PCB钻孔成本优化方案

郭志伟 徐杰 杨俊

（惠州中京电子科技有限公司，广东 惠州 516029）

0 引言

过去几年，国际形式风云变幻，加上疫情影响，经济形势严峻，电子电路行业遭受严重冲击，加上上游板材价格持续上涨，市场竞争激烈，成本管理对于企业的重要性更加突出。在印制电路板（printed circuit board，PCB）加工成本中钻孔的费用通常约占30%，所以钻孔的成本控制需重点探讨。本文对钻孔辅助材料展开分析，以期达到降低成本的目的。

1 钻头的最大化利用

1.1 涂层钻头增加孔限

1.1.1 涂层钻头介绍

涂层钻头是在硬质合金钻头表面涂覆一层提高耐磨性薄膜的钻头。钻头涂层的种类很多，如金刚石涂层、超硬润滑涂层及高端复合型涂层等，市场上常用的为复合型涂层。涂层的涂覆工艺原理是物理气相沉积，形成具有超硬特殊功能的薄膜层。有了这层薄膜就如钻头有了一身坚硬的铠甲，同时也具有自润滑性和超低摩擦系数，可降低切削热量，高导热率可避免热量集中，起到保持钻头刃口持久锋利的作用。

1.1.2 钻头涂层的效果与验证

使用涂层钻头的效果：钻头使用孔限可以得到翻倍的提升，减少约17%的采购成本，减少50%的钻头翻磨次数成本，减少50%的钻孔机换刀时间成本，对钻孔成本的改善较为明显。为了验证使用涂层钻头后的品质状况，设计了涂层和未涂层钻头的对比试验，对钻孔后的钻头刃面磨损和孔壁孔粗进行验证，试验参数见表1。因目前用量最多的钻头直径为Φ0.20～0.30 mm，取Φ0.25 mm钻头为研究对象。

表1 钻头孔限提升试验参数

如图1 所示，未涂层钻头在2 000 孔时刃面磨损严重，涂层钻头在4 000孔时，放大后目视检查刃面，磨损程度仍优于未涂层钻头2 000孔时的刃面，涂层钻头在4 000 孔时的孔壁粗糙度为 11.03 μm，也是合格的。以上测试结果证明，涂层钻头满足提升孔限的要求。

图1 钻头孔限提升试验结果

1.1.3 钻头涂层方案实施后产生的成本效益分析

效益计算方式主要对采购成本、减少钻孔时换钻头的频率及减少翻磨钻头的频率进行分析。

（1）钻头采购成本分析。①Φ0.30～0.35 mm新钻头目前的购买单价为1.5 元/支，涂层钻头单价为2.5 元/支（增加1 元/支）。全新钻头只做一次性涂层，不需对翻磨后钻头做再次涂层。② 如表2 未涂层钻头总孔限为10 000 孔，钻孔成本为1.5÷10 000=0.000 15（元/孔）。涂层钻头总孔限为20 000孔，钻孔成本为2.5÷20 000=0.000 125（元/孔）。③每月钻头节约采购成本：按目前小钻头的用量30 万支/月计，成本节约比率为（0.000 15-0.000 125）÷0.000 15×100%=16.67%，理论计算每月节约金额为1.5×300 000×16.67%=75 015（元）。

表2 钻头使用孔限对比

（2）钻孔机换钻头频率成本节省分析。目前小钻头的用量约为30万支/月，每支钻头全新和翻磨后使用5次，按照6轴钻孔机每换一次钻头用时10 s、每台钻孔机每天产值1 000 元计算。①如 表2 未涂层钻头总孔限为10 000 孔，换钻头用时为5÷10 000=0.0005（次/孔）。② 如表2 涂层钻头总孔限为20 000 孔，换钻头用时为5÷20 000=0.000 25（次/孔）。③每月钻头翻磨成本节约比率为（0.000 5-0.000 25）÷0.0005×100%=50%；理论上每月节约时间为5×300000×10×50%÷6=1 250 000（s），节约金额按单台钻孔机折算为 1 250 000÷60÷60÷24×1 000=14 467.59（元/月），相当于一台钻孔机连续运行14.5 d。

（3）钻头翻磨成本节省分析。目前小钻头用量约为30万支/月，全新的钻头翻磨，按每支钻头翻磨1 次成本约0.10 元计算。①如表2 未涂层钻头总孔限为10 000 孔，故翻磨次数为4÷10 000=0.0 004（次/孔）。② 如表2 涂层钻头总孔限为 20 000 孔，故翻磨次数为4÷20 000=0.000 2（次/孔）。③每月钻头翻磨成本节约比率为（0.000 4-0.000 2）÷0.000 4×100%=50%；理论上每月节约金额为4×300000×0.10×50%=60 000（元）。

