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钻针与钻孔技术0531


鑽針與鑽孔技術
一、鑽針的種類
鑽針的種類大致分為 MD 型、ST 型、UC 型、SX 型、ID 型,所謂 MD 型它是極小徑,無刃帶 式也就是溝背部沒有內縮腹地,沒有間隙部位在鑽孔的過程中溝背部整個面會與孔壁磨擦接 觸。早期 MD 型的鑽針是從 0.3mm 以下尺寸全部為 MD 型,原因是早期的造針技術及設備比 較沒有那麼好,再則早期也沒

有鑽那麼小的孔徑,即使有品質也沒有那麼講究,因而早期 0.3mm 以下的鑽針好比是當樣品,通常只有看的份。 往後科技發展迅速基板的要求輕薄短小,線路的密度更密,孔環變小,鑽孔的孔徑也隨著縮 小,小徑化逐年縮小,它不再只是試鑽樣板而以,而是一種大量產化,同時也是開始要求起 孔內壁品質、孔位精度等等。為了因應這種高品質的需求,所以目前的 MD 型鑽針是從 0.15mm 以下,0.15~0.25mm 都改為 ST 型鑽針及 UC 型鑽針 TYPE。UC 型講求的是孔內壁品質及釘頭。

1、MD 型鑽針通常分為 118 度及 130 度,螺旋角度有 26 度及 30 度,鑽徑從 0.05~0.25mm,
刃長從 1.5mm~4mm。

二階段式的鑽頭把柄 無刃帶 MD 型鑽針在鑽孔時磨擦阻力較大,smear 較易產生,孔壁較粗。

2、ST 型的鑽針為目前一般最常用的鑽頭,適用於含有紙材的線路板及環氧紙苯酚醛、BT、
FR-4、CEM-3、聚亞醯胺板、複線板鐵氟龍、軟板及多層線路板等等。 目前市面上販賣最普遍的 ST 型鑽頭型號是 ST30,所謂 ST30 是表示它的螺旋角 30 度,適用 於注重高效率,另外尚有一些如 ST35 及 ST40 它是屬於高螺旋注重是高排屑性,例如紙基材 系基板,它的 Tg 溫度較低不適合高轉速鑽孔或是疊板厚度較厚需要排屑性較強,則可考慮使 用 ST35、ST40。ST 型是採 Back Taper 後傾錐形之尾頸部直徑要比鑽尖角處直徑小 10~25um 以減少磨擦。 溝背部位有凸出一條刃帶, 從刃帶處到尾頸部刃帶的寬度越大與基板的孔接觸面便會越大, 會產生磨擦熱,這便是造成 smear 的原因,如果刃帶寬度太小(窄),對刃帶的磨損會快速損耗 產生針徑不足或逆錐現象,而這也是 smear 產生的原因,尤其是鑽孔數如果增加的話,鑽頭 形成逆錐孔小會特別快。 ST 型鑽針鑽徑從 0.15~3.175mm。 鑽尖角一般都為 130 度,特殊型有 118 度、140 度、150 度。 螺旋角一般常用的為 30 度,特殊有 35 度、37 度、40 度。 刃長依針徑不同而有所不同或依廠家客戶要求等等不同。 鑽徑 0.15mm~0.25mm 0.3mm~0.45mm 0.5mm~0.9mm 0.95mm~1.25mm 1.3mm~3.175mm 刃長 2.5mm~4.0mm 5.0mm~7.0mm 7.0mm~9.0mm 8.0mm~10.5mm 10mm~12mm

