Mechanické zpracování hliníkových DPS – drážkování

Společnost PCB Benešov, jeden z významných výrobců plošných spojů v České republice, který nabízí 100% českou výrobu s vysokou kvalitou, představuje operace mechanického zpracování hliníkových DPS – frézování a drážkování.

• IMS (Insulated Metal Substrate) – materiály určené pro svět LED technologií a pro aplikace, kdy je třeba řešit otázku odvodu vznikajícího tepla z DPS. Skládají se z vrstvy měděné fólie pro vytvoření vodivého obrazce, vrstvy dialektrika zaručující minimalizaci tepelného odporu a základní vrstvy kovu, nejčastěji hliníku 1,60 mm, pro odvod tepla. Toto složení staví výrobce plošných spojů před otázku, jak tyto hliníkové materiály mechanicky zpracovávat.
• Vysekávání, vyrážení – tato technologie se realizuje na vysekávacích lisech, kde jsou za pomoci razicích matric do DPS vyseknuty otvory, vnitřní geometrické tvary a vnější obvodový obrys může být s velmi malým odpadem oddělen od technologického okolí. Jedná se o velmi přesné mechanické zpracování, náročné na změnu tvarů razicích matric. Aby nedocházelo k poškození vodičů a nepájivé masky v okolí vysekávaných hran, musí být této technologii přizpůsoben i návrh DPS. Tento způsob zpracování je určen pro vysoce objemové série (asijská produkce).
• Frézování, vrtání – složité geometrické tvary se zpracovávají na CNC frézovacích a vrtacích strojích. Dráha frézování je určena programem z CAM systému, který dovolí velmi rychlou změnu obrysů, rozměrů a vrtání DPS. Ty pak mohou být odfrézovány na jednotlivé kusy, ponechány v panelu na můstky či může být kombinováno frézování s drážkováním. Oproti vysekávání a drážkování ale vzniká velký odpad základního materiálu. Používá se pro menší série a vzorkové DPS.
• Drážkování – operace, při které dochází k vyfrézování paralelních oboustranných V-drážek do přířezu DPS. Jednotlivé DPS se ponechávají ve vícenásobném panelu a odlamují se až po zapájení součástek. Pokud návrh plošného spoje dovolí pravoúhlé obvodové tvary, je cenově nákladnější hliníkový základní materiál efektivněji využit s velmi malým odpadem. Tato technologie je proto vhodná pro větší série i vzorkové DPS. Nejen materiály FR4, ale i hliníkové IMS materiály se dají takto zpracovávat. Cílem článku je bližší přiblížení této operace.

Základem úspěšného mechanického zpracování hliníku je chlazení obráběcího nástroje. Bez chlazení je nástroj zalepen přehřátými třískami obrobeného materiálu a není schopen kvalitního řezu. Dochází tím k ničení nástroje a zpracovávané DPS.

V případě drážkování jsou obráběcím nástrojem dvě kotoučové frézy uložené v hlavách proti sobě. Na boku strojního zařízení je umístěn externí tank s chladicí kapalinou. V mixeru nad tankem dojde ke smíšení tlakového vzduchu a chladicí kapaliny. Tato je posléze přes tlakové trubičky ve formě mlhoviny vstřikována přímo na řezné části horní a spodní kotoučové frézy. DPS je přes upínací kolíčky připevněna k dopravníkovému systému a je pohybována tam a zpět ve směru kolmém k pohybu kotoučových fréz. Rozteč drážek je určena souřadnicemi programu uloženého v paměti CNC stroje a po ukončení drážkování je DPS automaticky uvolněna z upínacích kolíčků. Pro lepší odvod hliníkových špon je, oproti zařízením pro drážkování FR4 materiálů, navýšen výkon odsávacího příslušenství.

Nejenom chlazení, ale také typ drážkovacích fréz, ovlivní kvalitu provedené operace. Pro drážkování hliníkových materiálů jsou voleny frézy s diamantovými zuby, které dovolí nastavení řezných podmínek na 6 000 ot./min a posuvu 8 m/min. Keramické plniče obsažené v dialektrikách některých typů IMS materiálů značně ovlivňují životnost obráběcích nástrojů. Z tohoto důvodu jsou DPS do stroje upínány střídavě dialektrikem nahoru a dolů, čímž dochází k rovnoměrnému opotřebení obou kotoučových fréz současně.