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第三章 第三節 垂直式上膠機
 
 
  上膠機是制造覆銅板關鍵設備, 覆銅板和多層線路板用的半固化片都是由該設備生產出來,我們所說的上膠機實際上是一個包括烘箱、開卷、傳動、收卷等設備在內的一成套設備。由于生產半固化片的不同,所使用的上膠機也不同,如生產FR-4用垂直式上膠機,而生產CEM-3用水平式上膠機;而不同的設備供應商技術水平和設計理念不一樣,其生產的上膠機也各有不同,設備制造商為滿足不同客戶需求,在設備制造方面各有所長。
一、上膠機分類
  根據上膠機不同工作原理和不同功能,我們可以將上膠機按以下方式分類:
  1.按膠液有無溶劑來分
  上膠機可分為有溶劑上膠機和無溶劑上膠機。有溶劑上膠機無論從設備技術方面,還是工藝技術方面,都是非常成熟。無溶劑上膠機則是一種還未普及的技術,但它確實是一種可以考慮的技術。
  2.按烘箱放置方式來分
  上膠機可分為垂直式上膠機和水平式上膠機;烘箱放置不同,其結構和功能也大相徑庭。垂直式上膠機主要用于生產玻纖布基粘結片(PP),水平式上膠機主要用于生產紙基粘結片(PP)。
  3.按加熱烘干方式來分
  上膠機可分為熱風式上膠機和紅外輻射上膠機;水平式上膠機由于要有“氣墊”來托住PP,所以水平式上膠機都是熱風式的;垂直式上膠機在八十年代中期和此前均采用熱風加熱,進入九十年代,垂直式上膠機則以采用紅外輻射方式為主。
  覆銅板行業用得最多的上膠機是垂直式上膠機,主要用于7628、2116、1080、106等玻纖布上膠,再通過熱風或紅外輻射烘箱將樹脂半固化,形成玻纖布基PP。這里我們主要介紹有溶劑、垂直式上膠機。
二、垂直式上膠機基本參數(以紅外輻射上膠機為例)
 。ㄒ唬┐怪笔缴夏z機烘箱/玻纖布/車速之間的關系,見表3-3-1(以普通PP為參考)。
          表3-3-1 烘箱/玻纖布/車速之間的關系

   玻纖布
高度

106(m/min)

1080(m/min)

2116(m/min)

7628(m/min)

7.5m

6

7.5

9.4

9.4

10m

10

12.5

12.5

12.5m

12

15.6

15.6

15m

18.8

19.8

  ※表示該高度烘箱不適合生產相應的PP。
 。ǘ┥夏z機總風量的確定
  上膠機的風量一般是根據膠液的最大溶劑揮發量和LEL值來確定, LEL值一般選25%~33%(LEL=100%時,丙酮為56g/m3),在已知最大溶劑揮發量G的前提下,我們可以計算出上膠機所需總風量。
  Q=G/(56×α)
  式中:G=最大溶劑揮發量;
     α=LEL值;
     Q=風量。
三、垂直式上膠機系統示意圖
  垂直式上膠機系統一般由開卷、接布、儲布、浸膠、垂直烘箱、驅動、調偏、收卷等組成。圖3-3-1為上膠機系統簡圖,圖3-3-2是紅外輻射上膠機簡圖。

           圖3-3-1 上膠機系統示意圖
 
             圖3-3-2 紅外輻射上膠機
1-開卷單元 2-接布單元 3-儲布單元 4-預浸單元 5-浸膠單元 6-計量輥單元
7-烘箱 8-緩沖區 9-調偏冷卻單元 10-切邊單元 11-后儲布 12-收卷單元

