機械鉆孔中的短槽孔加工技術(shù)

靳 曄

（東莞市五株電子科技有限公司，廣東 東莞 523290）

機械鉆孔中的短槽孔加工技術(shù)

靳 曄

（東莞市五株電子科技有限公司，廣東 東莞 523290）

短槽與超短槽的加工一直以來都是機械鉆孔的難點之一，許多公司不得不通過減少鉆孔疊板數(shù)、補鉆或分步鉆等方式來滿足短槽的加工質(zhì)量，但這些加工方式都會較大地降低鉆孔效率與產(chǎn)能。文章對影響槽孔加工的不良因素進(jìn)行了多方面的分析，針對機械鉆孔的特點與刀具的選用等方面進(jìn)行了研究，并通過實驗找到了一種有效改善并提高槽孔質(zhì)量的工藝方法。

短槽孔；超短槽孔；預(yù)鉆孔；槽刀；銑刀

隨著電子通訊產(chǎn)品日益向多功能化、小型化、輕量化的趨勢發(fā)展，相應(yīng)的印制線路板的的布線密度與孔密度越來越高，并伴隨著客戶設(shè)計的多元化及對品質(zhì)要求的不斷提高，直接導(dǎo)致印制線路板上對應(yīng)的各種類型的槽孔也越來越多，孔徑也越來越小，如長槽孔、短槽孔、超短槽孔、異形槽孔等，加工難度也越發(fā)的高。本文就是針對公司前段時間客戶投訴的槽孔質(zhì)量問題進(jìn)行了多角度的分析與研究，并做了大量的實驗進(jìn)行論證，基本解決了困擾公司槽孔質(zhì)量問題的技術(shù)難題。

1 名詞解釋

長槽孔：長度L＞2倍孔徑D（圖1），由于長槽孔的制作比較簡單，加工出來的槽孔質(zhì)量也沒有問題，所以本文對長槽孔不做過多描述。

短槽孔：1.5倍孔徑D≤長度L≤2倍孔徑D（圖2）。

超短槽孔：長度L＜1.5倍孔徑D（圖3）。

預(yù)鉆孔：鉆（超）短槽孔前先在槽兩端鉆出的導(dǎo)向孔（圖4）。

圖1 長槽孔

圖2 短槽孔

圖3 超短槽孔

圖4 AB為短槽孔的預(yù)鉆孔

2 槽孔分析

2.1 短槽孔力學(xué)分析

在沒有預(yù)鉆孔的情況下，由于鉆機主軸的旋轉(zhuǎn)方向為順時針方向，因此加工短槽時刀具將受到不對稱的反作用力，圖5為幾個特殊點的受力情況，也就造成了圖6的鉆槽結(jié)果。

圖5 短槽受力圖解

圖6 鉆槽結(jié)果

2.2 鉆帶編程對槽孔的影響

工程人員編寫鉆帶的習(xí)慣與規(guī)則對短槽孔的制作有很大的影響，現(xiàn)說明如下：

（1）從起點到終點依順序按一定的設(shè)計間隔進(jìn)行加工，如圖7，此方法經(jīng)實驗后發(fā)現(xiàn)并不能解決短槽孔傾斜與槽變短的問題，故予以放棄。

（2）采用跳孔的方式手工輸入程式，此方法對編程人員的要求比較高，且容易出錯，本文也不做更多討論。

（3）利用G85程式從左至右、從下至上加工槽孔，這是最普遍的編程方式。

（4）編程時在鉆槽前先制作預(yù)鉆孔，如圖4，預(yù)鉆孔的目的是保障槽孔的準(zhǔn)直度及后續(xù)加工的受力均勻。本文就是結(jié)合C與D兩點來設(shè)計短槽孔的加工。