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3、UC 型鑽頭的優點在於從鑽尖頸部以下的直徑比頸部以上的直徑小,所以在切削過程中,
整個鑽頭與基板孔壁的接觸面積減少,減少磨擦生熱,以防止環氧污斑 smear 及孔壁粗糙, 因此特別適合多層板及要求孔內壁高品質的基板。 UC 型鑽針一般常用的是 UC30,所謂 UC30 是表示它的螺旋 30 度,注重高效率,另外有 UC30 及 UC40 則是強調它有高排屑性,排屑性佳,注重高孔內壁品質,減少堵孔及孔內殘屑毛孔 的情形,尚有一種 UV 型,它強調的是高強度高孔位精度,但它不適合深孔加工,除非採用 分段加工方式。 UC 型鑽針它的優點可防止 smear、粗糙、釘頭,UC 頭長度的設定要考慮到 smear 的發生以及 再研磨後的磨損,它的長度是不能太長也不能太短,研磨後要注意 UC 頭是否被磨掉了,沒 有 UC 頭時鑽徑會變小,針徑會不足。 UC 型鑽針鑽徑從 0.15~0.6mm。 鑽尖角一般都為 130 度,而鑽軟板特殊用途 118 度。 螺旋角一般為 30 度、35 度兩種特殊用 24 度或 40 度。 刃長依針徑改變,一般為: 鑽徑 0.15mm 0.2mm 0.25mm 0.3mm~0.35mm 0.4mm~0.55mm 0.6mm~1.6mm 刃長 2.5mm~3.0mm 3.0mm~3.5mm 3.5mm~4mm 4.8mm~6.5mm 以 5mm 最普遍 5mm~7mm 8mm~10mm 以 7mm 最普遍 以 8mm 最普遍

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4、SX24 是高精密度長孔(槽孔、雙連孔、方孔)SLOT 加工鑽針。
SX24 是屬於槽孔的專用鑽針,鑽針的特性是高強度不易斷針彎曲。可以做鑽針直徑約 2 倍長 的橢圓孔及長孔加工。切削條件根據加工時程度難易也有不同進刀量調整,但進刀時太慢則 會造成精度下降易產生磨耗,加工精度也會降低,正確方法是將進刀速做較高目標的設定, 依實際加工狀態孔的形狀,鑽針承受程度而定,不當的加工條件將造成鑽針的折損或鑽針外 徑的磨損造成針徑不足逆錐及鑽刃刃角的磨損,導致切削時不銳利,產生擠壓、釘頭、銅箔 切不斷毛絲的現象。 SX 型槽孔專用針特性 1、 WEB 中心厚度比一般 UC、ST 型的厚。 2、 螺旋角為 24 度比一般 UC、ST 型小。 3、 WEB TAPER 比一般 UC、ST 型的大。 4、 溝巾比比一般 UC、ST 型的小。 5、 鑽尖角比一般 UC、ST 型的大平。 以上五種幾何圖形的不同其主要目的是為了增加鑽針的肉身加厚,強度增強,才能承受因鑽 孔時的受力不平均的偏擺彎曲造成亂偏或斷針,但是強度是增強了,可是容屑體積卻變小了, 排屑能力減弱了,若是使用 SX 型專用針來鑽一般的圓孔,會產生嚴重的孔壁粗糙及毛孔、 SMEAR 等等問題,所絕對要避免以上的情形。 SX 型槽孔專用鑽針 鑽尖角為 150 度 螺旋角為 24 度 鑽針徑 0.5~1.7mm 鑽針溝長有 4.7mm、6.7mm、8.7mm 等三種。 SX 型槽孔專用鑽針除了 UC 型有 UC 頭外,另外尚有 ST 型的無 UC 頭。

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5、ID 型鑽針:只要鑽刃部的針徑大於把柄 3.175mm 的鑽針都稱為 ID 型鑽針。
ID 型鑽針目從切削刃面來分有標準型、鑽心削薄型及鑽心削薄自動斷屑型三種。 為何徑粗就容易發生切削纏繞捲屑?原因是鑽頭的直徑變粗,切屑也會變長,當鋁板、銅箔 層的長度超過一定長度就會產生纏繞捲屑的現象。處理這捲屑的方法有三種: 1、 增加進刀量使切削屑變厚變片狀減少纏繞捲屑。 2、 改變鑽尖角度使鑽尖角度變大一些,因鑽尖角大也可使屑成片狀易於排出,但若鑽徑太大 切削刃唇長一樣會產生捲屑。 3、 採用刃唇落差來達到自動斷屑功能,這是我們在七年前設計的,因鑽心部削薄、切削抵抗 大幅減輕,對於鑽入樣的瞬間效果很好。 ID 型鑽針 3.2~3.95mm 採中心削薄,4.0~6.5mm 採中心削薄兼自動斷屑功能。

