CN1212820A - 用于复杂电路板制造过程中基本消除装配线剥离和下垂的方法和组合电路板 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于基本消除复杂电路板制造过程中装配线剥离和下垂的方法(1100)和组合电路板(800)。该方法包括(A)切割/划线出符合电路板轮廓的至少两个开口,其中开口的总长度根据预定的路径确定(1102);以及B)根据预定的折断路径(1104)沿着电路板的轮廓通过开口切割/划线出电路板顶面的沟/槽和电路板底面另外的沟/槽。沟/槽以预定的水平临界距离布置,与在电路板顶面上的沟/槽最深切口端和在电路板底面上的沟/槽最深切口端之间的预定的纵向临界距离分开。

Description

用于复杂电路板制造过程中基本消 除装配线剥离和下垂的方法和组合电路板

发明领域

本发明涉及电路板制造，尤其涉及电路板制造过程中的装配线工艺。

发明背景

为了便于加工以及便于元件的放置，在生产线上广泛使用由多块板(通常为三块)组成的组合电路板。在组合板上除了少数与机座轮廓相配合的连接点(称为分离点(breakaway))外，沿着每块板的边缘划线。放置上元件并经回流后，通过折断或切开这些分离点使接插着元件的组合板解体或分离。分离经常由操作员手工完成。然而，当断裂没有完全切断(402,502)分离点的全部厚度时(图4和图5中分别表示为400和500)，板子上其附近的导电连线或连接焊盘就可能被撕脱或剥离。与电路板有关的另一个问题是在装配过程各个阶段中复杂电路板(602)的下垂(图6,600)。随着电路板密度的不断增加，电路板边缘和导电连线/焊盘间的间距不断减小。有代表性的生产线报告说该分离时的撕脱和下垂一直是困扰电路板厂的前五个问题之一。迫切要求设计一种能排除分离时的剥离同时使电路板的下垂减至最小的新的组合电路板。

图2中的200表示业界已知的典型的单孔分离点设计。在这种实施方式中，许多孔形成了使组合电路板(204)分离的分离点(202)。

图3中的300表示业界已知的典型的双孔分离点设计。在这种实施方式中，两行孔(302)形成使组合电路板(304)分离的分离点，两行孔间的电路板废弃不用(306)。

正在使用的两种方法使分离很容易。第一种方法的剪窗(106)完全剪透板的整个厚度(图1的100)，形成“H”形分离点连接(104)，沿着组合电路板的两个相反的最外缘有废弃不用的板条(108)。分离点形成薄弱的连接，便于分离。然而这种方法并不能防止电路板的剥离/撕脱。此外，用打孔来划线很大程度上减弱了组合板的强度，使得组合板在传送过程中产生严重的下垂，影响了电路板(102)上电子元件的正确位置。第二种方法是使用沿着组合板将被折断的线形成V形槽。虽然V形槽长时间来一直用于制造诸如PC(个人计算机)主板，PCMCIA卡(个人计算机存储卡工业协会卡)等，但是V形槽不能用于制造电路板的边界轮廓不是直线的印刷电路板。例如，V形槽不适用于由于机座装配和空间的因素使用锯齿形或曲线边界的非直线电路板。此外，使用薄电路板制造复杂电路板时，下垂问题更加突出。

