CN1196868A - 用于在电路板制造中防止装配线脱层及下垂的方法及电路板板料 - Google Patents

Abstract

在电路板板料分成单板的过程中的电路板脱层,和在前端装配中的电路板下垂,是在分格生产线中遇到的两个主要问题。本发明的方法(700)和电路板板料(600),在电路板制造中基本上消除了装配线的脱层和下垂。几个长孔被冲压出来以符合电路板轮廓。沿着每一个电路板轮廓,穿过长孔并且在电路板的上部和底部,正对地切削出V形槽。由此,切掉部分和V形槽构造的最优化使撕裂和脱层被消除,而且下垂被基本上减小。

Description

用于在电路板制造中防止装配线 脱层及下垂的方法及电路板板料

本发明涉及电路板的制造，并且尤其涉及在电路板制造过程中减小机械性能的损失。

为了易于加工及安置元件，由多块(通常是三块)板组成的板料，广泛用于生产线。除了几个连接点(称为断开点)之外，这些板料沿每块电路板的边界被挖空以适合一个外壳的轮廓。在元件被安置并软熔后，通过将这些断开点断开或分开而将填充后的电路板分成单板或分离。板料分离通常由操作者手工进行。而当断裂没有在断开点整个厚度(图2和图3)上被彻底分开时(202；302)，电路板上的邻近的电路线路或焊盘可能被撕掉或脱层。与电路板板料有关的另一个问题是在装配过程的不同阶段中电路板的下垂(图4)。当电路板的密度不断增大时，电路板边缘与电路线路/焊盘间的间隙收缩。在通常的生产线中发现，这种板料分离时的撕掉和下垂常在分格(cellular)工厂最常遇见的五个问题中。所以急切需要一种新的电路板板料设计，以消除与板料分离有关的脱层同时使电路板下垂降至最小。

目前，实行两种方法以便易于板料分离。第一种方法利用“H”形断开点连接，其切掉部分贯穿电路板整个的板厚(如图1)。断开点连接处呈现出薄弱连接，使得易于板料分离。然而，这一方法不能防止电路板脱层/撕掉。此外，冲压出来的挖空处将板料削弱到非常大的程度，使得板料在传送带上基本上是下垂的，干扰了元件在电路板上的正确安置。第二种方法采用了沿着板料将被折断的线设置的V形槽。尽管V形槽已经被用于如PC(个人计算机)主板、PCMCIA卡(个人计算机存储卡工业协会卡)，等等的产品已经很长时间了，它仍不能被用于其电路板边界轮廓不是直线的印刷电路板。例如，V形槽不适用于将非直线电路板用于带有锯齿形或弧形板边界的分格产品的地方，这一形状用于外壳装配及不动产方面的考虑。

图1表示一种在技术中为人所知的“H”形断开点设计。

图2简略表示了在采用图1的“H”形断开点设计时，由于裂缝尖端受到一个压应力的原因而时常出现的撕裂/脱层。

图3简略表示了由于拉伸和剪切应力状态的混合而引起的非对称裂缝起裂，增大了采用图1的“H”形断开点设计而时常产生的弧形断裂路径的可能。

图4表示出一种已有技术的电路板，由于断开点接合处呈现出薄弱连接，导致制造过程中在电路板板料中部的较大移位，从而引起下垂。

图5表示出根据本发明的在电路板制造时用于基本消除装配线的脱层和下垂的第一步中，已经去掉了切掉部分之后的一个电路板板料。

图6表示出根据本发明的在电路板制造时用于基本消除装配线的脱层和下垂的第二步中，已经切削了V形槽之后的一个电路板板料。

图7是根据本发明的在电路板制造中，用于基本消除装配线脱层和下垂的一种方法的步骤实施例的流程图。

图8表示出在现有技术的断开点设计与本发明之间，裂纹扩展驱动力的比较。

本发明提供一种便宜和多用途的方法及电路板板料，用于在电路板制造中，防止装配线的脱层和下垂。当本发明的方法在电路板的制造过程中被采用时，电路板板料可以被，通常用手工，折断成单独的通常是完好的电路板，尤其对于边缘定位的分层电路。本发明的这一方法及电路板板料也使下垂问题最大限度地减小，由此易于在电路板板料上安置电子元件。

正如图1中在技术中为人所知的，标号100表示一个印刷电路板板料，带有三块印刷电路板(102)、“H”形断开点(104)、挖出了电路板轮廓的切掉部分(106)、和临时窄条(108)。根据挖出轮廓的需要，往往需要临地窄条。这一设计没有提供一种机制，能消除由两个原因引起的脱层。首先，在断开点上部其应力通常为拉应力，所以断开更为容易，但是当断裂尖端到了断开点的底部时，其应力处于压缩状态，断开就逐渐变得困难。结果就易于发生撕裂或脱层(202)(图2，标号200)。其次，取决于表面条件，最初的断裂不总是正好在断开点中间(302)开始。这会引起一种不对称的应力状态，增加弧形断裂路径的可能性(图3，标号300)。