四、垂直式上膠機結構、原理及功能
 。ㄒ唬╇p放布開卷單元
  上膠機為駁換玻纖布,都設計為2個放布位,2個放布位有固定式和旋轉式兩種,其中旋轉式放布位比較靈活、方便,現在上膠機一般選用這種方式。
  1.放布方式
  分有軸式放布和無軸式放布2種方式。
 。1)有軸放布方式
  這種方式采用一條氣脹軸從玻纖布卷紙筒蕊穿過去,給氣脹軸打壓縮空氣使氣脹軸展緊紙筒蕊,再將氣脹軸連同玻纖布放到一個卡盤機構上,由卡盤“鎖緊” 氣脹軸兩端,完成放布,如圖3-3-3所示。這種方式比較傳統,大部分上膠機采用這種方式;缺點是卡盤與氣脹軸兩頭存在間隙,長時間使用之后,兩者之間會出現磨損,形成松動,嚴重時會影響到玻纖布的張力。

              圖3-3-3 氣脹軸
 。2)無軸式放布
  這種方式采用兩小段氣脹軸頭,其中一端氣脹軸頭固定,而另一端則可以沿軸向方向移動,當一卷布通過升降臺(或其它機構)送到放布開卷單元時,將紙筒蕊一端套到固定的氣脹軸端,而可移動的氣脹軸頭通過氣缸驅動插入紙筒蕊孔內,兩端氣脹軸頭同時通壓縮空氣,將紙筒蕊脹緊,實現玻纖布卷在開卷架上固定,其結構和原理見圖3-3-4。
  
             圖3-3-4 無軸式放布架
  2.張力控制
  開卷單元張力有氣動制動器和飼服馬達控制2種方式。
 。1)氣動制動器控制張力
  通過自動或手動調節壓縮空氣壓力的大小來控制制動器的摩擦力,再由摩擦力形成布的張力,這種方式在老式上膠機用得特別多。
 。2)飼服馬達控制張力 由張力感應器控制飼服馬達送布速度來控制張力。
 。ǘ┙硬紗卧
  接布方式有2種,一種方式水平接布,另一種方式是垂直接布。
  1.水平接布
  這種接布單元由一個上加熱棒和一個下加熱棒組成,見圖3-3-5。
 
           圖3-3-5 水平接布示意圖
  當操作人員在一個水平臺上將新舊玻纖布貼緊在一起后,再將貼緊的新舊玻纖布連同熱敏膠帶送到加熱棒處,可移動的上加熱棒在氣缸的作用下向下壓,給熱敏膠帶加熱,當預設的時間到后(20秒),上加熱棒自動打開,完成接布。接布是在一個水平臺上進行,操作比較方便,但接布口位置的確定由操作人員掌握,接布時玻纖布也很松,這樣對布的經緯紗和張力有影響。
  2.垂直接布
  由一條固定發熱棒和一條水平方向開合發熱棒組成,配有一套自動切布裝置,見圖3-3-6。
    
           圖3-3-6 垂直接布示意圖
  接布時,在新布上手動粘上熱敏膠帶,并垂直送入發熱棒之間,操作人員按下自動按鈕,實行自動接布和自動切斷舊布。
 。ㄈ┣皟Σ紗卧
  前儲布架主要是為了換布接布時,生產同樣能連續進行。它主要由一組固定輥和一組浮動輥組成,在接布前,浮動輥帶動布上升到最高點,將布儲存到需要的量,見圖3-3-7。
        
              圖3-3-7 儲布架
  在接布口前進時,浮動輥會緩慢下降到最低。儲布浮動輥升降對布的張力影響很大,因此合理控制張力很重要。浮動輥升降方式主要有3種:
  1.氣缸升降
  這種方式以氣缸作動力,儲布比較靈活,但在開始儲布時會對布的張力產生沖擊,張力不夠平穩。
  2.絲桿升降
  用飼服馬達(AC馬達)驅動絲桿帶動浮動輥升降,飼服馬達由張力傳感器控制,升降平穩,張力也穩定,但靈活性不夠。儲布單元輥較多,為減少輥對布的張力和經緯紗的影響,在正常走布條件下,浮動輥要降到儲布架最低點,以減少布繞過輥的數量。
  3、鏈條升降
  這種方式通過電機驅動鏈條,由鏈條帶動儲布架升降,這種方式控制比較容易實現,也比較可靠。
 。ㄋ模╊A浸單元
  預浸單元是由一個比較淺的不銹鋼膠槽和多條軸組成,見圖3-3-8。主預浸軸有自己的驅動裝置,通過氣動離合器來聯結,根據預浸需要,主預浸軸可以處于主動和從動兩種狀態。預浸后的玻纖布還要經過擠膠軸,將膠液中的氣泡排走。
         