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蓋板
上蓋板的使用目的: 1、 保護板面,防止壓力腳襯對板面的損傷、刮痕等等。 2、 固定鑽針減少鑽針的偏移,有套桶的作用以提高鑽孔的孔位精度。 3、 防止基板發生上毛頭。 4、 鑽孔時協助鑽針散發熱量。 5、 鑽孔時協助清掃鑽針溝槽作用。 上蓋板應有之特性: 1、 切削容易,上層表面不宜硬產生鑽入不易而偏滑。 2、 要有堅平的表面,不宜有折痕、凹陷或凸塊等等缺點。 3、 材質於高溫下不軟化或溶化、污染孔壁。 4、 鑽屑要軟不刮傷孔壁。 5、 吸濕性低,不易變形。要平整不可有波浪及捲曲的情形。 上蓋板的種類: 1、 一般純鋁板:板厚分為 0.2mm、0.15mm、0.12mm、0.1mm。 ☆ 0.2mm 厚的比較堅挺,對於壓力腳襯 10mm 及中大鑽徑以一般的加工條件下是比較不 會產生上毛頭。但其切削屑較長。 ☆ 0.15mm 厚的適合機台有 QIC 功能,小孔徑多的基板,例如鑽徑 0.2~0.6mm,由於板厚 較薄,切削屑會比較短,小鑽徑比較不會因鋁屑過長堵在溝槽中產生堵死斷針的現 象,同時對刃面的損耗也會比較少。但其缺點是大尺寸鑽徑比較會有毛邊,所以使用 0.15mm 鋁板時應注意大尺寸鑽徑的銳利及退刀速度。 ☆ 0.12mm 及 0.1mm 厚的適用於鑽徑 0.2mm 以下的鑽徑,板厚愈薄切削屑愈短排出較容 易,損耗及堵死的降至最低。 鋁板的優點為其散熱性好。 鋁板的缺點為其耐熱性不好,加工熱高時會產生酸化的鋁,在鑽尖部附著成一硬塊, 影響孔位精度。

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2、 軟硬鋁合金板 板厚 0.15mm 依其功能再分兩種形式: A、強調防止毛頭產生的使用種。 0.05mm 軟鋁

0.15mm

0.1mm 硬鋁

B、 強調孔位精度的使用這種。 0.075mm 軟鋁

0.15mm

0.075mm 硬鋁

之前在日本有許多廠家有使用這種鍍層合金蓋板。 3、 酚醛樹脂板俗稱電木板,板厚 1.5mm、0.8mm、0.4mm、0.2mm,一般鑽軟板的通常會使用 板厚 1.5mm 及 0.8mm 來當蓋板, 其優點是堅挺,加工硬平可以防止毛頭的產生及可整平 軟板作用。0.4mm 及 0.2mm 也有使用在鑽 RCC 背膠銅箔的夾層板及上蓋板,一般 PCB 基 板也可以使用,其排屑性好、毛頭少,缺點是硬平滑的表面鑽針比較會偏滑,孔位精度稍 差一些。 4、 紙苯酚板,板厚 0.8mm、0.4mm,其功用及特性與酚醛樹脂不同處是比較沒有那麼硬,切 削性較好、偏滑性較少,曾使用在鑽增層壓膜法(ABF)的基板小鑽徑。 5、 鋁箔紙板(LCOA),這是上下使用兩張約 50um 厚的鋁箔與心材紙環氧樹脂當接著劑壓合而 成,由於心材紙脂較軟,當鑽針剌下時會下縮,以利鑽針中心垂直定位。 0.05 鋁箔

紙 0.3~0.33mm 0.05 鋁箔 缺點鑽中大尺寸鑽徑時蓋板表面有許多鋁絲,鑽孔序順必須由小至大的鑽,不能由大而小 的鑽,否則易發生孔偏及斷針。由於鋁箔厚只有 0.05mm 所以鑽小徑時切削屑短,比較不 斷針堵死的問題少,適合使用鑽 0.35mm 以下鑽徑用。

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6、 塑膠板,板厚 0.1mm 適用於鑽 0.1mm 以下,大鑽徑不適合,仍研究。 7、 鍍膜:它與 LE 系列不同的是其樹脂不同,它不會產生熔化附著在鑽針上,其樹脂的硬化 程度與 Tg 溫度都比 LE 系高。 0.05mm 的塑膠

