印制電路板鉆孔過程中槽孔變形改善

郭志偉 楊鵬飛 余小豐 徐 杰

（惠州中京電子科技有限公司，廣東 惠州 516029）

0 前言

在印制電路板（PCB）鉆孔過程中經常出現槽孔變形，靠現在的驗孔設備也無法完全攔截，導致后工序生產過程中零件插入困難的問題。隨著時代的進步和5G技術的高速發展，PCB的各種異型槽孔也相繼變小，傳統的最小槽刀直徑為0.5 mm，本文介紹的是比傳統的槽刀直徑還要小的槽孔（0.45 mm），其鉆槽難度也給機械鉆孔帶來了很大挑戰，本文重點討論的是一種改良設計的槽刀和鉆孔機槽孔密度的優化的結合，使得較小直徑的槽孔變形得到有效改善，從而提高了槽孔品質。

1 鉆槽孔原理和槽孔變形原因

槽孔鉆孔原理其實就是依工程設計鉆槽的坐標程序（槽長與槽寬），然后輸入鉆孔機中自動轉化為多個單孔疊鉆在一起形成的槽。當槽的長度和寬度一定時，由于鉆孔機鉆槽的密度不同所鉆的孔數也不同，鉆孔機常用的槽孔密度指令為NIB***，如圖1所示的每個數字表示鉆孔的先后順序。槽孔密度決定了鉆槽的孔數,密度數值越小需要的孔數越多，一般設置在0.003 mm～0.013 mm，其鉆槽順序常見為G85格式。

圖1 鉆槽順序及槽孔密度

常見的槽孔類型有兩種，是槽長小于槽寬的兩倍，稱為短槽；槽長在槽寬的兩倍及以上，稱為長槽。本文主要分析長槽的槽孔變形（見圖2所示），以筆者多年經驗分析主要有幾種原因造成：（1）槽孔參數設置不合理；（2）機器槽孔密度設置過大，不合理；（3）槽刀本身質量問題，如刃面缺口、大小面等導致鉆孔時槽刀受力不均衡造成槽孔變形。針對這些原因筆者分別進行了試驗分析。

圖2 槽孔變形不良圖

2 實驗

2.1 實驗設備和實驗材料

（1）實驗設備：大族鉆機（型號：HANSF6M）、視頻顯微鏡（型號：HD-1080）

（2）實驗材料：槽刀三種類型（SD型、EA型、UC型），尺寸均直徑0.45 mm、長4.7 mm；1.0 mm厚度覆銅基板，0.16 mm厚度鋁片，2.5 mm厚度木漿板。

（3）鉆孔機臺保養后各項性能：為降低實驗數據的誤差對實驗鉆孔機臺保養，檢測性能如表1所示。

表1 實驗機臺性能檢測表

2.2 不同的槽孔參數驗證分析

目前業界常用的槽刀有常規SD型和UC型兩種，測試前首先排除槽刀本身質量問題，對每支槽刀進行100%全部檢驗。采用SD型和UC型槽刀加工情況如表2、表3所示。此試驗槽孔長度為0.45 mm×1.86 mm，鉆孔疊構為2/疊。

表2 SD型槽刀鉆孔參數試驗數據表

表3 UC型槽刀鉆孔參數試驗數據表

試驗結果表明：直徑Φ0.45 mm的常規SD型槽刀和UC型槽刀使用不同的參數，對槽孔變形沒有明顯的改善，說明參數并不是造成槽孔變形的主要原因。

2.3 不同的機器槽孔密度驗證分析

槽孔密度的標準各線路板廠要求有所不同，需要在鉆孔機上自行設定，鉆機的默認值一般為0.013 mm，常用修改指令為NIB***，機器的槽孔密度越小所需要鉆的孔就越多，相應成本也會增加，但鉆出的孔壁粗糙度也會越好，那么槽孔密度的大小對槽孔變形有沒有影響呢？我們做個試驗，見表4所示此試驗槽孔長度為0.45 mm×1.86 mm，鉆孔疊構為2/疊。

表4 不同的機器槽孔密度試驗數據表

試驗結果表明當槽孔密度值在0.016 mm和0.018時有毛刺不良，當槽孔密度值在0.002 mm和0.004時槽孔變形程度略有好轉，但仍需改善。

3 槽孔變形的改善

3.1 EA型槽刀設計說明

為了克服槽孔變形，槽刀供應商給我們推薦一種EA型槽刀，其設計特點是較普通槽刀增加了刀面內弧和側刃切削能力（如圖3所示），其設計理念是：通過增加刀具的切削能力，以加強刀具在加工時的穩定性和精度，從而達到減小槽孔的變形和偏移。

圖3 EA槽刀設計特殊結構

3.2 EA型槽刀與其他類型槽刀差異對比

EA型槽刀相對SD型與UC型槽刀加強了刀面和側刃的切削能力，減少了鉆孔時的反作用力，以達到較好的位置精度，減小了槽孔的變形和偏移。不同槽刀的設計差異見圖4所示。

圖4 A型槽刀與其他類型槽刀差異對比圖

3.3 改善效果對比驗證

經過前期驗證分析，槽孔的密度對槽孔變形有一定的影響，那么我們就結合較合理的槽孔密度，使用相同設備及參數，分別使用EA型、SD型、UC型三種槽刀進行測試驗證，測試結果表明EA型槽刀所鉆的槽孔變形方面表現最好，孔口無毛刺、披鋒及其他異常狀況（見圖5所示）。

圖5 不同類型槽刀試驗數據圖

4 結語

通過分析驗證，此特殊設計的EA型槽刀對于直徑較小的槽孔變形有很好的改善作用，改善了槽孔品質。

但由于槽孔密度的增加其槽的孔數也會增加，改善問題的同時也增加了鉆孔的成本，所以還需要根據各公司的實際品質要求而定，比如鉆頭廠家、產品結構、槽刀參數等等，做進一步的試驗探索，找出效率、品質雙贏的最佳方案。