印制電路板超短槽孔機械加工變形改善

趙玉梅 羊偉瓊 董 威

（金祿電子科技股份有限公司，廣東 清遠 511510）

0 前言

隨著工業產品及各種消費電子產品的快速發展，印制電路板（PCB）產品設計也趨于多樣化。因一些特殊電子元器件安裝需要，常在PCB上設計了一些超短槽孔，用來插裝元件。因不同元器件的元件腳大小不一，所需的槽孔尺寸大小也各不相同?，F把長寬比小于1.5倍的槽孔稱為超短槽孔，其在鉆孔后極易傾斜變形。超短槽孔變形是機械鉆孔的難點之一，現通過分析、驗證找到一種設計、加工方法，解決超短槽孔加工變形的問題。

1 短槽孔生產難點分析

1.1 工程資料設計分析

對于槽長寬比小于1.5倍的超短槽孔，考慮到鉆孔加工時槽孔變形及尺寸異常。會預先在鉆帶中增加槽孔偏轉角度補償和長度補償，可一定程度上改善超短槽孔的品質。因受不同廠家、不同年限、不同型號鉆機加工精度差異及同機不同軸芯擺大小差異的影響。即使事先對工程資料進行優化，也不能徹底解決短槽孔變形異常的問題。而且追加槽孔偏轉角度補償，需先輸出正常鉆帶資料后再手動修改，增加了鉆帶資料的制作難度及出錯風險。目前槽孔生產方法采用鉆孔機的G85跳鉆命令，先槽刀鉆槽孔的兩側位置再鉆孔中間的位置，交替鉆孔直至相鄰孔之間的殘余廢料高度小于設定值，直至完成整個槽孔鉆孔，設計方法見圖1所示。

圖1 槽孔加工原設計方案

1.2 槽孔加工受力分析

與長槽孔（通常為長寬比為2.0以上的槽孔）相比，超短槽孔的鉆頭在鉆第二個孔時，槽刀鉆尖無定位點，處于懸空狀態。高速旋轉的槽刀下鉆切削過程中，槽刀切刃有一側處于不受力或受力較小的狀態，另一側在切削阻力的作用下，槽刀易向懸空一側滑移，從而導致槽孔偏斜異常，如圖2所示。尤其是槽孔的長寬比接近1.2倍時讓刀最為嚴重；普通槽刀為了提高排屑性，設計的溝槽較深，芯厚偏薄，對槽刀的剛性有一定的影響，這也是導致超短槽孔加工變形的原因之一。所以，為了解決超短槽孔加工變形的問題，需要對其加工方法進行探討，找到一種解決此問題的辦法。

圖2 鉆孔狀態

1.3 不同規格槽孔變形分析

進行不同孔徑和不同槽長的槽孔加工，其中鉆頭直徑（D）分別為0.8 mm、0.9 mm、1.0 mm、1.1 mm，槽孔長（L）分別為1.3D、1.5D、1.7D、1.9 D。從加工結果來看，槽孔變形嚴重程度與鉆頭直徑大小、槽孔長寬比大小有直接關系，例如圖3所示。

圖3 不同鉆徑、槽長孔狀態比較

（1）Φ1.0 mm（含）以下槽鉆加工的槽孔，隨著其長寬比的變小，槽孔變形也越發嚴重。當槽長寬比小于1.5倍以下時更為明顯。

（2）對于槽孔長寬比小于1.5倍以下的槽孔，隨著鉆頭直徑變小，槽孔變形也越發嚴重。主要原因是隨著鉆頭直徑的減小，其本身剛性也差一些。在加工短槽孔的第二鉆時，鉆頭尖端無法定位，槽刀下鉆過程中因鉆頭切削刃受橫向阻力導致鉆頭輕微彎曲，并向懸空一側滑移，從而導致鉆出的槽孔形狀異常。

（3）φ1.1 mm槽鉆加工出的各種規格的槽孔，其變形均比較小。分析原因為鉆頭剛性比小徑的要好，加工過程中鉆頭只有一側受阻力時，不易發生彎曲變形，從而減輕槽孔變形。

