金屬化半孔半槽加工的原理與工藝

焦 陽 陳 龍 曾向偉 謝倫魁

（深圳景旺電子股份有限公司，廣東 深圳 518102）

0 前言

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越復(fù)雜的設(shè)計(jì)被應(yīng)用于電子產(chǎn)品中。PCB作為電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)與載體更是首當(dāng)其沖，而金屬化半孔半槽，作為一種方便快捷的側(cè)面導(dǎo)通設(shè)計(jì)，因其能夠?yàn)椴寮?、測(cè)量提供便捷的加工方法，自然而然也被更多地設(shè)計(jì)于PCB產(chǎn)品當(dāng)中。PTH半孔半槽制作過程，采用“圖形電鍍→蝕刻→銑板→蝕刻”的方式制作，這種制程流程繁瑣，制作過程中容易在銑板的過程中擦花錫面而產(chǎn)生開路，并且時(shí)常，因?yàn)楸緛響?yīng)該被齊整削掉的孔壁銅，沒有被良好切割，殘留于半孔半槽上，這些殘銅被稱為披鋒。披鋒過大，導(dǎo)致蝕刻的過程中難以去除（如圖1），殘留于板內(nèi)影響成品的外觀及使用。

本文通過采用主軸反轉(zhuǎn)、銑刀反旋、孔口圖形優(yōu)化、路徑優(yōu)化等方法，利用壓切的機(jī)械加工原理，取消圖形電鍍后的銑板流程，杜絕了披鋒的產(chǎn)生，并將半孔的制作與成品外形制作合并。在保證品質(zhì)的條件下，提升了生產(chǎn)效率。

圖1 嚴(yán)重的半孔披鋒

1 銑刀制作PTH半孔與半槽的原理

銑刀在制作的過程中因?yàn)槌尚蜋C(jī)設(shè)計(jì)原因，都采取時(shí)向上排屑的設(shè)計(jì)。在目前所使用的順時(shí)針銑刀與順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的成型機(jī)主軸搭配的制作過程中半孔或半槽總有一邊會(huì)因?yàn)榕c銑刀出刀方向一致，切削過程中銅皮沒有依托，從而導(dǎo)致披鋒（如圖2、圖3）。

圖2 順時(shí)針銑刀從左至右效果

圖3 順時(shí)針銑刀從右至左效果

1.1 采用電鍍錫保護(hù)的方法制作的流程與原理

采用電鍍錫保護(hù)的方法，利用堿性電鍍錫的抗堿性蝕刻的能力，利用堿性蝕刻，將披鋒咬蝕，從而達(dá)到去除披鋒的目的。同時(shí)為了保證在制作過程中圖形的線寬/線隙，會(huì)優(yōu)先采用先蝕刻出線路不退錫，制作完半孔后使用一個(gè)較快的蝕刻速度去除披鋒，再退錫的方法制作。其流程如下：圖形電鍍→退膜→堿性蝕刻→銑半孔半槽→堿性蝕刻→退錫→后續(xù)制作。

1.2 采用銑刀直接制作的原理與流程

因?yàn)椴捎庙槙r(shí)針銑刀與順時(shí)針的主軸搭配，總有因?yàn)榍邢麝P(guān)系，固定有一邊產(chǎn)生披鋒。于是根據(jù)機(jī)械原理，可以使用逆時(shí)針銑刀與逆時(shí)針主軸搭配，由順時(shí)針銑刀順時(shí)針旋轉(zhuǎn)制作一邊，再由逆時(shí)針銑刀逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)制作另外一邊（如圖4），在這樣的制作過程中就不會(huì)因?yàn)榍邢麝P(guān)系而導(dǎo)致披鋒。該方法的流程簡介便利，采用成型時(shí)一并制作。

圖4 順逆時(shí)針各銑半邊

1.3 孔環(huán)設(shè)計(jì)對(duì)于成品毛刺的影響

毛刺是指在銑刀的行進(jìn)路徑上，孔環(huán)的最后制作的位置，會(huì)因?yàn)榍邢麝P(guān)系殘留細(xì)長的金屬絲，因其形狀類似于毛發(fā)，故稱毛刺。披鋒與毛刺實(shí)質(zhì)相同，但產(chǎn)生原因與表象完全不同，故本文中使用不同名詞加以區(qū)分。

因?yàn)殂姷吨苯又谱鞯牧鞒讨腥∠宋g刻咬蝕披鋒，同時(shí)成型機(jī)與銑刀設(shè)計(jì)無論順時(shí)針還是逆時(shí)針都是采用向上排屑的設(shè)計(jì),所以在加工的過程中即使增加蓋板，卻仍然會(huì)因?yàn)榭篆h(huán)表面沒有依托從而導(dǎo)致毛刺（如圖5）。于是孔環(huán)越小的設(shè)計(jì)中毛刺的數(shù)量會(huì)越難出現(xiàn)，而無環(huán)設(shè)計(jì)的孔，孔環(huán)緊緊依托于孔壁，而基材表面沒有銅，所以在銑刀制作半孔的過程中能夠有效杜絕毛刺的產(chǎn)生。

圖5 毛刺的產(chǎn)生

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與效果對(duì)比

2.1 驗(yàn)證孔環(huán)大小對(duì)于成品的影響

分別設(shè)計(jì)孔環(huán)大小為0.2 mm、0.15 mm、0.1 mm、無環(huán)設(shè)計(jì)四種類型（如圖6）。在板內(nèi)均勻分布，并同時(shí)制作相同的內(nèi)層與孔銅。通過使用順時(shí)針與逆時(shí)針搭配的方式制作。統(tǒng)計(jì)不同孔環(huán)設(shè)計(jì)的毛刺的數(shù)量（如圖6）。

圖6 不同孔環(huán)與毛刺關(guān)系的試驗(yàn)設(shè)計(jì)（單個(gè)樣本每種孔環(huán)160個(gè)半孔）

圖7 孔環(huán)大小影響毛刺個(gè)數(shù)

圖8 電鍍錫保護(hù)與直接制作的效果對(duì)比

圖7中代表不同樣本中毛刺個(gè)數(shù)隨著孔環(huán)大小而變化的關(guān)系。跟進(jìn)統(tǒng)計(jì)得出的數(shù)據(jù)制作條形統(tǒng)計(jì)圖可以看出，隨著孔環(huán)的減小，毛刺的數(shù)量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而將孔環(huán)設(shè)計(jì)為無環(huán)時(shí)，毛刺基本杜絕（15組僅有一個(gè)樣本含有2個(gè)毛刺，不良比例為0.08%）。

2.2 電鍍錫保護(hù)與直接制作的效果對(duì)比

分別設(shè)計(jì)電錫保護(hù)與直接制作的相同線路圖形，以及不同流程，與外形制作方法（如圖8）。通過上述試驗(yàn)可以看出利用順時(shí)針與逆時(shí)針搭配制作的料號(hào)，能夠制作出品質(zhì)優(yōu)秀的金屬化半孔半槽。另在完成該試驗(yàn)后筆者又通過前后驗(yàn)證近20款產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)證，該方法制作的金屬化半孔半槽效果良好。

3 總結(jié)

直接制作金屬化半孔半槽的方法通過使用逆時(shí)針銑刀與順時(shí)針銑刀搭配，合理設(shè)計(jì)線路孔環(huán)的方式，相對(duì)于傳統(tǒng)的電錫保護(hù)的方法，在保證品質(zhì)的情況下，大大提升了效率。