0.15mm

0.1mm 鋁板

8、 這種也較適合使用在鑽極小徑上。 0.03mm 紙

0.1mm

0.07 鋁箔

9、 LE 系列,分為 LE300、LE400、LE500、LE600, ☆ LE300 總厚 0.3mm,鋁箔厚 0.1mm,水溶性樹脂 0.2mm。 0.1mm 鋁箔

0.3mm 0.2mm 樹脂 ☆ LE400 總厚 0.22mm,鋁箔厚 0.1mm,水溶性樹脂 0.12mm。 ☆ LE500 總厚 0.15mm,鋁箔厚 0.1mm,水溶性樹脂 0.05mm。 ☆ LE600 總厚 0.13mm,鋁箔厚 0.1mm,水溶性樹脂 0.03mm。 水溶性樹脂層愈厚其附著於鑽針上的情形會愈嚴重,在過去經驗中樹脂層厚的孔位精度 有較好的傾向,但斷針率偏高。

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蓋板的種類對孔壁粗糙度的影響,鋁蓋板厚愈厚對於小鑽徑來說愈不利,鋁板愈厚其切削屑 愈多愈長,很容易堵在鑽針的溝槽內,影響排屑功能,若停留於孔內也容易刮傷孔壁,所以 鑽愈小徑所使用的蓋鋁板愈薄愈好。 以下是使用鋁蓋板 0.15mm 厚與 LE300 測試結果,LE300 它的鋁厚度是 0.1mm,而水溶性樹脂 0.2mm,合計總厚 0.3mm,從這個測試結果可以看出,LE300 的孔壁粗糙度會比較好。

孔壁粗糙度跟鑽針鑽入墊板的深度也有關係,鑽入的深度愈深,對鑽針的磨耗會愈嚴重及快 速,再來是鑽入的深愈深所產生的屑也會愈多,排出性困難,在孔內磨擦,再則鑽入的深度 愈深,其無效刃長的排屑空間會愈小,或是溝長不夠無法排屑等問題發生。 一般理想的下鑽深度是刃唇高加上 0.15~0.25mm,鑽針小取值也要小。防了發生未貫穿或鑽太 深,除了在 DN 值,OFFSET 值的設定外,鑽針的上環深度也要控管,機台 Z 軸高度確認更不 容忽視。 高轉速、高進刀量有抑制切削發生捲付的作用,但過高的進刀量卻容易發生鑽針斷針的問題。

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6、 蓋板的種類及厚度對捲屑及孔位的影響。

樹脂層較厚發生捲屑的情形會較嚴重。 如果依孔位精度的角度來看,樹脂層較厚的其孔位精度比較好。 下墊板的鑽入深度太深也比較會捲付,鑽愈深粉屑量愈多排出困難,積熱墊板屑軟化溶著於 鑽頭上,無性循環。所以適當的下鑽深度很重要,必須管控。對於排屑不良的捲付可以採用 分段加工來克服也會有效果。 樹脂層使用薄一點捲屑情形也會比較少。蓋板愈厚其切削屑愈長也就愈容易產生捲屑,目前 對鑽小孔有使用 0.1mm 鋁箔加硬化樹脂或紙系的覆膜來處理。

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墊板
下墊板的使用是為了抑制下毛頭的發生及讓鑽針能充分的把 PCB 板貫穿,目前較常使用的下 墊板有 1.5mm~2.6mm 的厚度,酚醛樹脂(俗稱的電木板),紙系壓合板、鋁合金的複合板,依 材質來說,以比較軟質的酚醛樹脂板較理想,太硬的下墊板容易導致鑽針刃部龜裂缺口,產 生鋸齒狀,異常磨耗等,排屑不良小孔徑易生堵孔。鋁合金的複合板平整度好並不傷鑽頭, 但價格略貴。使用下墊板最須注意它的平整性,彎曲的下墊板易導致未貫穿及鑽入太深而異 常耗鑽頭造成排屑不良燒焦現象。 如圖(一)所示:

