基于薄膜热电偶的PCB原位钻削温度测试技术研究
发布时间：2021-12-31 17:26
随着计算机、移动设备、通讯设施等行业的高速发展,印刷电路板被广泛应用于工业生产和日常生活中。印刷电路板制作过程复杂,其中孔的加工是关系电路板质量重要的一步,用于孔加工的钻头直径较小,在0.1mm-1mm之间,钻孔设备主轴转速较高,加之印刷电路板的板层结构构成复杂,导致钻削区域由于热力耦合作用产生的大量切削热,传统的温度测试方法存在感温时间长、受环境影响大等缺点,无法实现实时准确的测量。本文针对以上问题,将薄膜热电偶直接沉积在印刷电路板表面,结合对温度信号的高速采集,实现了钻削过程中温度实时准确的原位测量。具体研究内容如下:根据印刷电路板的截面结构采用材料交替叠层建模方法建立微钻和印刷电路板有限元模型,对钻削过程进行仿真,得到温度场分布云图和温度变化曲线,结果表明:温度场主要分布于以钻头轴线为轴的圆柱体区域内,随着钻头的深入,孔壁处结点温度逐渐升高,在钻透电路板时底部孔壁处温度最高,以此确定了薄膜热电偶溅射于印刷电路板表面的最佳温度测量方法。采用直流脉冲磁控溅射方法在印刷电路板表面制备SiO2绝缘薄膜、NiCr/NiSi热电偶薄膜和SiO2保护薄膜构成薄膜热电偶传感器。研究发现采用分次沉...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２印刷电路板的孔类型??Ｆｉｇ．?１．２?Ｈｏｌｅ?ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｐｒｉｎｔｅｄ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｂｏａｒｄｓ??印刷电路板与普通金属性质不同，它由铜箔层和半固化片相互叠层经热压而成，在??
第一章绪论??＇＇?Ｉ?１?？???ＷｕＵｌ）ｗｐｉ（Ｘ＇Ｃ?（１）?？??ｙ?ｊ?１?ｇ＂?！?Ｃｕｔｔｉｎｇ?ｃｄ＾ｃ?ｏｆ?ｄｒｉｌｌ?（）｜＞ｌｋ?ａｌ?ｆｉｌｖｉ??ｄ“＂?７＝＾：?２３?ｉ?—Ｗｗｋ—???Ｏｐｔｉｃａｌ?ｆｉｈｃｔｉ?ｆ??？??图１．５光纤双色高温计测温法??Ｆｉｇ．?１．５?Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｂｙ?Ｏｐｔｉｃａｌ?Ｆｉｂｅｒ?Ｄｕａｌ－ｃｏｌｏｒ?Ｐｙｒｏｍｅｔｅｒ??Ｍａｔｔｈｅｗ?Ｊ?Ｂｏｎｏ，Ｊｕｎ?Ｎｉ［ｌ３］开发了一个钻箱式热电偶系统，如图１．６所不。把金属箱安??装在两片工件之中，上下两面用塑料做绝缘处理，当钻头钻削到该位置时钻头与金属箔??接触，则钻头与金属箔之间形成闭合回路，测温系统开始工作，该系统能测量钻头钻削??到指定位置时的温度。??－ＸＡ３??Ｗｏｒｋｐｃｃｃ?／??Ｐｌａｓｔｉｃ、、、?／?ｊ??Ｆｏｉｌ?？：：：…蜂ｆ??Ｐｌａｓｔｉｃ＾?／??？？？？?／??Ｗｏｒｋｐｃｃｃ???＼?ｊ??？?？？??Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ??图１．６钻箔式热电偶系统??Ｆｉｇ．ｌ?．６?Ｄｒｉｌｌｉｎｇ?ｆｏｉｌ?ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ?ｓｙｓｔｅｍ??１．２．２薄膜热电偶国内外技术发展现状??薄膜热电偶是一种先进的测量瞬态温度变化的温度传感器［１４］。近年来在内燃机活塞??顶面、飞机发动机、硅片快速热处理（１１丁？）［１５］等瞬态温度测试领域中获得了广泛的应用。??德国ＲＨａｃｋｅｍａｎｎ［ｌｆｉｌ在第二次世界大战期间提出了薄膜热电偶的应用原理，并成功研制??出第一批
第一章绪论??如光线、粉尘等环境因素的影响较大，且测量的是印刷电路板表面的温度，与实际的板??层温度存在一定的误差。??１??Ｉ?Ｉ?Ｉ??ｖ－ｌ?｜＾１?尸??Ｉ?＾＾ｚｚｐ?〇?ｏ?ｏ?〇??丨丨?Ｈ丨？ｌｏｊｏｌｏ??图１．１１感温涂料层测温法??Ｆｉｇ．?１．１１?Ｍｅｔｈｏｄ?ｏｆ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｗｉｔｈ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ?ｔｅｓｔ?ｐａｐｅｒ??付连宇、郭强等［２９］为了测得印刷电路板钻孔时印刷电路板的温度数据。他们选用高??速可连续测量的红外摄像机对印刷电路板钻削过程进行全程摄像，通过测量系统的采集、??传输，显示和存储在计算机上，得到钻削全程的温度图像，以颜色的深浅来表示温度的??高低，最后也得到了整个钻削过程的温度数据。??王文莲等［３〇］为了测量印刷电路板运行过程中的瞬态高温，首次将薄膜热电偶应用于??