PCB板进行焊接质量和装配质量的检测，所用设备有放大镜、显微镜、在线测试仪（ICT）、飞针测试仪、自动光学检测（AOI）、X-RAY检测系统、功能测试仪，最后进行弯折处理。

21、PCBA电路板弯折处理：使用定制的工装夹具对PCBA电路板进行弯折处理，根据产品图纸设计的要求，将连接线路板弯折到设定的角度并定型，由于连接线路板的保留厚度很薄只有0.2-0.3MM，其是由FR-4玻璃纤维布基材料构成，而FR-4玻璃纤维布基材料在厚度小于0.3MM时，具有一定范围的可弯折性，一般地，在角度165°-135°的范围间弯折，在受力均匀的情况下，是不会损伤玻璃纤维布基和附着在上面的铜皮线路的。

22、设备成品组装：完成弯折处理后的PCBA电路板，由于FR-4玻璃纤维布基材料具有一定的刚性，为避免受到应力影响而使连接槽位的弯折角度变形，在进行弯折定型后，要及时将主体电路板和附属电路板两个部分组装并固定于设备所设计的腔体位置，通过螺丝等紧固材料来固定。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，应当指出，本发明的保护范围并不局限于此，本发明不局限于上述最佳实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，在不脱离本发明原理的前提下可轻易想到的结构变化或替换、或相近的技术方案，都涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应当由所附权利要求极其等同的范围限定。

Claims (8)

1.一种一体化电路板，包括主体电路板、连接线路板、附属电路板，所述的主体电路板通过连接线路板与附属电路板相连；其特征在于：所述的主体电路板（1）、连接线路板（3）、附属电路板（2）的基板（6）为一整块厚为1-3mm的刚性基板材料，所述的刚性基板材料的正面贴装有电子元器件（4），背面覆有铜箔（5），在所述的刚性基板材料的中间正面向下设置贯穿整个基板的区域的坑位，所述的坑位处的刚性基板材料的厚度为0.2-0.3mm形成连接线路板（3），所述的刚性基板材料两端沿所述的连接线路板（3）向内弯折形成所述的主体电路板（1）和附属电路板（2）。

2.根据权利要求1所述的一体化电路板，其特征在于：所述的刚性基板材料为FR-4玻璃纤维布基材料。

3.根据权利要求2所述的一体化电路板，其特征在于：所述的连接线路板的宽度为20-30mm。

4.根据权利要求2所述的一体化电路板，其特征在于：所述的FR-4玻璃纤维布基材料的厚度为1.6mm。

5.根据权利要求1所述的一体化电路板，其特征在于：所述的刚性基板材料两端沿所述的连接线路板向内弯折的角度为135o至165o。

6.一种权利要求1至5所述的一体化电路板的制作方法，包括印制电路板制作步骤、元器件帖装和焊接形成电路板的步骤，其特征在于：在印制电路板制作完毕后还包括外形加工步骤，在焊接好元器件形成电路板后还包括电路板弯折处理步骤；

所述的外形加工步骤为：

在印制电路板中设置连线板的位置，在连接线路板的位置进行立体切削加工，将其铣薄，形成一个坑位，保留厚度为0.2-0.3mm；

割除印制电路板周围的工艺边；

所述的电路板弯折处理步骤包括使用工装夹具对电路板进行弯折处理，根据产品图纸设计的要求，将连接线路板弯折到设定角度并定型。

7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于：

在所述的外形加工步骤中，

所述的连线板的宽度设置为20-30mm，长度为整个印制电路板的宽度；

割除印制电路板周围的工艺边时采用直径为1.2mm的锣刀将印制电路板四周的工艺边切割。

8.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于：所述的设定角度为135o至165o。

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