（5）針對短槽孔傾斜與槽變短的問題，有的公司的技術(shù)人員在實驗的基礎(chǔ)上會在編程時進(jìn)行預(yù)偏與加長設(shè)計，如預(yù)偏2°～ 5°或預(yù)偏0.05 mm ～ 0.125 mm、加長0.05 mm ～ 0.2 mm進(jìn)行補償設(shè)計，但這種方法需要兩方面的前提條件，一是加工時鉆機選擇的象限必須是固定不變的，二是多單元設(shè)計時必須一一對應(yīng)進(jìn)行平移。如果無法做到此兩點，鉆出的槽孔反而會適得其反。本文亦不做更多討論。

圖7 順序鉆槽方式

2.3 鉆機設(shè)備對槽孔的影響

不同品牌的鉆機由于其內(nèi)在設(shè)計的差異，也會對加工槽孔的結(jié)果有比較大的差異，這里就不具體說明了。但需要指出的是，鉆機內(nèi)都有一個槽孔密度設(shè)置指令NIB，NIB越小表明鉆槽密度越大，鉆孔次數(shù)越多，一般而言，NIB設(shè)置在0.003～0.010之間。

2.4 刀具對槽孔的影響

鉆小槽時，尤其是加工短槽時，如0.6 mm×1.05 mm的槽孔，如果使用普通鉆咀，不僅斷鉆會很多，同時也會導(dǎo)致鉆出的槽孔完全變形，呈現(xiàn)狗牙狀，完全無法接受。因此，現(xiàn)在鉆槽孔時都會選用專用的槽刀進(jìn)行加工，目前市場上的槽刀品牌非常多，可以通過實驗來尋求對本公司適合的槽刀。這里需要指出的是，有的公司為了改善短槽孔的質(zhì)量，會選用較短刃長的槽刀，如此直接的后果就是鉆孔疊數(shù)的減少與槽刀翻磨次數(shù)的降低，鉆孔產(chǎn)能降低與成本增加的雙重壓力也使得我們放棄了此項選擇。

2.5 鉆孔方式對槽孔的影響

鉆孔參數(shù)（下刀速、轉(zhuǎn)速、退刀速等）、鉆孔疊數(shù)、板厚等對槽孔的質(zhì)量都會產(chǎn)生一定的影響，但我們經(jīng)過DOE實驗表明，鉆孔參數(shù)的改變對槽孔的質(zhì)量改善效果不是很明顯，而減少鉆孔疊數(shù)將會直接導(dǎo)致鉆孔產(chǎn)能的降低，也是我們不能接受的。

另外，還有一種改善短槽質(zhì)量的鉆孔方式，即用小一號的槽刀先將槽鉆一遍，然后用目標(biāo)直徑的槽刀再加工一遍，這樣也可提高并改善短槽的質(zhì)量，但由于加工一趟板的周期相應(yīng)延長，我們最終放棄了此項選擇。

3 槽孔實驗方案

在前期積累的多次實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，為了使槽孔加工能夠更具代表性，我們選擇了較高難度的槽孔設(shè)計尺寸，同時本著盡量簡單化的原則，我們對鉆槽程序做了優(yōu)化，并最終選擇了如下方案。

（1）槽孔設(shè)計尺寸：0.5 mm×0.8 mm（短槽），0.5 mm×0.7 mm（超短槽），0.6 mm×1.0 mm（短槽），0.6 mm×0.85 mm（超短槽），0.75 mm×1.0 mm（超短槽）。

（2）預(yù)鉆孔的安排（以0.5*0.8短槽為例，其它依此類推）。

① 按（槽長/2～0.05）mm計算出第一步的預(yù)鉆孔鉆頭直徑，如0.5 mm×0.8 mm的槽，則第一步的預(yù)鉆孔鉆頭選用￠0.35的鉆頭；

② 用￠0.35鉆頭按圖4鉆預(yù)鉆孔，兩小孔之間間隔0.05 mm；

③ 再用￠0.8銑刀按圖4進(jìn)行第二步的預(yù)鉆孔加工；

④ 鉆槽程序設(shè)計：用￠0.8槽刀、G85程式進(jìn)行槽孔加工。同時針對短槽與超短槽，編程時在槽長方向分別預(yù)放0.05 mm與0.1 mm。

