Выпуск #3/2006
Тони Бэннен, Крис Джеррард.
Управление процессом сверления микропереходов на платах с корпусом BGA
Управление процессом сверления микропереходов на платах с корпусом BGA
Просмотры: 1145
Большинство современных станков для сверления печатных плат используют шпиндели на воздушных опорах из-за требований предельной точности и высоких скоростей, достигающих 300 000 об/мин. Такие шпиндели вращают миниатюрные сверла диаметром до 50 микрон, обеспечивая очень низкое трение, высокую жесткость и высокоточный контроль геометрии отверстия.
Сегодня используется широкий выбор методов определения точности совмещения отверстия включая статистические методы, в частности, расчёт индекса пригодности процесса – Cpk (где Ср – потенциальная пригодность, а k – поправка на нецентрированность, учитывающая смещение). Этот критерий отражает отношение технически возможных отклонений k ± 3s к пределам, заданным первоначальной спецификацией. Он используется для оценки определенного процесса сверления или конкретной системы, понимания процесса и тех механизмов, которые имеют отношение к характеристикам процесса.
Аэростатическое движение шпинделя
Для успешного управления процессом и обеспечения высокой производительности, систему сверления (с механизмом и шпинделем вместе) необходимо тщательно контролировать. В обычных шпинделях сверлильных станков, ось поддерживается двумя радиальными аэростатическими (на воздушной подушке) подшипниками, установленными по каждую сторону электрического мотора и центрально расположены, аксиальной системой подшипников, расположенной на одном конце вала. В любой высокоскоростной вращающейся системе резонансные частоты и вибрационные эффекты взаимодействуют по всему диапазону скоростей, отрицательно воздействуя на орбиту вала. Такое паразитное (ошибочное) движение может передаваться на сверло, зажатое в цанговый патрон в передней части вала. Его нужно минимизировать тщательной разработкой и точной балансировкой. Прецизионные шпиндели на воздушных подшипниках компании Westwind Air Bearings нейтрализуют эти эффекты, обеспечивая контроль геометрии. Элементы механизма и модульные подсистемы
Важную роль в обеспечении нормального хода технологического процесса играет шпиндель. Динамическая погрешность (неустойчивость) шпинделя, вместе с другими источниками неполадок в механизме станка и зажимном устройстве, может привести к последующему серьезному износу оборудования. Особое внимание следует обращать на все вероятные источники погрешностей, приведённые ниже.
* Неустойчивость вращения шпинделя
* Неточное закрепление инструмента
* Сервопозиционирование
* Осевая интерполяция
* Сбои в программе или разрегулировка станка
* Осевое смещение
* Вибрация (внешняя и вызванная механизмом станка)
* Зазор/люфт в подвижных механических элементах (винты на шаровой опоре, гайки, подшипники, кулисы и т.д.)
* Физический износ движущихся деталей станка
Выводы
Изложенная здесь информация предназначена для иллюстрации существующих (нынешних и потенциальных) источников погрешностей, присутствующих в сверлильных станках для печатных плат. В измерении и определении индекса пригодности процесса Cpk при выборе станка и производственного оборудования все эти источники информации и факторы должны быть приняты во внимание.
В производстве современных печатных плат всё большие требования предъявляются к точности совмещения отверстий, особенно для ещё более узких микропереходов и высокоплотных технологий, таких как корпуса BGA и CSP, где требования Cpk > 5 всё больше становятся обычной практикой. В стандартных платах требование точности позиционирования с максимальным отклонением 30 микрон, и с условием повторяемости, не является редкостью. При таком высоком уровне Cpk, доступна только небольшая часть поля допуска, а "отклонившиеся" отверстия, вышедшие за верхний (USL) или нижний (LSL) пределы производственных технологических характеристик окажутся дефектными.
В описанной в статье, приводятся больше положительные примеры из практики, а не наихудшие возможности, общая потенциальная погрешность в 36 микрон (из них 5 микрон приходится на шпиндель при критической частоте) может быть отнесена на верхний слой платы. Со шпинделем, вращающимся на полной скорости, на износ придется около 2 мкм. Принимая во внимание неточность, даже если одна треть допуска будет использоваться в достаточно центрированном процессе, Cpk будет в районе 1.8 – 2.2, что всё-таки значительно ниже ожиданий многих компаний, занятых в сфере сверления отверстий в печатных платах.