印刷电路板的测温，如图１．１２所示。他们首先在ＦＲ４板上制作并安装好温度采集及存??储单元并预留出用于与薄膜热电偶连接的铜箔引线，然后根据铜箔的位置将ＮｉＣｒ／ＮｉＳｉ??薄膜直接镀在印刷电路板表面以形成薄膜热电偶，将薄膜热电偶与铜箔的连接处用导电??材料粘接牢固，整个载有薄膜热电偶和采集存储系统为一个整体。通过后期测试得到该??方案所制备的薄膜热电偶动态响应时间为２ｍｓ，能够达到瞬态温度响应的要求，最终实??现了对印刷电路板运行过程中的温度监测与测量，该实验表明薄膜热电偶应用于印刷电??路板的温度测量具有可行性。??图１．１２薄膜热电偶应用于印刷电路板测温??Ｆｉｇ．?１．１２?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｔｈｉｎ?Ｆｉｌｍ?Ｔ
【参考文献】：
期刊论文
[1]本构模型参数对切削过程仿真影响的研究[J]. 周春雷. 现代制造工程. 2017(01)
[2]基于薄膜热电偶的超精密车削瞬态切削温度的测量[J]. 董继超,宫虎,曾其勇,王羿,段巍,房丰洲. 纳米技术与精密工程. 2016(04)
[3]内燃机活塞表面瞬态温度传感器的研制[J]. 崔云先,赵家慧,刘友,丁万昱,盛晓幸,宫刻. 中国机械工程. 2015(09)
[4]二氧化钛有机多层纳米复合薄膜的制备、形成机理和力学性能（英文）[J]. 牟文宁,翟玉春,石双志. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(04)
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[7]高速钻削碳纤维复合材料的钻头温度测量研究[J]. 涂俊翔,林伟,楼宇舟. 福州大学学报(自然科学版). 2014(05)
[8]国外航空发动机薄膜热电偶技术发展研究[J]. 黄春峰,蒋明夫,毛茂华. 航空发动机. 2011(06)
[9]Dynamic Calibration of the Cutting Temperature Sensor of NiCr/NiSi Thin-film Thermocouple[J]. CUI Yunxian 1, 2, * , YANG Deshun 1 , JIA Ying 1 , ZENG Qiyong 3 , and SUN Baoyuan 2 1 School of Mechanical Engineering, Dalian Jiaotong University, Dalian 116028, China 2 Key Laboratory for Precision and Non-traditional Machining Technology of Ministry of Education, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China 3 College of Quality & Safety Engineering, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2011(01)
[10]印刷电路板超细微孔钻削加工及其关键技术[J]. 王成勇,黄立新,郑李娟,陈明. 工具技术. 2010(01)
博士论文
[1]在镍基高温合金上制备薄膜热电偶及其相关技术研究[D]. 陈寅之.电子科技大学 2014
[2]面向硬切削的切削区域温度场解析建模及实验研究[D]. 李林文.华中科技大学 2013
[3]瞬态切削用NiCr/NiSi薄膜热电偶测温刀具研究[D]. 崔云先.大连理工大学 2011
[4]化爆材料动态切削温度的薄膜热电偶测量原理及传感器研制[D]. 曾其勇.大连理工大学 2005
硕士论文
[1]6061铝合金高速铣削有限元仿真与实验研究[D]. 王海涛.青岛理工大学 2015
[2]微细钻头钻削印刷电路板失效机制研究[D]. 屈云朋.广东工业大学 2012
[3]基于ABAQUS的高锰钢钻削力和温度仿真研究[D]. 藤涛.大连交通大学 2011
[4]印刷电路板支撑孔用钻头切削性能研究[D]. 杨礼鹏.广东工业大学 2011
本文编号：3560669
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２印刷电路板的孔类型??Ｆｉｇ．?１．２?Ｈｏｌｅ?ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｐｒｉｎｔｅｄ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｂｏａｒｄｓ??印刷电路板与普通金属性质不同，它由铜箔层和半固化片相互叠层经热压而成，在??