2 試驗設計

通過以上分析，要改善超短槽孔偏斜變形不良，需要從槽孔設計方法和加工槽孔刀具兩方面著手檢討。

2.1 槽孔設計方案優化

在新方案里如圖4所示，先用普通鉆刀在超短槽兩端鉆導引孔，接著使用銑刀鉆導引槽，然后用槽刀在導引槽的基礎進一步精加工。由于槽孔精加工前大部分廢料已去除，切削余量小，槽刀在切削過程所受的橫向阻力相應也變小，減少了槽刀的橫向滑移，從而減少了超短槽孔的加工變形問題。

圖4 槽孔加工新設計方案

2.2 短槽孔加工刀具優化

為減少短槽孔加工變形，通常做法是降低鉆孔參數，減少鉆孔疊板數。這不僅降低鉆孔生產效率，而且還不能徹底解決超短槽孔變形的問題。

新的加工設計方案，除了在短槽孔兩端追加引導孔外，擬再追加一把銑刀加工精加工用的引導槽。選用縱橫方向均可切削的銑刀原因：（1）是其芯厚較厚、剛性好，有較好的抗彎曲性能；（2）是銑刀可縱橫方向切削，并且其前端部是燕尾狀，垂直下切過程不會滑向懸空一側，可以解決槽刀刀尖無定位點時單邊受力朝懸空一側滑移的問題，從而減少短槽孔變形。使用刀具圖5所示。

圖5 刀具示圖

銑刀使用注意點：

（1）銑刀的加工參數與鉆頭存在差別，需要特殊管理；

（2）加工孔壁質量比槽鉆的差一些，不可直接形成有導通性能的槽孔；

（3）直徑按0.1 mm遞增,先導槽孔要選用小于正常槽寬0.1 mm銑刀來加工。

2.3 試驗設計

2.3.1 試驗條件

驗證用基板：4層板1.6 mm板厚，表銅35 μm，Tg150 ℃。

鉆機廠家/機臺號：（1）瑪尼亞鉆機/90；（2）龍澤鉆機/102；（3）維嘉鉆機/10；主軸芯擺均15 μm內。

鉆孔條件：鉆孔程序160 K841.txt，疊板數2 PNL/疊，墊板高密度板，蓋板t0.15 mm鋁片。

2.3.2 試驗槽孔加工所用刀具

根據實際產品選用測試槽孔規格，所用刀具如表1所示。

表1 槽孔加工所用刀具

2.3.3 槽孔設計、加工方式

按新設計方案實施。

2.3.4 實驗結果

（1）槽孔尺寸測量數據。

鉆孔完成，取下底板，測量其反面各規格槽孔的尺寸及偏斜角度。槽孔長、寬測量值均滿足公差要求。槽孔變形偏斜角度也均在10度要求范圍內。說明新加工方式加工的槽孔的品質能滿足要求。

圖6為槽孔示圖，測量數據見圖7所示，品質判定均合格。

圖6 槽孔示圖

圖7 測量數據

（2）槽孔外觀。

采用新設計方案加工的短槽孔，其外觀無變形異常，如圖8所示。

圖8 槽孔外觀

（3）量產品質跟進。

如圖9所示，為保證實驗結果的可靠性和嚴謹性，選取一款短槽孔為φ0.80 mm×1.0 mm的6層板客訴料號，按新設計方案變更短槽孔設計加工，量產跟進5批共720 PNL，鉆孔疊板數t1.4 mm×3片/疊。廠內鉆孔后、外層AOI（自動光學檢測）和FQC（最終檢驗）檢查均沒發現槽孔變形異常，客戶端上線插件無異常。

圖9 量產驗證批次情況

3 結論

實驗及量產跟進結果顯示，超短槽孔采用頂端追加小徑引導孔，銑刀加工引導槽，再槽刀精加工的設計方案，能有效改善超短槽孔變形的問題。這為今后鉆孔疊板數增加帶來的超短槽孔變形問題，提供了一個很好的解決方法。