При определении значений Cpk для управляемых процессов, где может быть целая комбинация влияющих на него факторов, необходима особая тщательность. Кроме того, рассмотренная технология сверления микропереходов в печатных платах накладывает жёсткие требования к максимальному вниманию при разработке и производстве, а также к технической чистоте шпиндельного узла.
Эта статья дана в сокращенном варианте. Для полной версии этой статьи посетите сайт: www.circuitree.com.
Тони Бэннен работает техническим директором в компании Westwind Air Bearings.
Крис Джеррард - директор отдела исследований и разработок в Westwind Air Bearings.
Аэростатическое движение шпинделя
Для успешного управления процессом и обеспечения высокой производительности, систему сверления (с механизмом и шпинделем вместе) необходимо тщательно контролировать. В обычных шпинделях сверлильных станков, ось поддерживается двумя радиальными аэростатическими (на воздушной подушке) подшипниками, установленными по каждую сторону электрического мотора и центрально расположены, аксиальной системой подшипников, расположенной на одном конце вала. В любой высокоскоростной вращающейся системе резонансные частоты и вибрационные эффекты взаимодействуют по всему диапазону скоростей, отрицательно воздействуя на орбиту вала. Такое паразитное (ошибочное) движение может передаваться на сверло, зажатое в цанговый патрон в передней части вала. Его нужно минимизировать тщательной разработкой и точной балансировкой. Прецизионные шпиндели на воздушных подшипниках компании Westwind Air Bearings нейтрализуют эти эффекты, обеспечивая контроль геометрии. Элементы механизма и модульные подсистемы
Важную роль в обеспечении нормального хода технологического процесса играет шпиндель. Динамическая погрешность (неустойчивость) шпинделя, вместе с другими источниками неполадок в механизме станка и зажимном устройстве, может привести к последующему серьезному износу оборудования. Особое внимание следует обращать на все вероятные источники погрешностей, приведённые ниже.
* Неустойчивость вращения шпинделя
* Неточное закрепление инструмента
* Сервопозиционирование
* Осевая интерполяция
* Сбои в программе или разрегулировка станка
* Осевое смещение
* Вибрация (внешняя и вызванная механизмом станка)
* Зазор/люфт в подвижных механических элементах (винты на шаровой опоре, гайки, подшипники, кулисы и т.д.)
* Физический износ движущихся деталей станка
Выводы
Изложенная здесь информация предназначена для иллюстрации существующих (нынешних и потенциальных) источников погрешностей, присутствующих в сверлильных станках для печатных плат. В измерении и определении индекса пригодности процесса Cpk при выборе станка и производственного оборудования все эти источники информации и факторы должны быть приняты во внимание.
В производстве современных печатных плат всё большие требования предъявляются к точности совмещения отверстий, особенно для ещё более узких микропереходов и высокоплотных технологий, таких как корпуса BGA и CSP, где требования Cpk > 5 всё больше становятся обычной практикой. В стандартных платах требование точности позиционирования с максимальным отклонением 30 микрон, и с условием повторяемости, не является редкостью. При таком высоком уровне Cpk, доступна только небольшая часть поля допуска, а "отклонившиеся" отверстия, вышедшие за верхний (USL) или нижний (LSL) пределы производственных технологических характеристик окажутся дефектными.
В описанной в статье, приводятся больше положительные примеры из практики, а не наихудшие возможности, общая потенциальная погрешность в 36 микрон (из них 5 микрон приходится на шпиндель при критической частоте) может быть отнесена на верхний слой платы. Со шпинделем, вращающимся на полной скорости, на износ придется около 2 мкм. Принимая во внимание неточность, даже если одна треть допуска будет использоваться в достаточно центрированном процессе, Cpk будет в районе 1.8 – 2.2, что всё-таки значительно ниже ожиданий многих компаний, занятых в сфере сверления отверстий в печатных платах.
При определении значений Cpk для управляемых процессов, где может быть целая комбинация влияющих на него факторов, необходима особая тщательность. Кроме того, рассмотренная технология сверления микропереходов в печатных платах накладывает жёсткие требования к максимальному вниманию при разработке и производстве, а также к технической чистоте шпиндельного узла.
Эта статья дана в сокращенном варианте. Для полной версии этой статьи посетите сайт: www.circuitree.com.
Тони Бэннен работает техническим директором в компании Westwind Air Bearings.
Крис Джеррард - директор отдела исследований и разработок в Westwind Air Bearings.
Отзывы читателей