图6中的600简要表示现有技术中电路板的下垂(602)，由于分离点处的连接很薄弱，因此使得在制造过程中组合板的中间产生很大的位移。

因此，需要一种方法和一种组合电路板以基本消除复杂电路板制造过程中装配线剥离和下垂。

附图的简要描述

图1表示业界已知的典型的“H”形分离点的方案。

图2表示业界已知的典型的单排孔分离点的方案。

图3表示业界已知的典型的双排孔分离点的方案。

图4简要表示在使用图1所示的“H”形分离点方案时由于裂缝的顶端处于压缩应力状态，因而一般会产生撕脱/剥离。

图5表示由于拉伸和剪切应力状态的混合产生非对称裂缝，增加了产生曲线断裂路径的可能性，这一般也发生在使用图1所示的“H”形分离点方案中。

图6简要表示由于分离点使连接强度降低，在制造过程中使复杂电路板的中间产生很大的位移，使得现有技术中的组合电路板下垂。

图7表示在美国专利申请系列号08/672,736(1996年6月28日申请)中基本消除电路板制造过程中装配线剥离和下垂的第二步骤中形成了V形槽后的组合电路板。

图8表示根据本发明的具有沟/槽的组合电路板的一个实施方式，其基本消除了复杂电路板制造过程中装配线剥离和下垂。

图9表示根据本发明的具有两组基本平行的沟/槽的组合电路板的第二实施方式，其基本消除了复杂电路板制造过程中装配线剥离和下垂。

图10表示根据本发明的具有沟/槽的组合电路板的第三实施方式，其基本消除了复杂电路板制造过程中装配线剥离和下垂。

图11是基本消除了复杂电路板制造过程中装配线剥离和下垂的方法的步骤的一个实施方式的流程图。

优选实施方式的详细描述

为了把下垂减至最小，本发明使制造过程中的组合电路板的硬度加强，同时提供使制作的印刷电路板的剥离减至最小的分离连接。本发明在把整个组合板的下垂减至最小的同时，更重要的是使用于把组合板的多余部分从该电路板上断开的力减至最小。本发明也使用于把该电路板与其它电路板或组合板断开的力减至最小。为了不使电路板上的元件及元件的焊接受到损坏，“断开”的工作通常由手工完成，不使用机械工具。如果组合板被放在夹持装置中，夹持装置的外缘所在的位置利于沿着分离连接点断开，本发明的目的是便于分离。

本发明使得当在沟/槽中一产生裂缝，这裂缝就以比现有技术快得多的速度扩展，使电路板断裂，因而使把电路板从组合板上分离开的力减小。这意味着一般在折断的过程中要由手夹持的电路板不会受到过度的弯折或扭曲。如果电路板弯折或扭曲严重，电路板上的元件的焊接会被破坏，造成受损的、功能不正确的电路板。

本发明使电路板的边缘更清晰明确，在电路板设计中，当放置复杂元件时，形成较好的可以利用的折断边缘。本发明使电路板设计者更有效地利用电路板的表面积。即本发明给予电路板设计者更多用于布置复杂元件的空间或电路板表面积。本发明还使得可以不使用昂贵的机械而把电路板从组合板上分离开。

在本发明中，术语“复杂(complex)”一词意味着电路板使用例如电阻，电容，电感，晶体管等的微小元件的状态或设计，用高速自动化机器人装配方法把这些元件放置到电路板上。

图7中的700表示美国专利申请系列号08/672,736中提出的基本消除电路板制造过程中装配线剥离和下垂的第二步骤中形成了V形槽后的组合电路板。电路板(702)上一般插接着复杂元件，例如：电阻，电容，电感，晶体管等等。然后把每一块电路板放置到所设计的产品机座中，例如蜂窝电话。

一般在组合板中为每块电路板设计有被切除掉的切口或剪窗(704)，作为产品机座与切口/剪窗相配合的特征。通常也设计切口/剪窗以容余放在同一个产品机座里的另一块电路板上的其它元件。

根据国专利申请系列号08/672,736沟/槽(706)作为电路板的边界被刻在组合板的顶面，这样沟/槽提供了复杂电路板从作为组合板的一部分的初始状态将被去掉/分离的位置。此外，在组合板的底面也切出提供复杂电路板将从原始组合板上去掉/分离的位置的沟/槽。该去掉/分离的工作称为分离。

图8的800表示根据本发明的具有沟/槽用于基本消除电路板制造过程中装配线剥离和下垂的组合电路板的一个实施方式。组合电路板的电路板(802)上一般都插接着复杂元件，例如电阻，电容，电感，晶体管等等，在制造过程中，由于组合电路板要传送过生产线，所以最外面的电路板的最外缘(804)受到支撑。分离后，然后把电路板放置在设计的产品机座中。

