Phân tích mặt cắt ngang vật liệu composite đồng đa lớp | Nghiên cứu điển hình về cắt dây EDM

Tối ưu hóa hướng cắt và các thông số EDM nhằm giảm thiểu hiện tượng tách lớp giữa các lớp và hỗ trợ kiểm tra lấy mẫu trong sản xuất điện tử tiên tiến.

Bối cảnh khách hàng và yêu cầu lấy mẫu sản xuất

Trường hợp này liên quan đến một nhà sản xuất thiết bị điện tử tiên tiến tại Đài Loan, yêu cầu kiểm tra mặt cắt các cấu trúc đa lớp có chứa đồng làm vật liệu dẫn điện chính. Do các thỏa thuận bảo mật, danh tính khách hàng, hình ảnh sản phẩm, thành phần vật liệu đầy đủ và kích thước chính xác của phôi không được tiết lộ.

Trong quy trình kiểm tra chất lượng, khách hàng cần thu thập mẫu từ các lô sản xuất và kiểm tra cách bố trí các lớp đồng bên trong, tình trạng liên kết cũng như các khuyết tật có thể nhìn thấy như tách lớp hoặc nứt.

Với hơn mười mẫu sản phẩm yêu cầu các cách bố trí khác nhau, giải pháp cũng cần hỗ trợ nhiều cấu hình phôi, đồng thời duy trì hiệu suất cắt và tính dễ vận hành.

Giảm thiểu hư hỏng do cắt đối với các cấu trúc nhiều lớp

Ban đầu, khách hàng sử dụng lưỡi cưa thông thường và thiết bị cắt bằng dây kim cương để chuẩn bị mặt cắt. Tuy nhiên, các phương pháp này gây kéo vật liệu và tách lớp, có khả năng ảnh hưởng đến độ chính xác của quá trình kiểm tra tiếp theo.

Không giống như phương pháp cắt cơ học thông thường, gia công cắt dây EDM loại bỏ vật liệu dẫn điện thông qua các phóng điện được kiểm soát, mà không có sự tiếp xúc trực tiếp giữa dụng cụ cắt và phôi.Điều này làm giảm đáng kể các lực cơ học tác động lên những cấu trúc đa lớp mỏng manh.

Mặc dù các thử nghiệm Wire EDM ban đầu đã loại bỏ hiện tượng kéo cơ học, vẫn còn xảy ra một số hiện tượng tách lớp giữa các lớp.Do đó, các kỹ sư JSEDM tập trung tối ưu hóa hướng cắt và các thông số phóng điện để đạt được chất lượng mặt cắt ngang chấp nhận được.

Hình 1 | Gia công EDM dây JSEDM và chế tạo đồ gá (không phải sản phẩm của khách hàng)

Thử nghiệm cắt và đo lường chính xác mặt cắt ngang

Hình 2 | Đo lường chính xác nội bộ hỗ trợ phân tích mặt cắt ngang

JSEDM đã tiến hành nhiều thử nghiệm cắt để đánh giá các hướng cắt và điều kiện gia công khác nhau.Hệ thống đo lường chính xác KEYENCE VK-X3000 nội bộ được sử dụng để kiểm tra hình dạng mặt cắt ngang và độ toàn vẹn giữa các lớp.

Các thử nghiệm ban đầu cho thấy việc cắt song song với hướng xếp chồng các lớp yêu cầu đường chạy dao ngắn hơn nhưng có nhiều khả năng gây ra hiện tượng tách lớp hơn.Cắt vuông góc với các lớp đã tránh được vấn đề này, mặc dù cần đường cắt dài hơn và thêm thời gian gia công.

Thông qua việc thử nghiệm và tối ưu hóa nhiều lần các điều kiện phóng điện, cài đặt cấp phôi và quá trình xả rửa, JSEDM đã đạt được chất lượng mặt cắt chấp nhận được bằng cách sử dụng đường chạy cắt song song ngắn hơn. Việc đo lường nội bộ cũng giúp đánh giá và điều chỉnh quy trình nhanh hơn.

Thiết kế đồ gá đa năng cho hơn mười mẫu sản phẩm

Khách hàng yêu cầu kiểm tra mặt cắt thường xuyên đối với hơn mười mẫu sản phẩm, mỗi mẫu có kích thước và yêu cầu định vị khác nhau. Việc phát triển một đồ gá riêng cho từng mẫu sẽ làm tăng chi phí và gây phức tạp cho các hoạt động hằng ngày.

Dựa trên kích thước phôi và các hướng cắt cần thiết, JSEDM đã phát triển và thử nghiệm một đồ gá vạn năng tùy chỉnh tương thích với hơn mười mẫu sản phẩm.Thiết kế định vị của sản phẩm cho phép người vận hành chuyển đổi giữa các mẫu chỉ bằng cách thay thế phôi.

Không cần thay thế hoặc điều chỉnh lại đồ gá trong quá trình chuyển đổi mẫu mã.Kết hợp với các thông số gia công đã được thiết lập, giải pháp này đơn giản hóa việc thiết lập phôi và hỗ trợ quy trình kiểm tra lấy mẫu sản xuất được tiêu chuẩn hóa hơn.