              圖3-3-8 預浸單元
 。ㄎ澹┙z單元
  浸膠單元包括一個可升降的不銹鋼槽和多根直徑相同的輥組成,見圖3-3-9。
    
              圖3-3-9 浸膠單元
  1.不銹鋼槽
  有進口管和溢流裝置,溢流裝置通過溢流板控制膠液溢出,同時可以將膠液表面產生的氣泡溢流回到儲膠槽。為方便清潔,預浸槽可以單獨拉出。浸膠槽可通過氣缸升降,當槽在低位時,槽可拉出。
  2.浸膠輥
  一般用Φ60—Φ80的輥,一組輥高低錯開,形成浸膠—排氣—浸膠這樣一個過程。
  3.粘度自動控制系統
  在上膠過程中,膠液中的溶劑會揮發掉一部份,膠液粘度會出現變化,為保證玻纖布在測量輥間得到均勻涂層,必須保證膠液粘度的一致性,好的上膠機要有粘度自動控制,該系統構成和原理,見圖3-3-10。
      
            圖3-3-10 樹脂粘度控制系統
 。1).膠液槽
  混好的膠液通過泵輸送到膠槽,在膠槽繼續攪拌,同時由粘度測量計自動檢測膠液粘度,根據粘度變化來打開或關閉溶劑控制閥,從而控制補充到膠槽的溶劑量,保證膠液粘度的一致性。
 。2).溶劑槽
  存放溶劑,需要時向膠槽提供適量的溶劑。
 。┯嬃枯亞卧
  計量輥俗稱夾軸,PP上的樹脂含量和均勻性就是由這個單元控制的,因此夾軸是整個上膠機的關鍵部位,無論哪一家上膠機對計量輥精度、耐磨性、硬度要求都很高。
  計量輥單元由計量輥、刮膠、調節機構、驅動機構四部分組成(見圖3-3-11),這四部分都要有穩定、可靠的性能。
   
             圖3-3-11 計量輥單元
  1.計量輥
  計量輥是兩條由冷鑄鐵或鋼制造而成的軸,表面要鍍硬鉻以增加軸表面的硬度和耐磨性,其具體參數有:
 。1)軸的大小一般是200~250mm;
 。2)同心度±1μ/1000mm;
 。3)表面硬度為HRC50-55;
 。4)圓跳動度為±1μ/1000mm
  2.刮膠機構
  為保證玻纖布樹脂含量均勻,計量輥與玻纖布接觸的面要求非常干凈,這就需要一個機構將轉動計量輥表面膠液刮干凈。每條計量輥配一把刮刀,生產時刮刀在氣缸作用下緊貼轉動軸,刮膠方向與軸的轉動方向相反,于是將軸上的膠液刮下來,始終保持計量輥表面清潔。
  3.間隙調節機
  一般采用高精度絲桿螺母傳動,由楔形塊來調節。調節方式分手動和自動調節兩種:
 。1)手動調節
  人工轉動絲桿使楔形塊上下移動,移動其中一條計量輥,從而調節兩輥之間隙,絲桿轉動一圈,兩輥間隙變化0.01mm。
 。2)自動調節
  用AC馬達驅動,用間隙傳感器感應兩條輥之間的間隙,只要在操作板上設定兩輥之間的間隙值,AC馬達即可以驅動絲桿、楔形塊讓兩輥間隙達到設定值。這種方式比手動能更好地調節好計量輥之間隙,而且間隙又可以直接顯示在操作板上,比手動調節更直觀。
  4.傳動機構
  由防爆電機驅動,正常工作狀態下,輥的轉動方向與布的走向相反,速度一般較低,為2~3m/min,但當接布口從計量輥間通過時,計量輥的轉動方向會自動反轉,即輥的轉向順著布的走向。當接布口通過計量輥以后,輥的轉動方向又會回到原先轉動方向。
 。ㄆ撸┖嫦
  烘箱是整個上膠機的核心設備,也是不同上膠機技術關鍵所在,上膠機的不同類型事實就是烘箱型式不一樣,垂直上膠的烘箱有熱風加熱和紅外輻射兩種。
  1.熱風式烘箱
  這種上膠機以熱風作能源來使PP固化,這里我們以美國LITZLER上膠機為講述引用熱風式上膠機烘箱。
 。1)烘箱結構
  整個上膠機烘箱分4個區,上行2個區,下行2個區。每個區一個新鮮風機、一個循環風機和一個排風機組成,見圖3-3-12。
    