第一章绪论??＇＇?Ｉ?１?？???ＷｕＵｌ）ｗｐｉ（Ｘ＇Ｃ?（１）?？??ｙ?ｊ?１?ｇ＂?！?Ｃｕｔｔｉｎｇ?ｃｄ＾ｃ?ｏｆ?ｄｒｉｌｌ?（）｜＞ｌｋ?ａｌ?ｆｉｌｖｉ??ｄ“＂?７＝＾：?２３?ｉ?—Ｗｗｋ—???Ｏｐｔｉｃａｌ?ｆｉｈｃｔｉ?ｆ??？??图１．５光纤双色高温计测温法??Ｆｉｇ．?１．５?Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｂｙ?Ｏｐｔｉｃａｌ?Ｆｉｂｅｒ?Ｄｕａｌ－ｃｏｌｏｒ?Ｐｙｒｏｍｅｔｅｒ??Ｍａｔｔｈｅｗ?Ｊ?Ｂｏｎｏ，Ｊｕｎ?Ｎｉ［ｌ３］开发了一个钻箱式热电偶系统，如图１．６所不。把金属箱安??装在两片工件之中，上下两面用塑料做绝缘处理，当钻头钻削到该位置时钻头与金属箔??接触，则钻头与金属箔之间形成闭合回路，测温系统开始工作，该系统能测量钻头钻削??到指定位置时的温度。??－ＸＡ３??Ｗｏｒｋｐｃｃｃ?／??Ｐｌａｓｔｉｃ、、、?／?ｊ??Ｆｏｉｌ?？：：：…蜂ｆ??Ｐｌａｓｔｉｃ＾?／??？？？？?／??Ｗｏｒｋｐｃｃｃ???＼?ｊ??？?？？??Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ??图１．６钻箔式热电偶系统??Ｆｉｇ．ｌ?．６?Ｄｒｉｌｌｉｎｇ?ｆｏｉｌ?ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ?ｓｙｓｔｅｍ??１．２．２薄膜热电偶国内外技术发展现状??薄膜热电偶是一种先进的测量瞬态温度变化的温度传感器［１４］。近年来在内燃机活塞??顶面、飞机发动机、硅片快速热处理（１１丁？）［１５］等瞬态温度测试领域中获得了广泛的应用。??德国ＲＨａｃｋｅｍａｎｎ［ｌｆｉｌ在第二次世界大战期间提出了薄膜热电偶的应用原理，并成功研制??出第一批
第一章绪论??如光线、粉尘等环境因素的影响较大，且测量的是印刷电路板表面的温度，与实际的板??层温度存在一定的误差。??１??Ｉ?Ｉ?Ｉ??ｖ－ｌ?｜＾１?尸??Ｉ?＾＾ｚｚｐ?〇?ｏ?ｏ?〇??丨丨?Ｈ丨？ｌｏｊｏｌｏ??图１．１１感温涂料层测温法??Ｆｉｇ．?１．１１?Ｍｅｔｈｏｄ?ｏｆ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｗｉｔｈ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ?ｔｅｓｔ?ｐａｐｅｒ??付连宇、郭强等［２９］为了测得印刷电路板钻孔时印刷电路板的温度数据。他们选用高??速可连续测量的红外摄像机对印刷电路板钻削过程进行全程摄像，通过测量系统的采集、??传输，显示和存储在计算机上，得到钻削全程的温度图像，以颜色的深浅来表示温度的??高低，最后也得到了整个钻削过程的温度数据。??王文莲等［３〇］为了测量印刷电路板运行过程中的瞬态高温，首次将薄膜热电偶应用于??印刷电路板的测温，如图１．１２所示。他们首先在ＦＲ４板上制作并安装好温度采集及存??储单元并预留出用于与薄膜热电偶连接的铜箔引线，然后根据铜箔的位置将ＮｉＣｒ／ＮｉＳｉ??薄膜直接镀在印刷电路板表面以形成薄膜热电偶，将薄膜热电偶与铜箔的连接处用导电??材料粘接牢固，整个载有薄膜热电偶和采集存储系统为一个整体。通过后期测试得到该??方案所制备的薄膜热电偶动态响应时间为２ｍｓ，能够达到瞬态温度响应的要求，最终实??现了对印刷电路板运行过程中的温度监测与测量，该实验表明薄膜热电偶应用于印刷电??路板的温度测量具有可行性。??图１．１２薄膜热电偶应用于印刷电路板测温??Ｆｉｇ．?１．１２?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｔｈｉｎ?Ｆｉｌｍ?Ｔ