通常在电路板中设计有被切除掉的开口(806)，这主要是针对机座内要与开口相配合的特征。开口可以具有各种各样可选择的轮廓(814)，也可以用来露出放置在同一个产品机座内的另一块电路板上的其它元件。

根据本发明，在组合板的顶面切出沟/槽(808)，它界定了复杂电路板将从作为组合板的一部分的初始状态分开/分离的位置。对于每一个分离连接，在该组合板的底面也切出沟/槽(810)，它并不正好位于组合板顶面的沟/槽的下方，而是位于偏移开的位置处，具有这样的定位：使顶面的沟/槽和底面的沟/槽具有预定的深度，以及在顶面和底面的沟/槽的最深部分之间具有预定的距离“d”。下面还要进一步描述沟/槽的深度和位置。例如，对于厚度为25mil(1il=1/1000inch)的组合电路板，V形的顶面和底面的每一个沟/槽可用的深度范围为3-10mil,V形槽中心之间的水平距离范围为2-3mil,d(812)由选定值的斜边确定。厚度T减去V形槽的深度(d1加d2)得出分开V形槽的纵向距离b,b=T-(2×深度)。很明显，V形槽的深度可以选择为相同或不同。在优选实施方式中，在厚度为25mil的组合电路板中；顶面和底面的每一个V形槽的深度都为10mil，水平距离“a”为3mil，形成可用的距离“d”(参看下面的公式)。

组合电路板包括多个具有平行排列的印刷电路板的电路板模块，其中每一个模块包括：A)沿着每一块电路板的轮廓的多个开口(804)；B)根据折断路径沿着电路板的轮廓通过开口(806)的电路板顶面的沟/槽和电路板底面的沟/槽，在这里沟/槽以预定的水平临界距离布置，与在电路板顶面上的沟/槽最深切口端和在电路板底面上的沟/槽最深切口端之间的预定的纵向临界距离分开。在一个实施方式中，对于沟/槽总长度的预定的路径根据预选的路径确定：或者沟/槽切过每一块电路板全长，即沟/槽基本切过组合电路板的全宽(例如如图8所示)，或者沟/槽切过开口(参看图10)或切过使电路板分离的另外的沟/槽，这样沟/槽基本切过组合电路板的全长。

当沟/槽是V形槽时，沟/槽的深度一般由下式决定： $\frac{\mathrm{\αP}{\left(3W\right)}^3}{E{(H-H_c)}^3(L-L_c)}\≤{\mathrm{\δ}}_c$

其中α表示通过模拟确定的从0.3-0.6的一个无量纲的常数；P表示包含预定块电路板的组合电路板的重量；W表示电路板的宽度；E表示电路板的弹性模数；L表示电路板轮廓的总长度；δ_c表示预定的下垂制造公差；H_c表示V形槽的深度。V形槽的切割角度通常由下式决定： $\left(A\right)---\mathrm{\α}={2\tan }^{-1}\left(\frac{W_c}{2H_c}\right)$

其中α表示V形槽的切割角度，W_c表示跨过V形槽最宽的开口的距离，H_c表示V形槽的深度。对于大多数单元应用来说，V形槽的角度V通常为25°-30°。

在一个实施方式中，折断路径使电路板沿着每一块电路板轮廓的长度分离开。

在另一个实施方式中，沟/槽的总长度的预定路径是每一块电路板轮廓的总的全长，如图10中1000所示。在该实施方式中，折断方案使电路板沿着每一块电路板轮廓的顶边分离，该顶边的方位为与每一块电路板的轮廓的长边基本垂直。

在电路板的顶面的沟/槽的最外缘与电路板的底面的沟/槽最深切口端间的预定水平临界距离和预定垂直临界距离一般由下面的等式决定：

d²=(a²+b²)

其中d为电路板的每一个顶面和底面沟/槽最外缘间的绝对距离，a表示每一个顶面和底面沟/槽最外缘间的水平距离，b表示在顶面沟/槽和底面沟/槽间从每一个顶面的最外缘到底面沟/槽最外缘间的垂直距离。

