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

隨著技術的不斷發(fā)展，越來越復雜的設計被應用于電子產(chǎn)品中。PCB作為電子產(chǎn)品的基礎與載體更是首當其沖，而金屬化半孔半槽，作為一種方便快捷的側(cè)面導通設計，因其能夠為插件、測量提供便捷的加工方法，自然而然也被更多地設計于PCB產(chǎn)品當中。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，并且時常，因為本來應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為成型機設計原因，都采取時向上排屑的設計。在目前所使用的順時針銑刀與順時針旋轉(zhuǎn)的成型機主軸搭配的制作過程中半孔或半槽總有一邊會因為與銑刀出刀方向一致，切削過程中銅皮沒有依托，從而導致披鋒（如圖2、圖3）。

圖2 順時針銑刀從左至右效果

圖3 順時針銑刀從右至左效果

1.1 采用電鍍錫保護的方法制作的流程與原理

采用電鍍錫保護的方法，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，從而達到去除披鋒的目的。同時為了保證在制作過程中圖形的線寬/線隙，會優(yōu)先采用先蝕刻出線路不退錫，制作完半孔后使用一個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

因為采用順時針銑刀與順時針的主軸搭配，總有因為切削關系，固定有一邊產(chǎn)生披鋒。于是根據(jù)機械原理，可以使用逆時針銑刀與逆時針主軸搭配，由順時針銑刀順時針旋轉(zhuǎn)制作一邊，再由逆時針銑刀逆時針旋轉(zhuǎn)制作另外一邊（如圖4），在這樣的制作過程中就不會因為切削關系而導致披鋒。該方法的流程簡介便利，采用成型時一并制作。

圖4 順逆時針各銑半邊

1.3 孔環(huán)設計對于成品毛刺的影響

毛刺是指在銑刀的行進路徑上，孔環(huán)的最后制作的位置，會因為切削關系殘留細長的金屬絲，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。

因為銑刀直接制作的流程中取消了蝕刻咬蝕披鋒，同時成型機與銑刀設計無論順時針還是逆時針都是采用向上排屑的設計,所以在加工的過程中即使增加蓋板，卻仍然會因為孔環(huán)表面沒有依托從而導致毛刺（如圖5）。于是孔環(huán)越小的設計中毛刺的數(shù)量會越難出現(xiàn)，而無環(huán)設計的孔，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 試驗設計與效果對比

2.1 驗證孔環(huán)大小對于成品的影響

分別設計孔環(huán)大小為0.2 mm、0.15 mm、0.1 mm、無環(huán)設計四種類型（如圖6）。在板內(nèi)均勻分布，并同時制作相同的內(nèi)層與孔銅。通過使用順時針與逆時針搭配的方式制作。統(tǒng)計不同孔環(huán)設計的毛刺的數(shù)量（如圖6）。

圖6 不同孔環(huán)與毛刺關系的試驗設計（單個樣本每種孔環(huán)160個半孔）

圖7 孔環(huán)大小影響毛刺個數(shù)

圖8 電鍍錫保護與直接制作的效果對比

圖7中代表不同樣本中毛刺個數(shù)隨著孔環(huán)大小而變化的關系。跟進統(tǒng)計得出的數(shù)據(jù)制作條形統(tǒng)計圖可以看出，隨著孔環(huán)的減小，毛刺的數(shù)量呈現(xiàn)下降趨勢，而將孔環(huán)設計為無環(huán)時，毛刺基本杜絕（15組僅有一個樣本含有2個毛刺，不良比例為0.08%）。

2.2 電鍍錫保護與直接制作的效果對比

分別設計電錫保護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）。通過上述試驗可以看出利用順時針與逆時針搭配制作的料號，能夠制作出品質(zhì)優(yōu)秀的金屬化半孔半槽。另在完成該試驗后筆者又通過前后驗證近20款產(chǎn)品進行驗證，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針銑刀與順時針銑刀搭配，合理設計線路孔環(huán)的方式，相對于傳統(tǒng)的電錫保護的方法，在保證品質(zhì)的情況下，大大提升了效率。