Hình 3 | Đồ gá đa năng hỗ trợ kiểm tra mặt cắt ngang của hơn mười mẫu sản phẩm

Cải thiện hiệu suất cắt và hoạt động tại hiện trường

Đối với kiểm tra lấy mẫu trong sản xuất, cả hiệu suất gia công và chất lượng mặt cắt đều rất quan trọng. Thay vì theo đuổi độ nhám bề mặt thấp nhất có thể, JSEDM đã tối ưu hóa các điều kiện cắt theo yêu cầu kiểm tra thực tế của khách hàng.

Quy trình cuối cùng sử dụng dây điện cực tiêu chuẩn Ø0,25 mm với một lần cắt duy nhất (1 lần cắt) , đạt khoảng 15–20 phút cho mỗi phôi.So với việc cắt vuông góc với hướng xếp lớp, thời gian gia công đã giảm hơn 50%, đồng thời vẫn duy trì hình dạng mặt cắt ngang ở mức chấp nhận được trong các điều kiện thử nghiệm.

Trong quá trình lắp đặt Wi-200S, các kỹ sư JSEDM đã làm việc trực tiếp với nhân viên vận hành của khách hàng để xem xét quy trình kẹp phôi và gia công. Dựa trên điều kiện vận hành thực tế, đồ gá được tinh chỉnh thêm nhằm cải thiện tính tiện dụng và hỗ trợ công tác kiểm tra định kỳ.

Từ Xác nhận Quy trình đến Kiểm tra Sản xuất

Thông qua việc so sánh các hướng cắt và tối ưu hóa các thông số EDM, JSEDM đã cải thiện đáng kể hiện tượng tách lớp giữa các lớp được quan sát trong các thử nghiệm ban đầu.Các mặt cắt cuối cùng đã được JSEDM và khách hàng cùng kiểm tra trực quan và chấp thuận, đáp ứng các tiêu chí kiểm tra bắt buộc.

Ngoài việc tối ưu hóa gia công, JSEDM đã cung cấp một đồ gá đa năng hỗ trợ hơn mười mẫu sản phẩm. Điều này cho phép người vận hành thực hiện kiểm tra lấy mẫu mà không cần thay đổi hoặc điều chỉnh đồ gá nhiều lần, từ đó nâng cao tính nhất quán và sự thuận tiện trong vận hành.

Từ các thử nghiệm cắt ban đầu và đo lường chính xác đến phát triển đồ gá và điều chỉnh tại hiện trường, JSEDM đã cung cấp hỗ trợ kỹ thuật tích hợp trong suốt dự án.Wi-200S hiện đã được lắp đặt thành công và tích hợp vào quy trình kiểm tra lấy mẫu sản xuất định kỳ của khách hàng.

Các câu hỏi thường gặp về việc cắt ngang vật liệu dẫn điện nhiều lớp bằng phương pháp gia công tia lửa điện bằng dây

Gia công tia lửa điện bằng dây có thể giảm hiện tượng tách lớp giữa các lớp khi cắt vật liệu đồng nhiều lớp không?

Gia công EDM dây loại bỏ vật liệu dẫn điện thông qua các phóng điện mà không có lực kéo cơ học trực tiếp thường gặp ở lưỡi cưa hoặc phương pháp cắt bằng dây kim cương. Tuy nhiên, hiện tượng tách lớp vẫn có thể bị ảnh hưởng bởi điều kiện phóng điện, hướng cắt và cấu trúc vật liệu. Trong trường hợp này, JSEDM đã giảm hiện tượng tách lớp quan sát được trong các thử nghiệm ban đầu thông qua các bài kiểm tra cắt và tối ưu hóa thông số.

Tại sao hướng cắt lại ảnh hưởng đến chất lượng gia công và thời gian xử lý?

Trong trường hợp này, việc cắt song song với hướng xếp chồng các lớp đòi hỏi đường cắt ngắn hơn nhưng ban đầu gây ra hiện tượng tách lớp giữa các lớp. Cắt vuông góc tạo ra các mặt cắt chấp nhận được nhưng đòi hỏi đường gia công dài hơn. Sau khi tối ưu hóa các thông số EDM, JSEDM đã áp dụng thành công hướng cắt song song, giảm hơn 50% thời gian gia công so với phương pháp cắt vuông góc.

Quy trình kiểm tra mặt cắt này có yêu cầu dây điện cực đặc biệt hoặc nhiều lần cắt tinh không?

Trong trường hợp này, không cần sử dụng dây điện cực đặc biệt hoặc thực hiện thêm các đường cắt tinh. JSEDM đã sử dụng dây điện cực tiêu chuẩn Ø0,25 mm với một lần cắt, đạt thời gian gia công khoảng 15–20 phút cho mỗi phôi. Thời gian gia công thực tế và chất lượng mặt cắt phụ thuộc vào vật liệu, hình dạng phôi, đường chạy dao và yêu cầu kiểm tra.