CN104568198B - 一种多层pcb微孔钻削温度测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种多层PCB微孔钻削温度测量装置及方法。多层PCB微孔钻削温度测量装置包括有主轴、钻头、盖板、垫板、微型热电偶、转换接头、数据采集放大器、数据处理装置，其中钻头装设在主轴上，垫板固定在机床工作台上，且位于钻头的下方，多层PCB板置于垫板上，盖板置于多层PCB板的顶面，微型热电偶装设能检测钻削温度的位置上，微型热电偶通过转换接头与数据采集放大器连接，数据采集放大器的信号输出端与数据处理装置连接。测量方法包括：1）利用了微型热电偶测量PCB微孔的温度；2）确定PCB微孔的位置与热电偶的位置关系；3）根据所获得的位置关系，对热电偶所测量的温度进行修正。本发明的方法可直接、准确的测量多层PCB微孔钻削温度。

Description

一种多层PCB微孔钻削温度测量装置及方法

技术领域

本发明是一种多层PCB微孔钻削温度测量装置及方法，属于多层PCB微孔钻削温度测量装置及方法的创新技术。

背景技术

印刷电路板（简称PCB）是由铜箔、树脂和玻璃纤维布组成的层压复合材料，是电子元器件电器连接的提供者，广泛应用于各种电子产品。微孔是PCB的重要组成部分之一。PCB钻孔工序通常是PCB厂的产能瓶颈之一，钻孔的费用通常占PCB制版费用的30%到40%。目前，国内PCB厂主要采用机械钻孔钻削直径0.1 mm-0.3 mm导通孔。

印刷电路板中，玻璃纤维和树脂的热膨胀系数差别很大，树脂的粘结强度容易受温度变化的影响。钻孔时产生的切削热会使树脂并粘附在微钻切削刃和螺旋槽内，影响微钻的切削性能和排屑性能，甚至增大微钻折断的几率；与此同时，切削热无法随切屑及时排出，反过来又会增大孔内温度。尤其是当孔内温度超过树脂基体的玻璃化温度时，树脂的强度、弹性模量等力学性能也会随之急剧下降。因此，钻削温度对印刷电路板微孔加工质量以及刀具寿命以及整块印刷电路板的可靠性有着至关重要的影响。

目前的测温技术主要有接触式测温技术和非接触式测温技术。公开专利（102620833A）红外测温方法和红外测温系统描述，现有红外测温方法存在两个方面的问题：第一、辐射率的修正不准确；第二、不能测量被遮挡掩盖物体的温度。目前微孔钻削温度的测量大多数采用红外测温技术。对于非接触式测温技术例如红外测量技术，PCB的特定位置和传感器探头的位置、PCB复合材料的特殊性以及PCB微孔钻削的半封闭状态对测量结果的影响很大。例如：钻孔过程中钻头从上往下钻削PCB板材，孔内温度变化红外热像仪的传感器探头由于受板材阻挡无法感应；PCB材料有金属材料和非金属材料复合而成，没有标准的发射率参数可设置。只有接触式测温技术才能准确测量与描述PCB板内温度变化情况。

接触式热电偶测温最大的问题在于热电偶的安装及定位。由于PCB微孔尺寸且钻孔速度超快等特殊性，常规的热电偶安装测温无法满足要求，必须采用超微细超快速响应的微型热电偶，通过精密的定位安装才能快速准确的测量PCB板内温度。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种多层PCB微孔钻削温度测量装置。本发明可以获得多层印刷电路板孔内温度场和整个板温度场的温度。监测多层印刷电路板微孔钻削过程中不同层钻削温度以及微孔周围不同距离的温度变化。

本发明的另一目的在于提供一种操作简单，方便实用的多层PCB微孔钻削温度测量方法。

本发明的技术方案是：本发明的多层PCB微孔钻削温度测量装置，包括有主轴、钻头、盖板、垫板、微型热电偶、转换接头、数据采集放大器、数据处理装置，其中钻头装设在主轴上，垫板固定在机床工作台上，且位于钻头的下方，多层PCB板置于垫板上，盖板置于多层PCB板的顶面，微型热电偶装设能检测钻削温度的位置上，微型热电偶通过转换接头与数据采集放大器连接，数据采集放大器的信号输出端与数据处理装置连接。