下墊板(電木板酚醛樹脂)材質硬度不同造成鑽針刀刃磨耗的差異太硬的墊板會造成如下圖的 鋸齒狀崩裂。 墊板應有的特性質: 1、 切削容易。 2、 表面硬而平。 3、 材料要在 500℉溫度下不產生黏性或釋出化學物質污染孔壁或鑽針。 4、 鑽屑要軟不會刮傷孔壁。由下面這圖可以看出鑽孔時鑽針在墊板中停留時間是相當久 (dwell time)而且這時溫度也是最高點,產生碎屑更會通過全部的孔程。 因此對於上述 4 點的要求永遠超過上蓋板,尤其 3、4 最為嚴格,並且須控制好下限深度, 穿入越深磨擦熱越高,粉屑量也越多,可不能忽視。

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墊板是放在待鑽電路板的最下層,也就是鑽頭衝程的終點。其功用在防止機台面受損及防止 出孔口之毛頭,並希望能降低因在鑽尖的溫度,進而減少鑽頭的扭斷。 因在鑽尖衝程的終點處,是磨擦之總發熱使該處的溫度最高逼使該處的樹脂也被也被高熱所 軟化,故稱為 plastic zone。若墊板材質不好時 TG 過低(如酚醛樹脂)會軟化而包住鑽頭外緣的 MARGIN RELIEF,並進入退屑槽(鑽溝)中,而被帶回到孔壁。一來增加咬死擦阻力,使鑽頭 容易扭斷,通常斷針的 90%是發生在已貫穿在拉回時,2 則帶回軟化樹脂會污染 PCB 板的孔 壁。 鑽頭的材料是碳化鎢,它的傳熱並不好。所以墊板中的樹脂 TG 不可太低。其本身硬度軟硬 適中,使鑽尖及 PCB 板孔壁都不致受傷,但墊板的板面又要很硬才能防止出孔口的毛頭。墊 板本身尺寸要穩定,厚度要均勻、要平坦不可彎翹。圖三是顯示一支 0.45mm 鑽頭剌過 2 張六 層板後停留在墊板中的情形,其暫停點(dwell point)溫度最高,其高溫足以使樹脂軟化而可塑, 故又稱為 plastic zone。

圖四是使用酚醛樹脂墊板後鑽尖的情形: 1 處表示 margin relief 處積附了不少酚醛的膠渣是增加溫度的原因。2 處表示熔化的酚醛膠渣 包在外徑上,拉回 PCB 板孔中時必定污染孔壁,此種焦化酚醛樹脂膠渣很不容易用重絡酸化 學除膠渣法予以除盡,常會造成孔銅與內層導體的不通或局部斷路。ST 型針如圖四的情況最 多見,尤其是最大針徑的針。小孔徑有人強調小鑽針因需要更好的強度,故將外緣上的突出 的刃帶及其直徑縮小部份的腹地取消了,其實這是不對的,而且又因要有足夠的強度加大 WEB 而造成多量的熱後對鑽孔品質一定不好。

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墊板的種類: 1. 鋁箔紙板(LCOA)成本高、品質佳、平坦、軟硬適中,不易受潮而變形,同時又具有散熱 功能。 2. 鋁箔酚醛樹脂板與鋁箔紙板相似,硬度稍高一些,鋁箔也較厚,適合使用在ψ0.35 以上的 鑽徑,平坦、散熱,不會有毛頭。 3. 酚醛樹脂板表面平整不會有毛頭,唯有它容易受潮濕,溫度的變化而變形,存受地方最好 有空調保持恆溫、恆濕,再則是它的等級,因酸鹼成份不同及製造不同、顏色不同、硬度 不同,值得採購者注意。 4. 木漿板又分為長纖及短纖,表面有上一層樹脂層或表面用噴漆法上一層似漆的膠膜。 原始木漿板由於纖維交織處都會有凹洞,使用於微小孔時難免都會有均勻微細的毛頭,還 有木漿板的厚度誤差值較大,比較難掌握其下鑽深度,通常不是下鑽太深就是太淺。 關於表面上塗一層樹脂的,目前市面上所販賣的常因所塗樹脂硬化程度不夠及 Tg 溫度太低, 常造成毛頭火山口及樹脂溶化附著鑽針及孔壁,會不會造成電鍍製程上的問題,不得而 知。 ★ 表面漆鍍法,噴上一層似漆膜的,其硬化程度有比較好,依目前測試結果還 好,只是那層漆膜對後製程的影響仍未有報告出來,不然一切都算好平坦, 不傷鑽針、無毛頭。 5. 紙苯酚板適用於極小鑽徑,因平坦、厚度均勻、誤差值小,對鑽針損害小。