当开口是V形槽时，V形槽的切角一般由下面的等式决定： $\left(A\right)---\mathrm{\α}=2{\tan }^{-1}\left(\frac{W_c}{2H_c}\right)$

其中α表示V形槽的切割角度，W_c表示跨过V形槽最宽的开口的距离，H_c表示V形槽的深度。

在开口是V形槽时，V形槽的深度由下面的等式决定： $\left(B\right)---\frac{6M}{H^2}\sqrt{\mathrm{\π}{H}_c}F(\frac{H_c}{H},\frac{L_c}{H})\≥K_{\mathrm{lc}}$

这里M表示分离时对于V形槽的轴的力矩；H表示电路板的厚度；H_c表示V形槽的切割深度；F表示为V形槽的切割深度和开口的总长度L_c的预定的函数；K_lc表示用于代表电路板的材料的韧性的常数；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表示通过模拟确定的从0.3-0.5的一个无量纲的常数；P表示包含预定块电路板的组合电路板的重量；W表示电路板的宽度；E表示电路板的材料的弹性模数；L表示电路板轮廓的总长度；δ_c表示预定的下垂制造公差。

图9的900简要表示根据本发明的具有基本平行的两排沟/槽用于基本消除复杂电路板制造过程中装配线剥离和下垂的组合电路板的第二实施方式。在两排沟/槽之间的印刷组合电路板部分将被丢弃(912)。在制造过程中(当组合电路板传送过生产线时)，每一块电路板(902)上一般都会插接着复杂元件，例如：电阻，电容，电感，晶体管等等。分离后把每一块电路板放置到所设计的产品机座中。

一般在电路板中设计有被切除掉的开口(904)，这主要是针对机座内要与开口相配合的特征。很明显，开口的轮廓是可选的。开口(904)也可以被用来露出放置在产品同一个机座内的另一块电路板上的其它元件。

组合板顶面的沟/槽(906)提供将复杂电路板从作为组合板的一部分的初始状态分开/分离的位置。组合板底面的沟/槽(908)提供将复杂电路板从作为组合板的一部分的初始状态分开/分离的位置。距离“d”(910)在上面已经详细描述了。

图10中的1000简要表示根据本发明的具有沟/槽的组合电路板(1002)的第三实施方式，其基本消除了复杂电路板制造过程中装配线剥离和下垂。在本实施方式中，开口(1004)分离开将插接复杂元件(例如：电阻，电容，电感，晶体管等等)的电路板(1006)，沟/槽(1008)横断电路板的顶面和底面，而不是象在前一个实施方式中那样横断电路板的侧边。电路板将被分离并放置到所设计的产品机座中去。

一般在电路板中设计有开口(1004)作间隙，作为机座的特征，机座要与开口相配合。开口通常可以被用来露出放置在同一个产品机座内的另一块电路板上的其它元件。

组合板顶面的沟/槽(1010)提供复杂电路板将从作为组合板的一部分的初始状态分开/分离的位置。组合板底面的沟/槽(1012)提供复杂电路板将从作为组合板的一部分的初始状态分开/分离的位置。

为了使复杂电路板的工作制造参数一致，距离“d”要保持上面指出的预定的距离。

图11中的1100是基本消除了复杂电路板制造过程中装配线剥离和下垂的方法的步骤的一个实施方式的流程图。本发明提供了基本消除了复杂电路板制造过程中装配线剥离和下垂的方法。该方法包括以下步骤：A)切割/划线出符合电路板轮廓的至少两个开口(1102)，其中开口的总长度根据预定的路径确定；B)根据预定的折断路径沿着电路板的轮廓通过开口切割/划线出电路板顶面的沟/槽和电路板底面另外的沟/槽，在这里沟/槽以预定的水平临界距离布置，与在电路板顶面上的沟/槽最深切口端和在电路板底面上的沟/槽最深切口端之间的预定的纵向临界距离分开(1104)。在一个实施方式中，对于沟/槽总长度的预定的路径根据预选的路径确定：或者沟/槽切过每一块电路板全长，即沟/槽基本切过组合电路板的全宽(例如如图8所示)，或者沟/槽切过开口(参看图10)或切过使电路板分离的另外的沟/槽，这样沟/槽基本切过组合电路板的全长。这里的沟/槽是V形槽，其深度一般由上面的描述确定。