本发明多层PCB微孔钻削温度测量装置的测量方法，包括如下步骤：

1）将多层PCB板、盖板、垫板固定在机床工作台上,将微型热电偶、转换接头、数据采集放大器、数据处理装置依次连接；

2）钻头对多层PCB板钻孔；

3）在已经钻好的孔中插入一个与钻削该孔用的印刷电路板钻头材质一样、尺寸一致的热源棒，将两根微型热电偶丝分别安放在热源棒的表面和距离粘附表面1 mm且同深度处的多层PCB板中，通过两根热电偶采集的温度结合PCB的材质等因素，得出温度在电路板中的传热规律公式。

4）通过公式Δt=αΔd，Δt是温度的变化量，Δd是测温距离，α是影响系数包括热传导率、散热形式，换算得到钻削位置的温度，根据该公式就能根据钻孔位置与微型热电偶的的安装位置之间的关系，通过微型热电偶采集的温度计算出印刷电路板钻孔过程中各个位置的温度。

本发明的多层PCB微孔钻削温度测量装置，可以获得多层印刷电路板孔内温度场和整个板温度场的温度。监测多层印刷电路板微孔钻削过程中不同层钻削温度以及微孔周围不同距离的温度变化。是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的多层PCB微孔钻削温度测量装置。本发明的多层PCB微孔钻削温度测量方法操作简单，方便实用。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2是本发明的测温方法原理图；

图3是本发明实施例1的微型热电偶丝的布置示意图；

图4是本发明实施例2的微型热电偶丝的布置示意图；

图5是本发明实施例3的微型热电偶丝的布置示意图；

图6是本发明实施例4的微型热电偶丝的布置示意图。

具体实施方式

实施例1：

本发明的结构示意图如图1所示，本发明的多层PCB微孔钻削温度测量装置，包括有主轴1、钻头2、多层PCB板5、盖板4、垫板6、微型热电偶3、转换接头8、数据采集放大器9、数据处理装置10，其中钻头2装设在主轴1上，垫板6固定在机床工作台7上，且位于钻头2的下方，多层PCB板5置于垫板6上，盖板4置于多层PCB板5的顶面，微型热电偶3装设在钻头2的钻削位置，微型热电偶3通过转换接头8与数据采集放大器9连接，数据采集放大器9的信号输出端与数据处理装置10连接。本实施例中，微型热电偶装设在接近钻削的位置。

本实施例中，在已经钻好的孔中插入一个与钻削该孔用的印刷电路板钻头材质一样、尺寸一致的热源棒11，上述微型热电偶3是微型热电偶丝，将两根微型热电偶丝分别安放在热源棒11的表面和距离粘附表面1 mm且同深度处的多层PCB板5中，通过两根微型热电偶丝采集的温度及结合PCB的材质因素，得出温度在电路板中的传热规律公式。本实施例中，上述微型热电偶丝是快速响应热电偶丝，裸丝直径小于0.08 mm。

本实施例中，上述微型热电偶丝的安装排布如下：水平位置方向通过在距离被测位置一定距离的位置钻削与微型热电偶丝直径一致的孔，在孔中布置微型热电偶丝；竖直方向根据测量的需要钻削一致的深度，再在孔中布置热电偶丝。需要钻多少孔和安装微型热电偶个数可以根据测温需求决定。

本发明多层PCB微孔钻削温度测量装置的测量方法，包括如下步骤：

1）将多层PCB板5、盖板4、垫板6固定在机床工作台7上,将微型热电偶3、转换接头8、数据采集放大器9、数据处理装置10依次连接；

2）钻头2对多层PCB板5钻孔；

3）在已经钻好的孔中插入一个与钻削该孔用的印刷电路板钻头材质一样、尺寸一致的热源棒11，将两根微型热电偶丝分别安放在热源棒11的表面和距离粘附表面1 mm且同深度处的多层PCB板5中，通过两根热电偶采集的温度结合PCB的材质等因素，得出温度在电路板中的传热规律公式。

4）通过公式Δt=αΔd，Δt是温度的变化量，Δd是测温距离，α是影响系数包括热传导率、散热形式等。换算得到钻削位置的温度。根据该公式就可以根据钻孔位置与微型热电偶的的安装位置之间的关系，通过微型热电偶采集的温度计算出印刷电路板钻孔过程中各个位置的温度。