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這張是不同的鑽入量(墊板鑽入深度)時對孔壁粗糙的影響。由這測試結果可以發現,下鑽深度 愈小,孔內壁可以得到比較好。

一般來說,鑽入墊板的深度愈深,其所產生的粉屑量愈多,會造成排屑上的困擾,再則,鑽 入墊板愈深只會增加鑽針的磨耗,刃唇及刃角會快速鈍化不銳利,以後切削阻抗就增大,孔 偏及粗糙、smear、釘頭等等問題發生,所以下鑽深度必須加以控制,尤其是極小徑更不能忽 視,否則斷針、孔偏將難免。

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刃唇高(L)
刃唇高 L=鑽徑/2* tanθ θ= 90-(鑽尖角/2) 例如:鑽徑 0.3mm 鑽尖角 130° 其刃唇高 L= 0.3 /2* tan(90-130/2) L=0.15*tan25 L=0.15*0.466 L=0.0699mm 刃角 刃唇

理想的下鑽深度是刃唇高+0.15~0.25mm

0.15~0.25mm

理想的下鑽深度是刃唇高+0.15~0.25mm 加 0.15~0.25mm 目的是為了確保完全貫穿的鑽入深度, 若依計算值刃唇高 0.0699+0.2mm,其鑽入的總值約在 0.27~0.3mm,就已經足夠了。 掌握下鑽深度 PN 值、OFFSET 值的設定要正確。 上環深度誤差值要小。 SP Z 軸高度各軸間誤差值要小。 測針參數的誤差值設定範圍小一些。 很重要,下墊板厚度誤差值要小。 儘可能採用 TWO 方式加工減少因使用橘色板時有板厚的誤差值 墊板不能在凹凸不平、板彎板翹等等,都會影響下鑽深度。

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參數搭配問題:
鑽孔在印刷電路板的流程中為重要製程之一,鑽孔的品質好壞對後製程有著相當的影響,鑽 孔品質的控制非常重要,除了技術上的克服外,人員的管理訓練對品質也有重大的影響。 介紹一些鑽孔常見原理及鑽小孔的技術: (一) 一般鑽孔原理:理論上的適當條件,根據鑽針回轉數的變化和週速的關係如下圖表示:

1、S.F.M 週速:表面切削速度,M / min,即每分鐘鑽針上的刀角在板子表面上切削多少距離 或長度。 週速 M / min=回轉速(RPM)*鑽徑(mm)*π 1000

2、RPM 轉速:SP 夾鑽針旋轉速度,轉 / 分,即是每分鐘旋轉多少。 回轉速 RPM=週速(M/min)*1000 鑽針外徑(mm)* π 3、進刀量 um /REV:chip load 進刀量,每轉一圈進刀深度有多少。 進刀量 um /REV= {進刀速(MM/min) 回轉數 RPM}*1000

4、進刀速 M/min:每分鐘 SP 下降進刀多少距離。 1 進刀速 M/min=回轉速 RPM*進刀量 um / REV* 1000 週速高的話其優點 產能大、強度增加(對小鑽針) 缺點 產生較多熱(smear 問題)瞬間昇溫快 週速的評估 若在 1000Hit 以內,刃角磨損過大(>2%)表示轉速太快或進刀量太小的緣故。

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圖為鑽尖部份之平面示意圖,較深色的部份 為第一進刀面稱為刃面,其前緣 AB 及 CD 為刃唇。 A 及 D 為刃角,孔壁的好壞,刃角要負很大的責任, 因為它們是最後與孔壁接觸的部份。

