微細(xì)鉆頭鉆削印刷電路板加工機理研究.pdf

1、隨著電子消費品的多功能化、小型化、輕量化、高密度和高可靠性的要求和發(fā)展趨勢，要求生產(chǎn)高密度、高集成、封裝化、微細(xì)化、多層化的印刷電路板，機械鉆孔面臨巨大的挑戰(zhàn)：印刷電路板的層數(shù)越來越多，PCB微小孔的直徑越來越小，相對應(yīng)微孔的厚徑比也越來越大，布線密度越來越密，對PCB孔質(zhì)量提出了更高和更嚴(yán)的要求。但是由于缺乏印刷電路板微孔鉆削機理、刀具磨損機理、鉆削力、鉆削溫度以及微孔表面創(chuàng)成過程等方面的深入研究，實際生產(chǎn)中還存在很多問題，不能充分發(fā)

2、揮高密度印刷電路板的優(yōu)越性。本文根據(jù)印刷電路板行業(yè)對印刷電路板微孔鉆削技術(shù)的迫切需要，采用理論分析和大量實驗研究的方法，著重從印刷電路板微孔鉆削切屑成形、鉆削力、鉆削溫度、微鉆磨損以及微孔表面創(chuàng)成等方面對微細(xì)鉆頭(φ0.1mm-φ0.3mm，以下簡稱微鉆)鉆削印刷電路板加工機理進(jìn)行系統(tǒng)深入的理論和實驗研究。
　　 微鉆鉆削印刷電路板的切屑成形機理主要可分為鉆尖擠壓、橫刃推擠以及主切削刃切削。銅箔的切屑成形表現(xiàn)為常規(guī)的金屬切屑成形

3、，形成錐螺旋狀銅屑；樹脂的切屑成形介于塑性材料與脆性材料切屑成形之間，雖然形成錐螺旋狀切屑，但抗拉強度低，極易斷裂；玻璃纖維的切屑成形主要表現(xiàn)為擠壓崩碎以及超出彈性變形彎曲許可值而最終斷裂。
　　 理論推導(dǎo)了螺旋切屑直徑公式以及切屑在螺旋槽內(nèi)運動速度公式，這兩個公式很好地反映了切屑的幾何形狀以及切屑在螺旋槽內(nèi)的運動情況進(jìn)而反映了微鉆的排屑情況。微鉆直徑增大，切屑直徑也會跟著增大；微鉆參與切屑的單元刀具數(shù)量增大，切屑直徑也會相應(yīng)增

4、大；當(dāng)切屑流出角增大時，切屑直徑也會增大；增大微鉆單元刀具總數(shù)(即增大主切削刃工作長度)可以減小切屑直徑，因此適當(dāng)減小微鉆的鉆尖角可以使主切削刃相對較長，因而可以減小切屑直徑，有利于排屑。當(dāng)螺旋切屑流出角與螺旋角相等時，切屑排出將會比較順暢，但當(dāng)二者不相等時，螺旋切屑在從主切削刃流入螺旋槽時將會發(fā)生彎曲，且相差越大，則彎曲程度越大，切屑越難排出。
　　 微鉆(φ0.1mm)鉆削印刷電路板鉆削力在0.54N左右遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)鉆頭鉆削

5、力，不僅微鉆的鉆尖、橫刃和主切削刃受到鉆削力作用，微鉆的棱面也受到鉆削力的作用；微鉆鉆削玻璃纖維過程中波動劇烈，充分體現(xiàn)了尺寸效應(yīng)，由于微鉆尺寸微細(xì)，微鉆鉆削玻璃纖維時只會同時鉆削在幾根玻璃纖維，軸向鉆削力會隨玻璃纖維的斷裂而急劇下降；
　　 在微鉆鉆削印刷電路板鉆削溫度方面，各類實驗表明鉆削溫度測量值通常80℃以下，但溫度為達(dá)到樹脂的玻璃化溫度，由于樹脂機械性能差，受壓容易變形，粘附在微鉆橫刃和螺旋槽上，這將影響微鉆的切削性能

6、，并且會阻礙切屑的排出。鉆削溫度隨著進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速的增大而減小，但隨著鉆孔數(shù)和微鉆直徑的增大而增大。
　　 微鉆的磨損主要是橫刃和主切削刃上的磨粒磨損，雖然鉆削溫度未達(dá)到樹脂的玻璃化溫度，樹脂還不會分解并腐蝕微鉆，但樹脂仍是會受壓粘附在橫刃上，而流入螺旋槽的樹脂也會粘附玻璃纖維切屑形成混合切屑并粘附在螺旋槽內(nèi)，嚴(yán)重影響微鉆的排屑；弱剛性微鉆彎曲時棱面靠近鉆尖處參與切削，在玻璃纖維的摩擦和沖擊下容易破損，導(dǎo)致切削無法正常進(jìn)行，

7、微鉆彎曲更加劇烈，最終導(dǎo)致微鉆折斷；微鉆磨損隨著進(jìn)給量的增大而減小，但隨著轉(zhuǎn)速、鉆孔數(shù)和微鉆直徑的增大而增大。
　　 在微鉆鉆削印刷電路板微孔表面質(zhì)量研究方面，首次闡述了釘頭，出口入口孔變形的機制。微孔表面不僅存在入口毛刺、出口毛刺問題，還存在入口圓度誤差、入口尺寸誤差、入口孔邊緣變形環(huán)、釘頭、孔位精度、玻璃布中單根玻璃纖維斷裂甚至脫落等問題。全面總結(jié)了進(jìn)給速度、轉(zhuǎn)速和微鉆磨損等對微孔質(zhì)量的影響，結(jié)果表明，提高轉(zhuǎn)速和提高微鉆耐磨

8、性等可以改善加工效率和加工效果。印刷電路板入口圓度誤差、尺寸誤差等是由微鉆彎曲導(dǎo)致主切削刃高低不一致所造成；微孔入口變形環(huán)、釘頭和毛刺是微鉆彎曲和微鉆磨損造成微鉆對銅箔進(jìn)行橫向擠壓所造成；印刷電路板微孔孔壁并不是在切削刃切削后就結(jié)束，孔壁還受到螺旋槽內(nèi)切屑的微切削，玻璃纖維切屑會在微鉆高速旋轉(zhuǎn)下緊貼孔壁運動，孔壁中相對較軟的材料如銅箔、樹脂會受到玻璃纖維切屑鋒利端的微切削，形成溝槽與壓痕等；孔壁中相對堅硬的材料如玻璃纖維因為脆性大，也可

9、能在玻璃纖維的高速撞擊下形成裂紋，最終因裂紋擴(kuò)散而脫落，這些都會造成微孔孔壁的粗糙。
　　 微鉆鉆削印刷電路板與大直徑鉆頭鉆削印刷電路板的不同主要表現(xiàn)為：微鉆鉆削的環(huán)氧玻纖布切屑中玻璃纖維切屑是相互獨立的，而大直徑鉆頭鉆削的環(huán)氧玻纖布切屑中玻璃纖維仍然有規(guī)則的排列在一起；微鉆鉆削環(huán)氧玻纖布時軸向鉆削力波動劇烈，且隨鉆削參數(shù)的改變環(huán)氧玻纖布的軸向鉆削力有大于銅箔鉆削力的趨勢，而大直徑鉆頭鉆削環(huán)氧玻纖布時平穩(wěn)且小于銅箔軸向鉆削力，大