摘要：本文首先对印刷电路板（PCB）及其微孔加工作一概述，指出了其微孔加工的基本特点，最后探讨了PCB超微细钻削加工的关键技术，望能为此领域研究有所借鉴。
关键词：印刷电路板；超细微孔；钻削加工
印刷电路板（PCB）实际就是组装电子元器件前所用到的基板，其所起到的核心作用即为借助电路板所组建的电子线路，连接各种电子元器件，最终实现中继传输。而对于微孔而言，其乃是PCB的重要构成。PCB的孔有两种类型，分别为不导通孔与导通孔。本文基于当前实况，就PCB超细微孔钻削加工技术作一探讨。
1.PCB及其微孔加工概述
PCB是各种电子元器件连接的重要基础，而微孔为其重要组成部分。有两种划分，其一为不导通孔，其二是导通孔。针对导通孔而言，其包含连接各层间的过孔以及插IC引脚的零件孔，而在孔壁上，专门设置有铜，当作导通介质，用于连接外层或者是中间层的导电图形；而对于不导通孔来讲，其主要包含固定板卡的机械孔等，在其孔壁上，并没有铜；过孔能够划分为3种，即盲孔、埋孔与穿透式导通孔；而对于穿透式导通孔而言，实际就是从顶层与底层相连通；而盲孔即为仅延伸至印刷板的1个表面的导通孔；而埋孔是连接内部2个里层间的连接，无顶层的导通孔，或者是无穿透底层。在整个PCB厂中，PCB钻孔工序为其产能的重要瓶颈，一般情况下，钻孔的费用在整个PCB纸板费用中的占比为30%。PCB微孔加工技术主要有光致成孔、激光打孔、机械钻孔及等离子成孔等。
2.PCB微孔加工的特点分析
2.1工件材料呈现为各向异性
针对传统的硬质PCB板来讲，其内、外层线路板厚度通常为0.05~0.7mm的玻璃纤维布基覆铜板，而其铜箔外层厚度最大为0.035mm，内层厚度区间值为0.017~0.035mm；通常情况下，运用环氧树脂来进行粘结。也就是PCB主要由铜箔等高纯度的金属导体，玻璃纤维、树脂等介电层，所组成的以难加工为典型特点的层状复合材料，材料有着比较明显的各向异性。所以，在PCB超微细孔钻削时，钻头会以各次序与高分子材料、非金属材料、金属材料作用，而各性能的材料，其在切削机理上存在着显著差异，此乃导致PCB材料切削肌理有着复杂多样性的原因所在，在材料去除过程中，会受PCB的纤维强度、纤维网织构方向、纤维密度及金属导体厚度等因素的综合影响，因此，PCB钻削工艺对刀具切削性能的要求，会呈现出明显的多样性。
2.2加工范畴属于介观尺度
针对PCB超微细孔来讲，其加工尺寸小于0.2mm，位于微观纳米尺度与宏观尺度之间，属介观尺度加工范畴内。针对介观尺度的钻削来讲，其加工过程并非宏观钻削的单纯性的比例缩小。因为基于介观尺度架构下，伴随钻头特征尺寸的不断减小，切削深度会随之减小，在宏观尺度下，原先可能被忽略的因素，可能成为对切削过程造成影响的关键因素。如存在刀具刃口半径，而引发切削尺寸效应。尺寸效应无论是对切削力，还是对切削区域摩擦行为，再或者是切削温度等，均会产生重要印象，而基于介观尺度下所表现出的明显尺寸效应，会减小刀具的有效工作前角，对切削区域材料的断裂变形不利，且不利于其切屑的形成。
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2.3刀具失效形式复杂
PCB超微细孔有着比较复杂的加工环境，一般情况下，是采用超细晶粒WC-Co硬质合金制成，有着非常差刚性的超微细钻头，来对各向异性显著且难加工的层状复合材料去加工。比如高速切出、入所产生的交变周期载荷，对整个微细钻头所造成的冲击，加工过程中钻头经历与铜箔、树脂等不同材料的复杂切削作用与摩擦作用等，超微细孔钻削过程中的高进给，所造成的高材料去除率，使得排屑是否通畅成为对钻头失效造成影响的基础因素；切屑混杂堵塞所造成的摩擦情况严重，由此会造成高温胶渣涂覆，提高切削扭矩与切削温度，加重刀具磨损与破损，使钻头折断、磨损过程变得更加复杂。
3.PCB超微细钻削加工关键技术
3.1PCB微细孔表面创成建模及质量控制
PCB实为一种由高分子材料及非金属、金属材料制作而成的难加工层状复合材料。针对超微细孔表面创成过程及其质量来讲，主要与如下因素存在关联：（1）切削用量，比如主轴超高速旋转速度及进给速度等；（2）PCB材料。如布置方式、层数、种类等；（3）刀具。如涂层、刀具材料及几何形状等。在微细孔表面创成阶段，胶渣受高温影响而形成，且在内层铜边缘处残留下来，还会残留在孔壁区，因而会造成孔壁粗糙；而对于钻头外缘尖角来讲，由于受到磨损，因而容易出现钝圆情况，受此影响，其剪切性能便会受到一定程度的削弱，强行推挤切削区域材料，导致孔环内缘侧面有毛刺情况出现；而对于毛刺而言，其一般情况下，会大量积聚于内、外层孔边缘的没有经过切割的玻纤、铜丝上。由此表明，于高压、高温环境中，PCB多相材料间，有比较明显的化学、物理及机械作用存在，而在微细孔形成中，表面创成存在一定的规律性。
3.2PCB超高速钻削系统工艺的优化
针对机械加工系统来讲，其主要包含夹具、刀具、机床及工件等，当前，许多因素会对加工表面质量及加工精度造成影响，各因素均为加工质量管理链当中的一个环节，且各个因素间还有交叉作用存在，因此，影响最终加工结果的因素主要有：单因素与多因素相互作用情况下所产生的影响。而要想提升整体的加工精度，需对上述各种因素的利与弊进行权证，而从中得到其交集，此乃机械加工系统约束条件的根本所在。在PCB超高速钻削过程中，切削震动、切削温度及切削力均属物理约束的范畴；而对于排屑方式、刀具运动轨迹、纤维方向、工件装夹方式等，均属几何约束范畴；而对于冷却介质性能、刀具材料性能及PCB材料性能来讲，其则属比较典型的材料性能约束范畴。基于加工系统层面来分析，借助材料性能约束、几何约束与物理约束间的相容性分析方法，从中得到PCB超高速钻削系统优化工艺技术，此乃最直接且最有效的途径。
4.结语
综上，为了更好的顺应下游电子消费品轻量化、多功能化、高密度、小型化等方面的基本要求，今后的电子系统对PCB的要求为封装化、高集成、多层化及高密度。IC封装板、柔性板、高密度互连板等PCB，会成为新的增长方向。伴随相关技术的日渐成熟，PCB超细微孔钻削加工工艺将会有质的提升。
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作者简介：郑茂梅（1989-12-08），女，汉族，籍贯：重庆市，当前职务：审查员，当前职称：实习研究员，学历：硕士研究生，研究方向：印刷电路板
论文作者:郑茂梅
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/27
标签：加工论文; 微孔论文; 微细论文; 材料论文; 刀具论文; 钻头论文; 因素论文; 《电力设备》2018年第29期论文;