浅谈高速冲孔单元设计.doc

浅谈高速冲孔单元设计.doc浅谈高速冲孔单元设计随着微电子技术的迅速发展,电子整机正在日益向微型化、集成化和高频化的方向发展,这使得电子元器件也必须向小型化、高频化、高可靠性、低成本和高集成度的方向发展。作为电子元器件常用基板之一的低温共烧陶瓷基板, 它具有布线层数高、布线导体方阻小、介电常数低、烧结温度低, 热膨胀系数小等优点, 所以成为了一种理想的多芯片组件(MCM) 用基板, 有广泛的应用前景。打孔是 多层基板制造中的关键工序之一, 主要包括生瓷带上通孔、定位孔及腔体的成型。 1 生瓷带打孔机简述生瓷带打孔机作为 多层基板制造中的关键工艺设备之一, 一方面体现在孔的精度对于基板内电极印刷和预叠层的质量影响甚大,另一方面体现在冲孔速度对基板生产周期的影响。通常, 在 生产线上打孔是工作量最大的一道工序。一条生产线根据产品的不同( 一片生瓷带一般有 3 000 ~ 10 000 或更多个孔,完成一片生瓷带的加工需 5~ 20 min) 需配 4~6 台或更多打孔机。随着 多层基板层数的不断增多、布线密度的不断提高和更多元器件的埋置, 每层生瓷带上的孔数已经超过 30 000 个,完成一片生瓷带的加工将超过 1h。冲孔速度已成为制约 多层基板生产效率提升的瓶颈, 所以提高生瓷带打孔机工作效率迫在眉睫。生瓷带打孔机的核心部件是 x、y 运动平台和冲孔单元,生瓷带在 x、y 运动平台的带动下实现快速、精确移动定位, 冲孔单元完成冲孔动作。因此, 冲孔速度的提升, 一方面要提高 x、y 运动平台的移动速度, 另一方面必须提高冲孔单元的冲孔速度。本文主要论述如何提高冲孔单元的冲孔速度。 2 高速冲孔单元冲孔单元主要由驱动部件和执行机构两部分组成,驱动部件带动执行机构完成冲孔动作。如果把冲孔单元比作一架“马车”的话, 那么驱动部件就是“马”, 而执行机构则是“车”, 要想使这辆“马车”跑的快, 必须“车轻”, 并且“马快”。本文分别从“车”与“马”两方面来论述高速冲孔单元的实现途径。 执行机构普通的冲孔单元其执行机构的核心部分如图 2(a) 所示, 冲针安装在导向柱上, 驱动部件驱动导向轴沿直线衬套方向运动, 冲针与凹模做相对运动完成冲孔动作。按照运动学原理,要想减小单个孔的冲孔时间,须从如下几方面入手: (1) 缩短冲孔行程。普通冲孔单元冲孔行程为 8 mm ,高速冲孔单元根据工作条件,采用了两级运动方式,即第一级动作 6 mm, 第二级动作 2 mm 。冲孔时,加工整片生瓷带上相同孔径的通孔第一级动作只需进行一次, 因此可不考虑第一级动作的行程, 认为高速冲孔单元的冲孔行程仅为 2 mm。(2) 降低导向部分的摩擦力。普通冲孔单元为了提高导向精度, 导向轴与直线衬套采用过盈配合, 该方式的后果是: 一方面增大了导向部分的摩擦力, 另一方面使直线衬套寿命大大降低。高速冲孔单元更改了原冲针、凹模结构, 采用精密导套小间隙滑动导向。该导向方式不但减小了摩擦力, 大大延长了导向部件的使用寿命, 而且由于直接对冲针进行导向,提高了导向精度。(3) 减少运动部分质量。普通冲孔单元运动部分的质量约为 45g ,而高速冲孔单元运动部分质量仅约 20g。实现了“行程短”、“摩擦小”、“质量轻”的改进目标。另外, 设计时为了保证冲孔单元的稳定性, 对高速冲孔单元主体支架做了力学模拟仿真,模拟结果