图4，标号400，简略表示出一种现有技术的电路板，由于断开点接合处呈现出薄弱的连接，导致制造过程中在电路板板料中部的较大移位，从而引起下垂。

图5，标号500，简略表示出根据本发明的在电路板制造时用于基本消除装配线的脱层和下垂的第一步中，已经去掉了切掉部分(504)之后的一个带有三块印刷电路板(502)的电路板板料。需要注意的是本发明并不需要中间的临时窄条。图6，标号600，简略表示出根据本发明在电路板的制造中，沿着电路板轮廓在切掉部分所留下的区域，切削出用于基本消除装配线的脱层和下垂的V形槽之后的一个带有三块印刷电路板(602)的切掉部分(604)的电路板板料。根据由下列形式的公式确定的一个角度来切削V形槽：

(A)    α＝2tan^-1(W_c/2H_c)，其中α表示V形槽的切削角，W_c表示跨过V形槽最宽的开口处的距离，而H_c表示V形槽的深度。在大多数的分格应用中，V形槽的角度通常为25°至30°。

图7，标号700，是根据本发明的在电路板制造时用于基本消除装配线脱层和下垂的一种方法的步骤实施例的流程图。首先，根据外壳的需要(表面修饰、机械装配、试验，等等)，可以确定电路板轮廓。其次，将对切掉部分和V形槽的尺寸进行最优化以消除脱层并减小下垂。再则，将电路板设计成在整个切掉部分的区域符合外壳轮廓。由切掉部分留下的连接区域的宽度，比由挖出的断开点接合处留下的连接区域宽很多(通常比确定路线的断开点接合处宽10倍，参照图1和图6以比较)。这极大地增大了板料刚度并减小了下垂。最后，沿着板料边界在由切掉部分留下的区域切削出V形槽。采用了沿着板料边界的在上部和底部的V形槽口(如图6中所示)。上部槽口提供一个可控的初始的断开，而底部槽口确保自始至终有足够的裂纹扩展力将板料分开。上部V形槽口附近的拉应力集中会引导裂缝尖端向下扩展。上部V形槽口也精确地决定了初始断开从何处开始。裂纹扩展时，扩展的裂纹尖端会与底部V形槽的尖端相互影响。裂纹尖端与底部V形槽的尖端之间的相互影响，将确保完全断开而没有撕裂或脱层。实际上，在最终板料分离的临界阶段，由于底部槽口的存在，裂纹扩展驱动力是没有它时的驱动力的两倍(见图8；SIF是应力强度因子)。

因此，如图7所示，本方法包括以下步骤：A)冲压出(702)至少两个长孔以符合一个电路板轮廓，其中长孔的总长根据满足电路板轮廓的外壳装配要求的预定设计来确定；以及B)沿着每一个电路板轮廓，穿过长孔并且在电路板的上部和底部，正对地切削出V形槽(704)。

V形槽的深度根据下列形式的公式确定： $\left(B\right)\frac{6M}{H^2}\·\sqrt{\mathrm{\π}{H}_c}\·F[\frac{H_c}{H},\frac{L_c}{H}]\≥K_{\mathrm{lc}}$ 其中M表示在板料分离时绕着V形槽的轴的力矩；H表示电路板的厚度；H_c表示V形槽切口的深度；F表示一个预定的关于V形槽的切口深度和长孔的总长L_c的函数；而K_lc表示电路板材料的韧性常数；以及 $\left(C\right)\frac{\mathrm{\αP}{\left(3W\right)}^3}{E{(H-H_c)}^3\·(L-L_c)}\≤{\mathrm{\δ}}_c,$ 其中α表示由模拟确定的一个无量纲常数，为0.3到0.6；P表示含有预定数目电路板的电路板板料的重量；W表示电路板的宽度；E表示电路板材料的模数；L表示电路板轮廓的总长；而δ_c表示为下垂所设的预定制造公差。