计算涂层钻头年度效益，节省成本约（75 015+14 467.56+60 000）×12=1793 790.72（元/年）。

1.2 万用刀盘的应用

1.2.1 万用刀盘的作用

万用刀盘常用于84 系统的钻孔机上，是钻孔机自带的一种功能。万用刀盘就是在钻孔机上将常用的钻头依据使用频率和用量提前排插并编辑，小钻头使用多排多点，中、大钻头使用少排少点。万用刀盘的优势为：①不用每次换型号都配备钻头，节省了人工配钻头、插钻头和收钻头的工作量和时间；② 使用万用刀盘后在换型号时，钻孔机会自动记忆钻头上次使用的孔限，可继续使用直到设定的孔限用完。使用万用刀盘不仅延长了钻头的使用寿命，而且节省了换型号后一些中、大钻头的翻磨成本。

1.2.2 万用刀盘的设定流程

在钻孔系统页面输入指令OD，打开刀具编号转换功能→输入钻头直径参数→编缉刀盘设定（依据常规用量）→输入指令ODP，规定生产程序中储存的参数在读入生产程序时覆盖刀具（静态）和刀具（动态）表中的参数→保存刀盘设定，防止误删后重新设定。

1.2.3 万用刀盘使用问题分析

在实际使用中也会出现一些问题，最常见的是转换不成功。万用刀盘中没有钻孔资料里的刀具参数，只需在动态参数表内加上相应参数即可；在输入钻孔程序时钻孔机识别的是直径，不是刀序，如生产程序中Φ2.0 mm刀具编号是T1，机器万用刀盘中Φ2.0 mm 编号是T12，钻孔程序输入钻孔机转换后，在执行T1 时，机器从刀盘中取出的刀具是T12。

此设计适用于钻孔生产型号多、小批量产品的情况，如样品区域等，非常方便，节省成本较少。

2 垫板成本的优化

2.1 垫板的作用与介绍

在钻孔流程中使用的垫板有很多种，比较常用的有木纤垫板、蜜胺木垫板及酚醛垫板等，其属性又分为低密度、中密度和高密度。垫板的密度越大硬度越大，硬度越大在钻孔时底面出口的披锋越小，对槽孔歪斜的抑制越好。常用垫板规格 有1 246 mm×940 mm×2.5 mm、1 246 mm× 1 043 mm×2.5 mm 和1 246 mm×1 092 mm× 2.5 mm。垫板的作用主要为钻孔时保护底板，对钻孔机的台面起到缓冲作用；其次是方便清洁钻头排屑槽残留的树脂，也有降低钻头温度及提高钻孔精度的作用。因此，垫板是钻孔中不可缺少的辅助材料。

2.2 垫板的节省方案及成本分析

在保证原有材料密度和材料成分不变的情况下，将垫板厚度规格由原来的2.5 mm 改到 2.0 mm，以减少材料单价。原垫板10元/m2，厚度减少后为9 元/m2，节省10%。如钻孔一个月产出 60 000 m2板，平均叠板3/片，每张垫板双面可使用2次。每月用量为60000÷3÷2×10=100000（元）；月度节省100 000×10%=10 000（元），则全年可节省垫板成本费用约 10 000×12=120 000（元）。

2.3 改变厚度规格后钻穿问题分析

厚度由2.5 mm 改到2.0 mm，且钻孔时不会被钻穿。一般设计钻入垫板的深度为0.5～0.8 mm，两面使用还有0.4 mm余厚，如图2所示。

图2 厚度2.0 mm垫板钻入深度

3 铝片成本的优化

3.1 铝片的作用与介绍

钻孔流程中使用的铝片主要有2 种：普通铝片和涂层铝片。常用规格厚度为0.20、0.18 mm。铝片的作用主要体现在3 方面：①散热，钻头在高速运转情况下摩擦生热，而铝片导热系数大，能迅速将钻头产生的热量带走，降低钻头温度；② 提高孔位精度，铝片有一定的弹性和柔韧性，使用钻头下钻接触的瞬间立即变形，减少运转时的震动，使钻头精确对准被钻孔位置，防止钻头偏移而造成的孔位偏差；③保护板面，防止钻头和钻孔机压脚刮伤PCB 的表面，减少板面的披锋和毛刺。

3.2 铝片节省方案及成本分析

铝片在PCB 钻孔中起盖板作用，只能使用一次，所以使用成本较高，铝片的厚度由原来的 0.2 mm 优化到0.15 mm，铝片单价将降低。如以原铝片12 元/m2计算，减少厚度后11 元/m2，节省8.33%。

依钻孔一个月产出60 000 m2板，平均叠板 3 片/叠，每月用量计算为60 000÷3×12=240 000（元），月度节省240 000×8.33%=19 992（元），则全年可节省铝片盖板费用约19 992×12=239 904（元）。

3.3 优化建议

此优化方案适用于孔径较小（小于Φ0.5 mm）的PCB。对于外层钻孔，因有很多定位用的大孔（Φ3.0 mm 以上）会导致披锋不良，钻孔后需要磨板去披锋处理。

4 结语

综上所述，通过改用涂层钻头、优化垫板与铝片厚度达到节省成本的目的，按照每月生产 60 000 m2板计算，改进方案可节省约215 万元/年。以上改革方案符合企业“提效降本”的方针。对于规模更大的企业，产生的效益也会增加。