【参考文献】：
期刊论文
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[5]高频高速印制板钻孔技术提升研究[J]. 张伦强,刘飞,欧亚周,王成勇,廖冰淼,李珊. 印制电路信息. 2015(03)
[6]薄膜热电偶测温螺钉传感器的研制[J]. 崔云先,盛晓幸,刘友,丁万昱,赵家慧,安阳. 仪表技术与传感器. 2015(02)
[7]高速钻削碳纤维复合材料的钻头温度测量研究[J]. 涂俊翔,林伟,楼宇舟. 福州大学学报(自然科学版). 2014(05)
[8]国外航空发动机薄膜热电偶技术发展研究[J]. 黄春峰,蒋明夫,毛茂华. 航空发动机. 2011(06)
[9]Dynamic Calibration of the Cutting Temperature Sensor of NiCr/NiSi Thin-film Thermocouple[J]. CUI Yunxian 1, 2, * , YANG Deshun 1 , JIA Ying 1 , ZENG Qiyong 3 , and SUN Baoyuan 2 1 School of Mechanical Engineering, Dalian Jiaotong University, Dalian 116028, China 2 Key Laboratory for Precision and Non-traditional Machining Technology of Ministry of Education, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China 3 College of Quality & Safety Engineering, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2011(01)
[10]印刷电路板超细微孔钻削加工及其关键技术[J]. 王成勇,黄立新,郑李娟,陈明. 工具技术. 2010(01)
博士论文
[1]在镍基高温合金上制备薄膜热电偶及其相关技术研究[D]. 陈寅之.电子科技大学 2014
[2]面向硬切削的切削区域温度场解析建模及实验研究[D]. 李林文.华中科技大学 2013
[3]瞬态切削用NiCr/NiSi薄膜热电偶测温刀具研究[D]. 崔云先.大连理工大学 2011
[4]化爆材料动态切削温度的薄膜热电偶测量原理及传感器研制[D]. 曾其勇.大连理工大学 2005
硕士论文
[1]6061铝合金高速铣削有限元仿真与实验研究[D]. 王海涛.青岛理工大学 2015
[2]微细钻头钻削印刷电路板失效机制研究[D]. 屈云朋.广东工业大学 2012
[3]基于ABAQUS的高锰钢钻削力和温度仿真研究[D]. 藤涛.大连交通大学 2011
[4]印刷电路板支撑孔用钻头切削性能研究[D]. 杨礼鹏.广东工业大学 2011
本文编号：3560669
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