在一个实施方式中，折断路径使电路板沿着每一块电路板轮廓的长边分离开。

在另一个实施方式中，开口的总长度的预定路径可以是每一块电路板轮廓的总的全长。在这种实施方式中，折断路径使电路板沿着每一块电路板轮廓的顶边分离，该顶边的方位为与每一块电路板的轮廓的长边基本垂直。

在电路板的顶面和底面的沟/槽最外缘间的预定水平临界距离和预定垂直临界距离一般由上面提出的的等式决定。

其中的沟/槽是V形槽，根据上面的描述切割出其深度和角度。

本发明也可以其它具体的形式实施而并不脱离其实质或基本特征。上面描述的实施方式的各个方面仅是说明性的，而不是限定性的。因而本发明的范围由附加的权利要求书给出，而不是由前面的描述给出。在权利要求书的相同的意思和范围内的变化都包括在本发明的范围内。

Claims (10)

1．一种用于基本消除复杂电路板制造过程中装配线剥离和下垂的方法，其步骤包括：

A)切割/划线出符合电路板轮廓的至少两个开口，其中开口的总长度根据预定的路径确定；

B)根据预定的折断路径沿着电路板的轮廓通过开口切割/划线出电路板顶面的沟/槽和电路板底面另外的沟/槽，在这里沟/槽以预定的水平临界距离布置，与在电路板顶面上的沟/槽最深切口端和在电路板底面上的沟/槽最深切口端之间的预定的纵向临界距离分开，这里沟/槽是V形槽，V形槽的切角由下面的等式决定： $\left(A\right)---\mathrm{\α}=2{\tan }^{-1}\left(\frac{W_c}{2H_c}\right)$

其中α表示V形槽的切割角度，W_c表示跨过V形槽最宽的开口的距离，H_c表示V形槽的深度。

2．权利要求1的方法，其中在电路板的顶面的沟/槽的最外缘与电路板的底面的沟/槽最深切口端间的预定水平临界距离和预定垂直临界距离由下面的等式决定：

d²=(a²+b²)

其中d为电路板的每一个顶面和底面沟/槽最外缘间的最小绝对距离，a表示每一个顶面和底面沟/槽最外缘间的水平距离，b表示在顶面沟/槽和底面沟/槽间从每一个顶面到底面沟/槽最外缘间的垂直距离，沟/槽的深度Hc一般由下式决定： $\frac{\mathrm{\αP}{\left(3W\right)}^3}{E{(H-H_c)}^3(L-L_c)}\≤{\mathrm{\δ}}_c$

其中α表示通过模拟确定的从0.3-0.6的一个无量纲的常数；P表示包含预定数目电路板的组合电路板的重量；W表示电路板的宽度；E表示电路板的材料的弹性模数；L表示电路板轮廓的总长度；δ_c表示预定的下垂制造公差。

3．权利要求1的方法，其中在开口是V形槽时，V形槽的深度由下面的等式决定： $\left(B\right)---\frac{6M}{H^2}\sqrt{\mathrm{\π}{H}_c}F(\frac{H_c}{H},\frac{L_c}{H})\≥K_{\mathrm{lc}}$

这里M表示分离时对于V形槽的轴的力矩；H表示电路板的厚度；H_c表示V形槽的切割深度；F表示为V形槽的切割深度和开口的总长度L_c的预定的函数；K_lc表示用于代表电路板的材料的韧性的常数；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表示通过模拟确定的从0.3-05的一个无量纲的常数；P表示包含预定块电路板的组合电路板的重量；W表示电路板的宽度；E表示电路板的弹性模数；L表示电路板轮廓的总长度；δ_c表示预定的下垂制造公差。