             圖3-3-12 熱風式烘箱
  a.新鮮風機
  向烘箱提供設定溫度的熱風。每個烘箱有熱、冷進風口,熱風閥門和冷風閥門由一個連動機構帶動,從焚燒爐熱交換器來的熱風和從烘箱周邊來的冷風分別從不同閥門進入到新鮮風機,新鮮風機充分混合熱風和冷風后,將合適溫度的風送入烘箱百葉并形成一定風速將風吹到PP表面,提供PP反應所需要的熱量。
  b.循環風機
  每個溫區內部還有一個循環風機,由新鮮風機吹進烘箱的熱風,一部分通過排風機帶走溶劑并進入焚燒爐燃燒外,其余部份均要在烘箱內部循環,這樣可以充分利用熱能。
  c.排風機
  每個烘箱均有一個排風機,LITLER上膠機在充分考慮下行烘箱中的風比上行烘箱的風干凈這一情況,首先將熱風從下行烘箱排到上行烘箱,再由上行烘箱通過排風機將廢氣排出上膠機,廢氣經焚燒爐熱交換器預熱后進入爐頭燃燒。
 。2)熱風的來源
  上膠機的熱風是從焚化爐熱交換器加熱而來。
  2.紅外輻射烘箱
  紅外輻射烘箱采用IR輻射板,熱能以輻射形式傳到PP上,供PP固化反應;熱風則將烘箱內溶劑帶到焚燒爐去燃燒。
 。1)紅外輻射烘箱結構
  輻射板由一塊光滑的經過特殊處理的金屬板制造而成,在輻射板的后面有很多小導熱油管道,導熱油加熱輻射板產生紅外線。整個烘箱分2個區,上行區和下行區,上行區輻射板分2個溫度控制段,下行區為了合理控制PP的GT,輻射板分左、中、右3個區溫度控制小區,這幾部份溫度控制均為獨立控制,見圖3-3-13。
    
            圖3-3-13 紅外輻射式烘箱
 。2)烘箱內的熱風
  固化室沒有風嘴,只有極為光滑的平板,熱風都是從上往下流,區1的風流向與布的走向相反,區2的熱風是順著布的方向向下流,2個區均采用100%新鮮風。每個區供風設備包括:濾網、加熱器、新鮮風機、分配箱、排風機。新鮮風經過濾網后,進入熱交換器加熱達到工藝上所需要求的溫度,再由鼓風機將新鮮熱風送到分配箱,在分配箱對熱風進行左、中、右分配,之后從風口進入固化室,提供熱量給PP并帶走溶劑,最后由排風機將廢氣抽走,送入焚燒爐燃燒,見圖3-3-14。
  