通过在特定距离及特定深度安装微型热电偶丝来测量钻削印刷电路板不同位置时的温度。微型热电偶安装的位置越接近钻孔位置最终通过公式换算出来的温度就更接近实际的钻削温度。

本实施例中，上述微型热电偶丝的安装排布如下：水平位置方向通过在距离被测位置一定距离的位置钻削与微型热电偶丝直径一致的孔，在孔中布置微型热电偶丝；竖直方向根据测量的需要钻削一致的深度，再在孔中布置热电偶丝。需要钻多少孔和安装微型热电偶个数可以根据测温需求决定。

实施例2：

本发明与实施例1的不同之处在于微型热电偶的布置方式不同，微型热电偶3安装在相同钻深且距离钻削位置水平方向1mm处。如图3所示。

实施例3：

本发明与实施例1的不同之处在于微型热电偶的布置方式不同，微型热电偶3安装在多层PCB板5的竖直方向不同位置，水平方向一致。如图4所示。

实施例4：

本发明与实施例1的不同之处在于微型热电偶的布置方式不同，微型热电偶3安装在盖板4的四周，竖直方向及水平方向一致，如图5所示。

实施例5：

本发明与实施例1的不同之处在于微型热电偶的布置方式不同，微型热电偶丝3安装在PCB板5中，水平方向一致，竖直方向不同，如图6所示。

Claims (5)

1.一种多层PCB微孔钻削温度测量装置，其特征在于包括有主轴、钻头、盖板、垫板、微型热电偶、转换接头、数据采集放大器、数据处理装置，其中钻头装设在主轴上，垫板固定在机床工作台上，且位于钻头的下方，多层PCB板置于垫板上，盖板置于多层PCB板的顶面，微型热电偶装设能检测钻削温度的位置上，微型热电偶通过转换接头与数据采集放大器连接，数据采集放大器的信号输出端与数据处理装置连接；在已经钻好的孔中插入一个与钻削该孔用的印刷电路板钻头材质一样、尺寸一致的热源棒，上述微型热电偶是微型热电偶丝，将两根微型热电偶丝分别安放在热源棒的表面且同深度处的多层PCB板中，通过两根微型热电偶丝采集的温度及结合PCB的材质因素，得出温度在电路板中的传热规律公式。

2.根据权利要求1所述的多层PCB微孔钻削温度测量装置，其特征在于上述微型热电偶丝是快速响应热电偶丝，裸丝直径小于0.08 mm。

3.根据权利要求1所述的多层PCB微孔钻削温度测量装置，其特征在于上述微型热电偶丝的安装排布如下：水平位置方向通过在距离被测位置一定距离的位置钻削与微型热电偶丝直径一致的孔，在孔中布置微型热电偶丝；竖直方向根据测量的需要钻削一致的深度，再在孔中布置热电偶丝，需要钻多少孔和安装微型热电偶个数可以根据测温需求决定。

4.一种多层PCB微孔钻削温度测量装置的测量方法，其特征在于包括如下步骤：

1）将多层PCB板、盖板、垫板固定在机床工作台上,将微型热电偶、转换接头、数据采集放大器、数据处理装置依次连接；

2）钻头对多层PCB板钻孔；

3）在已经钻好的孔中插入一个与钻削该孔用的印刷电路板钻头材质一样、尺寸一致的热源棒，上述微型热电偶是微型热电偶丝，将两根微型热电偶丝分别安放在热源棒的表面和距离粘附表面1 mm且同深度处的多层PCB板中，通过两根微型热电偶丝采集的温度结合PCB的材质因素，得出温度在电路板中的传热规律公式；

4）通过公式Δt=αΔd，Δt是温度的变化量，Δd是测温距离，α是影响系数包括热传导率、散热形式，换算得到钻削位置的温度，根据该公式就能根据钻孔位置与微型热电偶丝的安装位置之间的关系，通过微型热电偶丝采集的温度计算出印刷电路板钻孔过程中各个位置的温度。

5.根据权利要求4所述的多层PCB微孔钻削温度测量装置的测量方法，其特征在于上述微型热电偶丝的安装排布如下：水平位置方向通过在距离被测位置一定距离的位置钻削与微型热电偶丝直径一致的孔，在孔中布置微型热电偶丝；竖直方向根据测量的需要钻削一致的深度，再在孔中布置热电偶丝，需要钻多少孔和安装微型热电偶个数可以根据测温需求决定。