Come definire la corretta scontornatura dei PCB

Fresatura, Scoring, Laser 

Al termine del processo di fabbricazione i circuiti stampati presenti sul pannello di produzione, devono essere separati per ottenere il pannello richiesto dal Cliente. Le lavorazioni meccaniche più utilizzate sono:

Fresatura, Scoring, Laser

Nella scelta della lavorazione meccanica da adottare al proprio PCB, i principali parametri da considerare sono:

• tipo di materiale e spessore

• forma e dimensione del PCB

• tolleranze dimensionali e di posizionamento del bordo

• presenza di smussi, rientranze, sporgenze o cave non metallizzate 

• grado di pulizia è richiesto al bordo del PCB

• presenza di componenti “fragili” sul PCBA e loro distanza dal bordo del PCB

• metodo di separazione del PCB dopo assemblaggio ( depanneling ).

• costi

Vediamo ora le principali caratteristiche e valutiamo punti di forza e di debolezza.

FRESATURA

Nella foto : PCB in pannello con testimoni o break-tab 

_{Fonte : https://www.epectec.com}

CARATTERISTICHE

Viene eseguita con macchine a controllo numerico con 1 o più teste utilizzando frese a punte diamantate. 

Si possono lavorare fino a 3 pannelli nello stesso pacco in funzione del diametro della fresa , servono almeno 2 fori non metallizzati per il fissaggio del PCB 

FRESATURA
+	-
basso stress meccanico	produce polvere
buona tolleranza di posizione del bordo e di dimensioni del PCB	Il PCB deve avere almeno 2 fori non metallizzati in cui inserire le spine di ancoraggio
bordo del PCB pulito e senza bave	le frese si usurano e quindi devono essere sistematicamente sostituite
permette di ottenere qualsiasi forma del contorno e di realizzare smussi, rientranze, sporgenze o cave non metallizzate	Per ogni P/N serve una “tavola di lavoro” personalizzata col contorno dello specifico P/N, per migliorare l’aspirazione di polvere e trucioli

SCORING

Vista in sezione di PCB con tagli scoring 

Fonte : https://www.multi-circuit-boards.eu

CARATTERISTICHE

si esegue con macchine a controllo numerico, alcune macchine hanno funzione JUMP SCORING (scoring interrotto), si lavora 1 pannello per volta

FRESATURA	SCORING
Evitare raggiature interne inferiori a 1 mm	non son richieste tolleranze dimensionali strette,
La geometria del testimone deve considerare il diametro il numero e il passo tra i fori, oltre che la posizione dei fori rispetto al bordo del PCB	Generazione di bave di lavorazione particolarmente invasive per PCB di piccole dimensioni
Prevedere spigoli esterni arrotondati per evitare di “bucare” il pacchetto sottovuoto

TAGLIO LASER

Nella foto : PCB Flex   

Fonte : https://www.jarnistech.com

Tecnologia che consente di tagliare evitando il contatto diretto col PCB, eliminando lo stress sul materiale ed evitando di creare danni meccanici. 

È la “modalità di taglio” preferita per i materiali sottili ed è perciò idonea per il taglio del contorno dei PCB FLEX e per la finestratura del Coverlay. 

Può essere utilizzata anche per il taglio finale dei breakpoint (depannellizzazione) nei PCBA rigidi in Fr4 al termine del processo di assemblaggio.

Due le tecnologie maggiormente utilizzate

Fonte : https:// globalwellpcb 

• Laser CO₂   lavora nella regione IR, alla lunghezza d’onda di 10600 nanometri paria a 10,6 micron 

• Laser UV lavora nella regione UV, ad una lunghezza d’onda più corta,355 nanometri pari a 0,355 micron

Il Laser CO2 è utilizzato per PCB Flex e per materiali con maggiori spessori come FR4 o ML rigido flex, 

L’energia emessa a questa lunghezza d’onda è fortemente assorbita dal vetro e potrebbe produrre carbonizzazione. 

Il Laser UV Produce tagli più sottili, con minor apporto di calore, è indicato per materiali sottili, per PCB flex in polymide o PET, idoneo anche per il coverlay  

Solitamente ha una potenza medio bassa e questo limita la resa e lo spessore massimo di taglio. 

Per i PCB per i quali sono richiesti elevati standard di qualità, può permettere il raggiungimento dei requisiti di “technical cleanliness” (livello di contaminazione verificati secondo i metodi definiti dalle norme VDA19 o ISO 16232).

La caratteristica principale dei sistemi laser è la Potenza (quantità di energia emessa nell’unità di tempo, solitamente in 1 secondo, si misura in Watt)  

Altra caratteristica è la modalità di emissione dell’energia:

• Onda continua 

I laser a onda continua emettono un flusso di energia costante e continuo. 

• Impulsi 

I laser a impulsi emettono energia con brevi impulsi intercalati da pause. L’energia “sparata” dopo i tempi di pausa raggiunge valori di picco molto elevati. Più breve è l’impulso, maggiore sarà il picco di energia

Fonte : laser depanelling LPKF

Parametri di Taglio 

È basilare impostare parametri ottimali per ottenere un taglio dalla qualità desiderata e che salvaguardi quanto più possibile la cosiddetta HAZ ( Heat Affected Zone). 

Questa è l’area in prossimità del taglio che qualora venisse investita da una quantità eccessiva di energia, potrebbe dar luogo a carbonizzazione o bruciature. 

Di seguito i principali parametri:

• Pulse energy: quantità di energia emessa da un singolo impulso, si misura in Joule o milliJoule (J o mJ)

• Pulse duration: durata dell’impulso, è una caratteristica del laser Si esprime in micro secondi. 

                                      Laser CO_{2 pulsato} τ ≈ 500 μs   Laser UV τ ≈ 0,100 μs

•  Frequenza della pulsazione “f”: è il numero di impulsi emessi in 1 secondo, si misura in Hertz (Hz)

Es. frequenza di 100 kHz significa che il laser emette 100.000 impulsi in un secondo. 

• Intervallo fra gli impulsi, “T”:

è il tempo che intercorre tra un impulso ed il successivo, unità di misura del periodo: secondi (s)

• Velocità di scansione: indica la velocità di taglio

Esempio di interazione fra i parametri in un laser a impulsi:

Se aumenta la frequenza, aumenta la potenza media e diminuisce la potenza di picco, aumentando il riscaldamento e se il calore aumenta peggiora la HAZ

In sintesi: l’aumento della frequenza produce impulsi più forti, taglia più velocemente, ma producendo maggior calore aumenta il rischio di creare carbonizzazione. 

Costi 

PCB: per la separazione dei PCB dal pannello di produzione lo scoring è la scelta più economica, mentre la soluzione con fresatura ha dei costi mediamente superiori del 30-40% .

PCBA: per l’operazione di depaneling, escludendo le soluzioni manuali tradizionalmente utilizzate come il taglio con lama rotante o i sistemi di scoring, le possibili soluzioni sono il router depaneling o il laser depaneling. La soluzione tecnicamente migliore ,ma anche più costosa è il laser depaneling che consente la lavorazione senza contatto fisico, zero stress meccanico e diventa una scelta quasi obbligata per i PCB flex. 

Il laser depaneling può essere un po' lento con PCB spessi in Fr4, e quindi in questi casi si potrebbe preferire il router depaneling.

TMELECTRONICS srl Staff tecnico

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