             圖3-3-14 烘箱熱風流向
  3.紅外輻射烘箱之優缺點
 。1)熱能以輻射形式傳到布上,又以平穩的風帶走溶劑,能防止PP表面出現“硬皮”現象。如果出現“硬皮”,則阻礙溶劑完全揮發,形成“氣孔”。
 。2)加熱的新鮮風進到固化室平穩流動,不會對原有布的張力造成大的影響,不會引起布的張力不均。而且熱風進入固化室使得溶劑充分混合,有利于半固化片固化。
 。3)可以防止樹脂粒吹到PP上。樹脂粒在固化室會硬化甚至碳化,如有風在固化室橫向吹,就有可能將這些樹脂點吹到PP上,造成PP表面出現“黑點”。
 。4)由于整個固化室只有光滑平板,沒有風嘴,PP在烘箱內不會刮到任何地方。
 。5)紅外輻射烘箱最大的缺點就是結構比較復雜,要多出很多油管。
 。ò耍┚彌_區
  緩沖區由冷風閘、冷卻輥、冷風刀等構成,見圖3-3-15。
   
            圖3-3-15 烘箱頂緩沖區
  1.冷風閘
  經過上行烘箱的PP在進入下行烘箱前,要與冷卻輥接觸,為防止粘輥,在冷卻輥前裝備冷風閘對PP進行冷卻。
  2.冷卻輥
  緩沖區冷卻輥有2條(有的上膠機有3、4條),這2條冷卻輥表面必須進行特殊處理,使得PP不會粘輥。CAVITEC上膠機在第一條冷卻輥處裝有一條刮刀,此刮刀用來清潔冷卻輥,在刮刀下面有一個可移動的收集盤,用來收集從冷卻輥上刮下的膠粒、異物等。
  3.風刀
  在2條冷卻輥各有一條風刀。
 。ň牛┱{偏/引出/冷卻單元
  1.調偏
  調偏的功能就是讓PP從烘箱出來以后能完全按照一對齊邊進入下一臺設備,以利于PP能切邊和整齊收卷。
 。1)組成
  調偏機構由感應器、油缸、液壓單元、調偏輥等組成,其中調偏輥表面要進行噴砂處理,且輥內要通冷卻水作冷卻處理。
 。2)原理
  采用一個用壓縮空氣對吹的傳感器,當PP從傳感器中間走過時,PP位置不一樣,擋住壓縮空氣程度不同,反饋壓力信號也就不同,再由一個一個飼服機構控制液壓單元給油缸合適的油量,實現調偏輥兩端高低位置不同,從而引導PP回到傳感器要求控制的位置。
  2.牽引單元
  牽引單元,由2條直徑達Ф400的冷卻輥將PP走成“S”型,增大PP在冷卻輥上的包角,提供足夠平穩的牽引力。這2條輥由AC馬達驅動,還要通冷卻水去冷卻。
 。ㄊ┣羞
  切邊有用裁紙刀直切和用圓滾刀滾切,CAVITEC采用滾刀切邊,兩刀間距離可以通過螺桿機構調節。在滾切的過程中,為防止切邊時產生的玻璃粉塵飛揚,在每個切邊處都裝有吸塵裝置。
  切好的邊用氣動馬達收卷機將從PP切下來的邊料收成一卷一卷,切過后的PP邊上尚有毛刺或玻璃粉,因此要安裝封邊槍,用熱壓縮空氣(用電加熱)對PP邊進行封邊處理,
 。ㄊ唬┖筚A布單元
  收卷時換卷或者剪床出現異常時,PP不能往下一道工序繼續前進,為保證前面設備不簡短運行,在卷布機前設計一后貯布架,其結構和原理同前儲布架。
 。ㄊ┦站韱卧
  收卷機采用雙軸收卷,2個收卷位置均可裝氣脹軸,氣脹軸運行由夾盤來帶動,夾盤有安全裝置,只有當合上安全夾盤時,收卷單元才可以收卷,收卷張力是由力矩馬達來控制。
  PP除收卷外,一般上膠機還有切片機,切片機有直切和滾剪2種方式,兩種剪切方式引入、傳送設備基本一樣,只是刀剪方式不一樣。滾剪方式最大優點就是PP可以不作短暫停留,剪切速度可以很快。而直切方式PP必須作短暫停留,剪切速度較慢。但是滾剪由于剪切速度較快,滾刀又是作旋轉運動,剪切時產生的粉塵較直切多,因此選擇滾剪必須充分考慮吸塵裝置。
五、無溶劑上膠機
  無溶劑上膠機是一個新的技術,與有溶劑上膠機存在很大的區別。由于其不用處理廢氣,不用焚燒爐,這種上膠機具有高車速、高產能,既節能又環保等特點。
 。ㄒ唬o溶劑上膠機流程見圖3-3-16。