公式(B)确保裂纹在板料分离操作中容易扩展，而公式(C)可以确保下垂被限制在工作范围内。通过数值模型来得出同时满足公式(B)和(C)的最优化。

图8，标号800，表示出在现有技术的断开点(802)设计与本发明(804)之间，裂纹扩展驱动力的比较。这提供了为什么本发明完全消除了脱层的原因。

电路板板料的分成单板的过程中板的脱层，以及前端装配过程中板的下垂，是在分格生产线中遇到的两个最大的问题。所有电路板板料的现存设计都利用了一种挖出的“H”形断裂连接。尽管“H”形断裂使得板料易于分离，但它不能防止电路板脱层或撕掉。另一方面，由于断开点接合处的薄弱使“H”形断开点引起严重的电路板下垂。另一种使得易于进行分成单板的方法是使用V形槽。但是迄今为止，V形槽仅能沿直线设置。对通常的分格电路板，出于表面修饰、外壳、信号(天线)和试验的考虑，板的边缘是锯齿形或极度弯曲的。本发明提供了一种新的电路板板料设计，以在板料分离过程中消除板的脱层，并在装配过程中减小下垂。本发明的电路板板料设计采用了切掉部分与V形槽的一种独特组合，以产生出一个极度弯曲、复杂的电路板轮廓。切掉部分的区域通常非常小(仅够装入外壳夹具)。因此，连接区域的长度非常长(通常比挖出的断开点设计长10倍)。这极大地增大了板料刚度并减小了下垂。沿着电路板边界在由切掉部分留下的区域切削出V形槽。采用了沿着电路板边界的在上部和底部的V形槽口。上部槽口提供一个可控的初始的断裂，而底部槽口确保自始至终有足够的裂纹扩展力将板料分开。上部V形槽口附近的拉应力集中会引导裂缝尖端向下扩展。上部V形槽口也精确地决定了初始断开从何处开始。裂纹扩展时，裂纹尖端会与底部V形槽的尖端相互影响。扩展的裂纹尖端与底部V形槽的尖端之间的相互影响，将确保完全断开而没有撕裂或脱层。实际上，在最终板料分离的临界阶段，由于本发明中底部槽口的存在，本发明的裂纹扩展驱动力是现有技术实现所需驱动力的两倍。这一高水平的裂纹扩展驱动力确保，在本发明中，在分成单板的过程中完全消除脱层。

本发明也可以在不背离其精神及基本特征的情况下，以其它形式实施。所述实施例将仅被考虑作说明之用，并且不是限定性的。因此，本发明的范围由所附的权利要求书表示，而不是由上述说明表示。所有在权利要求的等同意义及范围内的改变，在将被包括在它们的范围内。

Claims (6)

1、一种用于在电路板制造中，基本消除装配线的脱层和下垂的方法，包括以下步骤：

A)冲压出至少两个长孔以符合一个电路板轮廓，其中长孔的总长根据满足电路板轮廓的外壳装配要求的预定设计来确定；以及

B)沿着每一个电路板轮廓，穿过长孔并且在电路板的上部和底部，正对地切削出V形槽。

2、权利要求1中的方法，其中V形槽根据由下列形式的公式确定的角度切削：

(A)    α＝2tan^-1(W_c/2H_c)，其中α表示V形槽的切削角，W_c表示跨过V形槽最宽的开口处的距离，而H_c表示V形槽的深度。

3、权利要求1中的方法，其中V形槽的深度根据由下列形式的公式确定： $\left(B\right)\frac{6M}{H^2}\·\sqrt{\mathrm{\π}{H}_c}\·F[\frac{H_c}{H},\frac{L_c}{H}]\≥K_{\mathrm{lc}}$ 其中M表示在板料分离时绕V形槽的轴的力矩；H表示电路板的厚度；H_c表示V形槽切口的深度；F表示关于V形槽的切口深度和长孔的总长L_c的一个预定函数；而K_lc表示电路板材料的韧性常数；以及 $\left(C\right)\frac{\mathrm{\αP}{\left(3W\right)}^3}{E{(H-H_c)}^3\·(L-L_c)}\≤{\mathrm{\δ}}_c,$ 其中α表示由模拟确定的一个无量纲常数，为0.3到0.6；P表示含有预定数目电路板的电路板板料的重量；W表示电路板的宽度；E表示电路板材料的模数；L表示电路板轮廓的总长；而δ_c表示为下垂所设的预定制造公差。

4、一种电路板板料用于在电路板制造过程中，基本消除装配线的脱层和下垂，包括：

带有平行放置的印刷电路板的多个电路板组件，其中每个组件包括：

A)沿着电路板轮廓的多个切掉部分；以及

B)沿着每个由切掉部分留下的电路板轮廓，并在电路板的上部和底部的正对的V形槽。

5、权利要求4中的电路板，其中V形槽根据由下列形式的公式确定的角度切削：

(A)    α＝2tan^-1(W_c/2H_c)，其中α表示V形槽的切削角，W_c表示跨过V形槽最宽的开口处的距离，而H_c表示V形槽的深度。

6、权利要求4中的方法，其中V形槽的深度根据由下列形式的公式确定： $\left(B\right)\frac{6M}{H^2}\·\sqrt{\mathrm{\π}{H}_c}\·F[\frac{H_c}{H},\frac{L_c}{H}]\≥K_{\mathrm{lc}}$ 其中M表示在板料分离时绕着V形槽的轴的力矩；H表示电路板的厚度；H_c表示V形槽切口的深度；F表示一个预定的关于V形槽的切口深度和长孔的总长L_c的函数；而K_lc表示电路板材料的韧性常数；以及 $\left(C\right)\frac{\mathrm{\αP}{\left(3W\right)}^3}{E{(H-H_c)}^3\·(L-L_c)}\≤{\mathrm{\δ}}_c,$ 其中α表示由模拟所确定的一个无量纲常数，为0.3到0.6；P表示包含预定数目电路板的电路板板料的重量；W表示电路板的宽度；E表示电路板材料的模数；L表示电路板轮廓的总长；而δ_c表示为下垂所设的预定制造公差。

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