4．权利要求1的方法，其中开口总长度的预定路径为A-C中之一：

A)切割的沟/槽为每一块电路板的全长，其中沟/槽基本代表了组合电路板的整个宽度；

B)跨过分割电路板的开口/沟/槽切割出沟/槽，其中沟/槽基本等于组合电路板的全长；以及

C)切割沟/槽，其中沟/槽基本等于每一块电路板轮廓的总的全长。

5．权利要求1中的方法，其中A-B中之一为：

A)折断路径使电路板沿着每一块电路板轮廓的长边分离开；以及

B)折断路径使电路板沿着每一块电路板轮廓的顶边分离，该顶边的方位为与每一块电路板的轮廓的长边基本垂直。

6．一种用于基本消除复杂电路板制造过程中装配线剥离和下垂的组合电路板，包括：

具有平行排列的印刷电路板的多个电路板模块，其中每一个模块包括：

A)沿着电路板轮廓的多个开口；以及

B)根据折断路径沿着电路板的轮廓通过开口的电路板顶面的沟/槽和电路板底面另外的的沟/槽，在这里沟/槽以预定的水平临界距离布置，与在电路板顶面上的沟/槽最深切口端和在电路板底面上的沟/槽最深切口端之间的预定的纵向临界距离分开，其中的沟/槽是V形槽，V形槽的切角一般由下面的等式决定： $\left(A\right)---\mathrm{\α}=2{\tan }^{-1}\left(\frac{W_c}{{2H}_c}\right)$

其中α表示V形槽的切割角度，W_c表示跨过V形槽最宽的开口的距离，H_c表示V形槽的深度。

7．权利要求6中的组合电路板，其中在电路板的顶面的沟/槽的最外缘与电路板的底面的沟/槽最深切口端间的预定水平临界距离和预定垂直临界距离一般由下面的等式决定：

d²=(a²+b²)

其中d为电路板的每一个顶面和底面沟/槽最外缘间的绝对距离，a表示每一个顶面和底面沟/槽最外缘间的水平距离，b表示在顶面沟/槽和底面沟/槽间从每一个顶面到底面沟/槽最外缘间的垂直距离，沟/槽的深度H_c一般由下式决定： $\frac{\mathrm{\αP}{\left(3W\right)}^3}{E{(H-H_c)}^3(L-L_c)}\≤{\mathrm{\δ}}_c$

其中α表示通过模拟确定的从0.3-0.6的一个无量纲的常数；P表示包含预定块电路板的组合电路板的重量；W表示电路板的宽度；E表示电路板的材料的弹性模数；L表示电路板轮廓的总长度；δ_c表示预定的下垂制造公差。

8．权利要求6中的组合电路板，其中在开口是V形槽时，V形槽的深度由下面的等式决定： $\left(B\right)---\frac{6M}{H^2}\sqrt{\mathrm{\π}{H}_c}F(\frac{H_c}{H},\frac{L_c}{H})\≥K_{\mathrm{lc}}$

这里M表示分离时对于V形槽的轴的力矩；H表示电路板的厚度；H_c表示V形槽的切割深度；F表示为V形槽的切割深度和开口的总长度L_c的预定的函数；K_lc表示用于代表电路板的材料的韧性的常数；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表示通过模拟确定的从0.3-0.6的一个无量纲的常数；P表示包含预定数目电路板的组合电路板的重量；W表示电路板的宽度；E表示电路板的材料的弹性模数；L表示电路板轮廓的总长度；δ_c表示预定的下垂制造公差。

9．权利要求6中的组合电路板，其中开口总长度的预定路径为A-C中之一：

A)切割的沟/槽为每一块电路板的全长，其中沟/槽基本代表了组合电路板的整个宽度；

B)跨过分割电路板的开口/沟/槽切割沟/槽，其中沟/槽基本等于组合电路板的全长；以及

C)切割沟/槽，其中沟/槽基本等于每一块电路板轮廓的总的全长。

10．权利要求6中的组合电路板，其中A-B中之一为：

A)折断路径使电路板沿着每一块电路板轮廓的长边分离开；以及

B)折断路径使电路板沿着每一块电路板轮廓的顶边分离，该顶边的方位为与每一块电路板的轮廓的长边基本垂直。

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