A. B 與 C.D 為刃唇,當 A 點旋轉一週時,其所切削的 直線距離應為圓週的週長,即 2πr =πD,所以在板子上的表面切削 距離=2πr =πD,因此 S.F.M 週速=RPM*π*D 。 在鑽孔作業中,轉速與進刀速的搭配對孔壁品質及孔位精度有決定的因素。 一般而言,從九孔鏡、放大鏡或交叉核對甚至從切片的情況,可約略看出轉速與進刀速搭配 的好不好。倘若二者搭配不好,則孔壁就會產生孔壁粗糙、膠渣、毛頭、釘頭等等。 最基本的原理:當 R.P.M 增加時,所增加的動能會使鑽針在鑽孔中與孔壁磨擦產生的熱也隨 之增加,又當進刀量減低或退刀速降慢時也因鑽頭停留在孔壁中的時間增長,使得磨擦增多, 造成積熱磨耗也就增多(積熱是膠渣形成的主要因素), 刃角的磨耗則是鑽針停留孔內時間過久及週速太高或鑽太深所致。

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一般而言,φ0.3mm 以上,我們需預留 0.6mm~1.5mm 的排屑空間,也就是 蓋板厚 + PC 板的厚 + 墊板的鑽入量需要再加 0.6mm~1.5mm,小直徑鑽針 之鑽孔加工與鑽針所之刃長長度,例如案例說明:

0.4φ的理想下鑽深度是刃唇高 + 0.15mm~0.25mm,通常會抓中間 鑽徑 鑽尖角 刃唇高= *tanθ θ=90- 2 2

刃唇高=0.2*0.466=0.0932 而理想下鑽深度是 0.0932+0.2 約等於 0.3mm 從上面兩個案例,無效刃長為 1.3mm 及 1.2mm 似乎還很長的排屑空間,但我們不可能只使用 新品就報廢,還會再研磨,再研磨後只要排屑空間還在 0.6mm~1.5mm 即算合乎標準,倘若你 對墊板的穿入量無法控制在理想的深度,那只好選擇更長的刃長鑽針。

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Tg 溫度→Tg 高較不易產生 smear 黏性→鑽軟板外層應防溫度過高。 基材有無缺陷變形、刮傷、凸塊或點凹陷→易產生毛頭、斷針、單孔孔偏等等。 樹脂/ 玻纖比值→影嚮加工性。 *切削能比較→陶瓷>CU>玻璃纖維>Polyimide>BT>Epoxy>PTFE *排屑上分析:玻璃纖維、環氧樹脂、聚亞醯胺、BT 都是硬而碎、鑽屑是顆粒粉末狀易於排出。 銅箔、鋁板軟板蓋層鐵氟龍鑽屑是條狀,排出困難。 各種層壓基材有其不同的特性,如硬度和導熱性等,這些特性對鑽小孔的品質影嚮極大。 基材的硬度會影嚮鑽的的磨損和熱量的產生通常鑽孔的轉矩、推力和切削將直接與基材的硬 度成正比。在鑽孔過程中大多數能量將會轉化為為量。當鑽孔溫度升高當鑽孔溫度超過基材 中樹脂的 Tg 溫度時,基材本身就會軟化產生鑽孔沾污(Smear 膠糊渣,簡稱膠渣)黏附在鑽刃 上,便切變得困難而造成孔壁粗糙及內層銅箔擠壓(釘頭)並形成一個惡性循環直至鑽頭折斷, 較厚的銅箔產生的鑽孔溫比較大。雖然由於銅的導熱性好,但對於高層板的多層銅面而言仍 以厚度薄的銅層較佳。 玻璃布的硬度很高,不僅對於鑽題的磨損大而且對鑽孔的精度影嚮也很大。 玻璃布類型對鑽孔精度的影嚮層壓板硬化程度的欠缺係來自壓合和烘烤的溫度和時間不足, 此種 B-階(B-STEP)樹脂未能完全硬化易造成壁粗糙、釘頭和 smear,並將降低鑽頭壽命,易斷 針、孔偏。層壓板表面的缺陷如小的凹洞凸點折痕都可造成孔偏,嚴重時鑽頭斷裂。

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待鑽板的考量因素銅箔→玻纖→ 樹脂→板厚→ 層數→ 尺寸安定性鑽頭鑽孔時在垂直方向 遭受板材阻力的比較說明。

