实用新型电气一体化分断掰平测试夹具

陆海娟　陈益红

我公司坐落在于基础设施齐全的现代化制造生產基地——天津南开区都市工业园区内，具有现代化的厂房和设备，拥有11条先进的SMT生产线体，5条自动化插装生产线，17条自动化测试线体，具有大规模生产SMT/THT混装工艺板卡的能力。多年来，我们凭借“创新、务实、追求卓越”的企业精神，走质量效益型道路，公司于1996年通过ISO9002质量体系认证。我们的总体目标是通过不断的质量改进，降低不良率，让所有的客户满意。在长期的生产加工过程中我们与国际公司MOTOROLA建立了长期稳定的合作关系，为ESG事业部提供加工服务。

我们生产的主要产品是手机锂离子电池保护板，锂离子电池较为“娇气”，若在充电过程中充电电压高于规定电压，充电电流就会超过规定电流；或在放电过程中有过大的放电电流；如果电池放电到终止放电电压还继续放电，就会损坏电池甚至使之报废。电池保护板是锂电池的控制中心，对锂电池的安全性起着至关重要的作用，质量要求非常严格，这就对我们的生产提出很高的要求，特别是SMT生产线。

手机锂离子电池保护板的BN系列产品，在新产品试制的初期MOTOROLA设计部门对供应商的加工工艺提出了新的更加严格的要求--先分断后测试，PCM供应商要完成对产品TAB的掰平工艺（更好的保证PCM最终FCT测试的稳定性，使后线电池组装工艺的安全性与稳定性得到进一步提提升）。这对于一直沿用传统生产工艺流程加工手机锂离子电池保护板的我们来说是一个很大的挑战。

正常情况下我们是按照MOTOROLA发送给我们的新品文件进行正常生产前的一系列准备：BOM的整理、贴片程序的编写、炉温曲线的调试设定、测试夹具的制作、测试代码的编写、网板及相关工装夹具的设计制作等。其中值得注意的是，之前我们的测试是在产品分断前进行的。这也就意味着我们这次所要更改的不仅仅是后线生产中使用的分断夹具还包括后续测试中使用的正板FCT测试夹具。如何满足MOTOROLA 的要求呢？我们进行了一系列的试验。

首先，我们要更改原有分断夹具的基本功能。我们之前使用的分断夹具只是完成对产品工艺边的分断。针对MOTOROLA提出的要求，我们的分断夹具在实现将产品的工艺边分断的同时，需将产品上的TAB完成从90度到0度的折弯。出于成本考虑，我们准备在原有夹具的基础上，更改其从属部件--分断小盒的结构来实现对最终产品的分断掰平工序。目前我们使用的就是2个简单的固定夹板来实现对分断夹具中产品的夹持，辅助完成对产品工艺边的分断切割。原工艺流程：我们的操作顺序是将测试结束后的PCB放入到分断小盒中，在将分断小盒放入到分断夹具中，压下银白色的压杆，在冲刀的作用下就可以完成工艺边的切割分断。而MOTOROLA对BN产品的要求是在完成对PCB工艺边分断的同时完成对TAB从90度到0度的折弯过程。我们从机械分断的先后性及可行性上进行了系列的分析，最终得出结论：

为了确保产品在分断中受到的应力最小，对TAB的折弯要放在对工艺边的切割分断以后。理由是将放有PCB的分断小盒放到机械分断夹具中进行分断的的时候，只有竖直向下施加作用力， PCB板所受到的反作用力对板子的焊接影响才会是最小状态（当在PCB的工艺边上施加向下的剪切作用力时，PCB板本身受到一个与作用力反方向的力，在这个力的作用下板子有向上弓起的趋势，但由于分断小盒在夹具中的放置处两端有限位锁死机构，阻止了板子在剪切力的反作用力下的弯曲变形，更有利于保证产品的焊接质量）。如果我们在完成TAB的折弯工序之后，再按照上面的作用力方向进行工艺边的切割分断的话，已经折成0度的TAB会再次回到90度。所以我们决定将对TAB的折弯工艺放在工艺边的切割分断以后。