⑤ 刀具選擇：預(yù)鉆的第一步選擇普通鉆咀，第二步改用銑刀，鉆槽時用槽刀進(jìn)行加工。

⑥ 鉆孔方式的選擇：盡量與現(xiàn)行的鉆孔方式一致（鉆孔參數(shù)、鉆孔疊數(shù)不變），以保證不會因此影響鉆孔效率與產(chǎn)能。

⑦ 由于公司的HDI板占比很高，為了保證實驗的可靠與可行性，實驗中我們選取了經(jīng)過板電的四層板（硬度很高），板厚1 mm，按3塊/疊加工槽孔。

4 實驗結(jié)果

（1）用二次元測量的槽孔數(shù)據(jù)見表1。

表1 槽孔測量數(shù)據(jù)

（2）槽孔初步分析數(shù)據(jù)見表2。

表2 槽孔數(shù)據(jù)偏差分析

（3）對槽寬進(jìn)行深入分析，見圖8（槽寬公差按±0.05 mm計算），從圖中可以看出，槽寬與設(shè)計值的差異分布在-0.010 mm ～ 0.035 mm之間，且CPK值達(dá)到2.01，完全符合品質(zhì)要求。

圖8 槽寬的過程能力

（4）對槽長進(jìn)行深入分析，見圖9（槽長公差按±0.125 mm計），從圖中可以看出，槽長與標(biāo)準(zhǔn)值的差異分布在-0.08 mm ～ 0.08 mm之間，其CPK值也達(dá)到1.48，符合品質(zhì)要求，與之前其它方案試驗時CPK值最高僅0.8相比得到很大改善。

圖9 槽長的過程能力

仍有些許傾斜，但都在可接受的范圍之內(nèi)。

圖10 槽形圖

② 同樣由于是用銑刀做預(yù)鉆，在相同規(guī)格下銑刀的尺寸會比槽刀大一些，在圖片中直觀地反映就是槽兩端比中間要稍大一些，但由針規(guī)確認(rèn)后兩者相差不會超過0.025 mm。

5 結(jié)論

短槽與超短槽的加工一直以來都是機械鉆孔的難點之一，通過實驗我們找到了一種有效改善并提高槽孔質(zhì)量的工藝方法。實驗中我們采用兩步預(yù)鉆來定位槽孔，對減少槽形變異及槽孔歪斜有很大的幫助，特別是加工那些超短槽孔時效果就更加明顯。不過，銑刀在大批量使用過程中要特別注意殘屑清理，一旦其排屑溝內(nèi)充滿殘屑，則鉆槽的效果將大打折扣。同時，不同的預(yù)鉆位置、所選擇的銑刀類型、不同的加工孔限都會在不同程度上影響槽孔的質(zhì)量，需要根據(jù)實際加工情況來進(jìn)一步確定。

［1］TPCA. 制程細(xì)說——鉆孔，2011. TPCA. 電路板機械加工技術(shù)，2008.

［2］白蓉生. 鉆頭與銑刀技術(shù)——研討會紀(jì)實［J］. 電路板資訊，4.

靳曄，工藝部高級工程師，主要負(fù)責(zé)機加工流程的工藝提升與品質(zhì)改善。

（5）槽形圖片如圖10。

① 由于是用銑刀做預(yù)鉆，銑刀的剛性決定了槽孔的準(zhǔn)直度，由圖片中可以看到，這幾種槽形雖然

The technology about drilling short slots

JIN Ye

The process of short and ultrashort slots has always been one of the difficulties in mechanical drilling. Many companies have to go through reducing the stack height， re-drilling or drilling step by step to meet the short slots quality. But these methods will greatly reduce drilling efficiency and productivity. In this article， we made various analysis about the adverse factors affecting the slot， and carried out for the characteristics of mechanical drilling and tools selection and so on， and found a way to improve effectively the slot quality by experiments.

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1009-0096（2015）12-0016-04