由圖中可看節當鑽頭進入銅箔部份時的負荷,切削抵抗的增加情形所以銅箔層數增加時應考 慮到疊板厚度,加工條件、鑽針的 HIT 數等。較厚的銅箔產生的鑽孔溫度比較大雖然由於銅 的導熱性好但對於高層的多層銅面而言,仍以厚度薄的銅層較佳。 玻璃布對鑽孔的影嚮玻璃布的硬度很高,不僅對鑽頭磨損,而且對鑽孔的精度影嚮也很大。 遇到纖維粗硬度高的基材應選擇刃及強度較好的鑽針(WEB 厚一點)進刀量低一點,鑽尖角再 大一點,疊板枚數少一點這樣對孔位精度才會有幫助,通常鑽孔的轉矩,推力和切削將直接 與基板的硬度成正比。

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A 條件設定前之考量: * 基材結構(Lamimate conseruction)基板纖維越粗進刀量下降 * 基材厚度(Lamimate thinkness)基板厚度越厚進刀量下降 * 疊板片數(Steack heigt) * * * * 鑽孔尺寸(Drill size) 鑽針結構(Drill geometry) 墊板材料(Back-up material ) 蓋板材料(Entry material)

* 鑽孔機狀況(Drilling machine condition) * 鑽軸狀況(Spindle condition) * 鑽孔品質需求(Hole quality requirements) B 操作條件 * SFM(RPM)轉速 * IPM(chipload)進刀速 * OFFSET(補償值)下鑽深度 * RTR 回升速(退刀速度) * HIT 鑽針壽命的設定 * 壓力腳壓力 * 疊板上 pin * 鑽針刃長選定 * 套環設定 * 鑽孔的方法 樹脂的種類大可分為熱可塑性樹脂與熱硬化性樹脂,而因於印刷電路板的樹脂都是熱硬化性 樹脂其種類有?酚醛樹脂(Phenolic resin)?環氧樹脂(Epoxy resin)?聚亞醯胺樹脂(Polyimide resin)?聚四氟乙稀樹脂(PTFE)?陶瓷(Ceramic)? BT 樹脂?氯酸酯樹脂?氰酸酯樹脂。 * 鑽孔時應有的考量(對材料) 硬度→影嚮鑽針磨耗及熱的產生 導熱性→協助散熱 硬化程度→硬化不足會產生 smear、釘頭、孔壁粗糙、孔偏

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鑽孔與基材之關係
推力和切削抵抗與基材的硬度成正比,在鉆孔過程中大多數的動能會轉變為熱量,週速愈高 瞬間的昇溫愈快,有時能達到華氏 500 度(即攝氏 260 度)。當鉆孔溫度超過基材的 Tg 溫度時, 樹脂開始軟化,甚至燒焦,產生 smear,易造成孔壁粗糙及黏附於鉆針上或孔壁中,良好的基 板材料及壓合條件因其硬化非常徹底,故無需再預烤,預烤的目的是在消除內應力使尺寸轉 穩定,但無法幫助基材繼續硬化。理想的基材 Tg 高,切削容易,板面平整,傳熱性良好,排 屑容易,但這樣的基材好難找。 一般來說,高 Tg 的板材硬度比較高,鹵素基材硬度較難切削,硬度會影響鉆針的磨耗及熱的 產生。 ☆ 導熱性好的基材有協助散熱的功能 ☆ 硬化程度不足的基材會產生 smear,孔壁粗糙、孔偏 ☆ ☆ ☆ ☆ Tg 溫度比較不會產生 smear 黏性 Tg 溫度低,鉆軟板時週速不宜太高、要快進刀速,防溫度過高 基材有缺陷變形,容易產生毛頭、孔偏、斷針 樹脂/玻璃纖維的比值,比值愈小愈難切削

☆ 疊板厚度愈厚,基孔偏數值層愈大,切削阻抗也愈大 ☆ 銅箔層愈多、愈厚也比較難切削,其切削阻抗也愈大,鉆針耗損愈快,通常 Hit 數要設定 少一些 ☆ 基材的玻璃纖維徑愈粗也愈難切削,孔偏機率比較大

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