完成了工艺顺序的确定，我们开始针对分断小盒专用结构进行系列试验。要实现分断工艺边后对TAB的折弯，我们尝试着将分断小盒下面的2个侧支撑板做成可以活动的机构（在小盒进行切割分断工艺边的时候，2个支撑板是纯粹的支撑作用，辅助完成对PCB工艺边的切割分断；当完成对PCB工艺边的切割分断以后，在相关辅助机构的作用下2个侧支撑开始侧滑动作为实现对TAB的展平折弯工序。）我们经过数次改造完成了对分断夹具及分断小盒底部结构的设计制作 。详细结构请参考下图：

上图的绿色虚线部分是可以向两边打开的，这两部分之间是通过导向杆和弹簧连接在一起的。它的工作原理是：

当上图中分断夹具的刀具（蓝色）部分在气缸的作用下，进行切割PCB工艺边的流程的时候，铜材分断小盒的两个可打开部分在弹簧的拉力作用下保持闭合状态；当刀具完成对PCB工艺边的切割分断以后，刀具在气缸的带动下恢复原位，同时出动微动开关分断夹具底部气缸开始工作：2个锥形顶针在气缸的作用下向上顶起，刚好与铜材分断小盒上的两个导向柱楔形切口接触，由于铜材分断小盒两端的可动部分是通过弹簧边接的，在挤压力的作用下，2挡板同时向外打开将TAB展平，动作结束后底部气缸恢复原位，锥形顶针同时复位，这时铜材小盒上的连接2个挡板的导向柱失去了顶针的挤压力，在弹簧的作用下恢复原位，完成对PCB的分断掰平工艺。

这样我们就解决了分断夹具同时实现了对PCB工艺边分断和TAB展平的问题。下一个要考虑的就是：如何使用整板测试夹具完成对分断掰平后的PCB的测试。

在该产品上PCB的测试点只有保证测试针都准确的扎在相应的测试点上才能准确的完成对产品的测试。

由于之前我们是整板测试，不存在对单拼产品的测试定位问题。但在MOTOROLA要求更改后线测试的工艺流程后，如果我们还希望对产品进行高效的连续性测试的话，就需要更改测试夹具的结构并设计制作新的工装，它既能在分断夹具上辅助产品的分断掰平，同时在测试夹具上又具有准确定位的作用。朝着这个思路方向，我们进行了系列试验。最终设计制作了分断小盒的另一半结构。

为了保证分断掰平后能够准确的对产品进行高效连续性FCT测试，我们使用电木材料制作了小盒。按照整板PCB的间隔尺寸，在电木小盒的相应位置镶嵌金属销子，结合在单拼产品金块测试点位置的开孔，来完成对测试时产品的定位处理。这样当我们使用电木小盒和铜材质小盒配合完成产品的分断掰平以后，就可以直接将盛放有分断掰平以后产品的电木小盒放入到测试夹具中，开始对产品进行最终的电性能测试。

经过一系列的试验分析，我们终于完成了上述从单纯的机械式分断夹具到电气一体化分断掰平测试一体化夹具的改进与完善。我们的设计思路得到了MOTOROLA公司得认可与好评，由于我厂是最先完成该项工艺流程改进的供应商，我们拿到了MOTOROLA产品BN系列的订单。由于该PCB分断、掰平、测试电气一体化夹具的使用，改变了公司原来的机械式、人员密集型的工作模式，原来2条线体6名操作员可以生产合格产品8000EA/班，现在只需要3名操作员就可以生产12000EA/班。该工装夹具的使用有效地降低了分断工位的劳动强度，显著地提高了生产线体的工作效率。

作者简介

陆海娟（1978-）女，工程师，本科，籍贯：江苏，研究方向：电子、自动化。