印制电路板钻孔过程中槽孔变形改善

郭志伟 杨鹏飞 余小丰 徐 杰

（惠州中京电子科技有限公司，广东 惠州 516029）

0 前言

在印制电路板（PCB）钻孔过程中经常出现槽孔变形，靠现在的验孔设备也无法完全拦截，导致后工序生产过程中零件插入困难的问题。随着时代的进步和5G技术的高速发展，PCB的各种异型槽孔也相继变小，传统的最小槽刀直径为0.5 mm，本文介绍的是比传统的槽刀直径还要小的槽孔（0.45 mm），其钻槽难度也给机械钻孔带来了很大挑战，本文重点讨论的是一种改良设计的槽刀和钻孔机槽孔密度的优化的结合，使得较小直径的槽孔变形得到有效改善，从而提高了槽孔品质。

1 钻槽孔原理和槽孔变形原因

槽孔钻孔原理其实就是依工程设计钻槽的坐标程序（槽长与槽宽），然后输入钻孔机中自动转化为多个单孔叠钻在一起形成的槽。当槽的长度和宽度一定时，由于钻孔机钻槽的密度不同所钻的孔数也不同，钻孔机常用的槽孔密度指令为NIB***，如图1所示的每个数字表示钻孔的先后顺序。槽孔密度决定了钻槽的孔数,密度数值越小需要的孔数越多，一般设置在0.003 mm～0.013 mm，其钻槽顺序常见为G85格式。

图1 钻槽顺序及槽孔密度

常见的槽孔类型有两种，是槽长小于槽宽的两倍，称为短槽；槽长在槽宽的两倍及以上，称为长槽。本文主要分析长槽的槽孔变形（见图2所示），以笔者多年经验分析主要有几种原因造成：（1）槽孔参数设置不合理；（2）机器槽孔密度设置过大，不合理；（3）槽刀本身质量问题，如刃面缺口、大小面等导致钻孔时槽刀受力不均衡造成槽孔变形。针对这些原因笔者分别进行了试验分析。

图2 槽孔变形不良图

2 实验

2.1 实验设备和实验材料

（1）实验设备：大族钻机（型号：HANSF6M）、视频显微镜（型号：HD-1080）

（2）实验材料：槽刀三种类型（SD型、EA型、UC型），尺寸均直径0.45 mm、长4.7 mm；1.0 mm厚度覆铜基板，0.16 mm厚度铝片，2.5 mm厚度木浆板。

（3）钻孔机台保养后各项性能：为降低实验数据的误差对实验钻孔机台保养，检测性能如表1所示。

表1 实验机台性能检测表

2.2 不同的槽孔参数验证分析

目前业界常用的槽刀有常规SD型和UC型两种，测试前首先排除槽刀本身质量问题，对每支槽刀进行100%全部检验。采用SD型和UC型槽刀加工情况如表2、表3所示。此试验槽孔长度为0.45 mm×1.86 mm，钻孔叠构为2/叠。

表2 SD型槽刀钻孔参数试验数据表

表3 UC型槽刀钻孔参数试验数据表

试验结果表明：直径Φ0.45 mm的常规SD型槽刀和UC型槽刀使用不同的参数，对槽孔变形没有明显的改善，说明参数并不是造成槽孔变形的主要原因。

2.3 不同的机器槽孔密度验证分析

槽孔密度的标准各线路板厂要求有所不同，需要在钻孔机上自行设定，钻机的默认值一般为0.013 mm，常用修改指令为NIB***，机器的槽孔密度越小所需要钻的孔就越多，相应成本也会增加，但钻出的孔壁粗糙度也会越好，那么槽孔密度的大小对槽孔变形有没有影响呢？我们做个试验，见表4所示此试验槽孔长度为0.45 mm×1.86 mm，钻孔叠构为2/叠。

表4 不同的机器槽孔密度试验数据表

试验结果表明当槽孔密度值在0.016 mm和0.018时有毛刺不良，当槽孔密度值在0.002 mm和0.004时槽孔变形程度略有好转，但仍需改善。

3 槽孔变形的改善

3.1 EA型槽刀设计说明

为了克服槽孔变形，槽刀供应商给我们推荐一种EA型槽刀，其设计特点是较普通槽刀增加了刀面内弧和侧刃切削能力（如图3所示），其设计理念是：通过增加刀具的切削能力，以加强刀具在加工时的稳定性和精度，从而达到减小槽孔的变形和偏移。

图3 EA槽刀设计特殊结构

3.2 EA型槽刀与其他类型槽刀差异对比

EA型槽刀相对SD型与UC型槽刀加强了刀面和侧刃的切削能力，减少了钻孔时的反作用力，以达到较好的位置精度，减小了槽孔的变形和偏移。不同槽刀的设计差异见图4所示。

图4 A型槽刀与其他类型槽刀差异对比图

3.3 改善效果对比验证

经过前期验证分析，槽孔的密度对槽孔变形有一定的影响，那么我们就结合较合理的槽孔密度，使用相同设备及参数，分别使用EA型、SD型、UC型三种槽刀进行测试验证，测试结果表明EA型槽刀所钻的槽孔变形方面表现最好，孔口无毛刺、披锋及其他异常状况（见图5所示）。

图5 不同类型槽刀试验数据图

4 结语

通过分析验证，此特殊设计的EA型槽刀对于直径较小的槽孔变形有很好的改善作用，改善了槽孔品质。

但由于槽孔密度的增加其槽的孔数也会增加，改善问题的同时也增加了钻孔的成本，所以还需要根据各公司的实际品质要求而定，比如钻头厂家、产品结构、槽刀参数等等，做进一步的试验探索，找出效率、品质双赢的最佳方案。