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印制电路板精密微孔钻削温度场研究

林晓科  
【摘要】:科技发展,产品更新,对作为电子产品基础连接件的PCB的性能要求日益提高。PCB的钻孔质量直接影响PCB的性能,而PCB钻削过程中的导热、散热以及钻削温度的变化是提高钻孔质量的关键突破口,也将成为业界不容忽视的研究方向。因此,本文根据当前的研究现状和发展趋势,首先建立了PCB钻削温度场模型,并基于热量分析对钻削力特性进行研究,最后对PCB钻削温度场进行实验与仿真。在数学建模方面,基于热源法建立了单一铜箔和环氧玻纤布的钻削温度场模型,并分析计算了环氧玻纤布复合材料的热导率、密度和比热容。接着结合数值分析中的差分法建立了PCB钻削温度场模型。在钻削力特性方面,利用测力平台来测量铜箔、环氧玻纤布和PCB在不同加工条件下的轴向力和扭矩变化,并基于时域信号周期累积平均处理原理对所采集的信号进行降噪处理,处理结果表明该方法能有效地提高信噪比。接着分析钻削力特性规律,结果表明印制板微钻削加工过程中,轴向力和扭矩随着进给速度的增大而增大,轴向力随着主轴转速的增大而减小,且减小的趋势逐渐降低,而扭矩则随着主轴转速的增大先增后减。刀具的直径越大,轴向力和扭矩也越大。此外,对于单一材料加工,铜箔的轴向力明显高于印制板和环氧玻纤布,其中环氧玻纤布加工轴向力最小,而扭矩则刚好相反。然后基于实验结果,采用经验公式的方法建立了轴向力和扭矩的经验模型。最后通过能量守恒原理计算出钻削过程所释放的热量。在温度场实验与仿真方面,利用红外测温平台来分析不同材料在不同加工条件下的温度变化规律,结果表明PCB钻削温度随着进给的增大呈先增后减的趋势,与主轴转速呈正比关系,并且刀具直径越大,温度越高。而对于不同材料来说,由于热导率的不同,所测的结果也有很大的不同。环氧玻纤布的温度明显高于铜箔和PCB的表面温度。接着,根据所测的温度结果,基于遗传算法得到了铜箔和环氧玻纤布热量分配系数。再根据计算的PCB理论温度值和实际温度值进行对比和误差分析,结果表明该PCB温度场数学模型的理论值和测量值具有高度的一致性,绝对误差的值较为接近,相对误差基本在15%以内。最后对PCB钻削温度场进行仿真分析,仿真结果表面PCB钻削温度呈同心圆分布,越靠近钻孔中心温度越大,并且沿着钻孔深度方向温度逐渐增大,进一步验证了PCB温度场模型的合理性和正确性。


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