           圖3-3-16 無溶劑上膠機
 。ǘo溶劑上膠機結構、原理和功能
  1.開卷機
  與有溶劑上膠機開卷方式差不多,只是控制張力用AC馬達控制而非氣動制動器。
  2.接布
  接布方式較有溶劑上膠機有很大的區別,無溶劑上膠機玻纖布接布口不用浸膠,接布膠帶無需耐溶劑而僅需耐高溫就可,接布可以很快速度完成。FAUSTEL公司無溶劑上膠機采用自動接布,無需前儲布架。
  3.前調偏
  因為玻纖布上的樹脂是通過涂膠輥涂擠上去的,樹脂寬度是調定在輥上一定位置,且要求涂膠的寬度稍小于布寬,所以布在到達涂膠輥之前必須將布導正,于是在上膠機前部加了一調偏機構。
  4.混膠和涂膠
  混膠設備(膠液輸送系統)完全不同于有溶劑上膠,這套系統管道、容器全都需要加熱,而且要有好的密封功能。
  涂膠是由一條直徑約460mm的主涂膠輥將膠液涂在玻纖布的一面,玻纖布的另一面膠液靠主涂膠輥將膠液擠壓過去(擠壓的同時有排氣泡的功能)。涂膠量是由一條直徑460mm和一條比較小的軸之間的間隙來控制的。涂了樹脂的布還要經過4條“S“型小軸將膠液均勻涂在布上(這4條軸相對位置可以調整)。涂膠輥和擠膠輥均是用導熱油加熱(用電加熱導熱油,再用油加熱涂膠輥),其中主涂膠輥溫度在290~300℉范圍內,主涂膠輥上的樹脂由一條樹脂槍涂上去的。
  5.烘箱
  烘箱采用紅外輻射加熱,輻射板由陶瓷玻璃制成,陶瓷體中含有發熱絲,用電加熱。正常生產條件下需要電功率僅為2w/in?,最高功率是10w/in?,,由于沒有溶劑,這種上膠機烘箱有如下特點:
 。1)烘箱僅需要少量熱風,也就是只要少量熱風管、風閘、熱交換器等;
 。2)不用處理廢氣的焚化爐;
 。3)不用大型風機即不用大功率電機;
 。4)輻射板用電加熱和控溫,省去了導熱油油管,這就可以減少做油管工作量,也無須購買導熱油,這樣一來可以節約投資。
 。5)由于沒有熱風管,輻射板又是陶瓷玻璃的,可以大大減少清機。
  6.上頂輥
  無溶劑上膠機車速是有溶劑上膠機車速的2~3倍,上頂輥要求更高, FAUSTEL公司聲稱已在試驗室成功研究出空氣懸浮輥。
  7.后調編機
  導正從烘箱出來的PP。
  8.冷卻牽引
  與現有有溶劑上膠機基本相同。
  9.收卷
  采用全自動收卷,現場操作僅需1人,只要人工設定收卷長度,切PP機構會自動將PP切斷(采用鋸子狀刀壓在一條聚胺脂軸上將PP切斷),同時有一機構將PP端部引到新的收卷軸上,新的收卷軸上貼有蛇形膠布, PP端部一粘上收卷軸就即刻收卷。
 
 
 
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