印制板的超微槽孔制作研究

王小平 何思良 紀(jì)成光

（生益電子股份有限公司，廣東 東莞 523127）

0 前言

隨著5G時(shí)代的來(lái)臨，電子產(chǎn)品信號(hào)傳輸速度要求也越來(lái)越快，PCB設(shè)計(jì)中信號(hào)線的抗干擾能力要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)基本是在信號(hào)線的上下層增加鋪銅，來(lái)抵抗上下層信號(hào)串?dāng)_，但是在高速傳輸過(guò)程中此設(shè)計(jì)已不能滿足信號(hào)要求。最近設(shè)計(jì)者已經(jīng)提出將信號(hào)線或者信號(hào)過(guò)孔的四周制作槽孔形成屏蔽墻銑來(lái)提升抗干擾能力的需求十分迫切（如圖1）。

目前，行業(yè)內(nèi)最小槽孔制作能力為0.5 mm槽寬，業(yè)內(nèi)也未見(jiàn)0.25 mm銑刀。該設(shè)計(jì)對(duì)銑刀的剛性、排屑性能要求極高，對(duì)傳統(tǒng)的槽孔加工方式也提出了極大挑戰(zhàn)。本文通過(guò)對(duì)比不同的鉆刀、不同的加工方式及不同的鉆帶設(shè)計(jì)研究，來(lái)解決板厚4.0 mm、鉆刀0.25 mm制作槽孔過(guò)程中的斷刀問(wèn)題，改善偏孔及毛刺問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)0.25 mm超微槽孔制作。

圖1 槽孔設(shè)計(jì)示意圖

1 試驗(yàn)方案

1.1 槽孔制作

行業(yè)內(nèi)制作槽孔通常采用特殊槽刀鉆出和銑刀去加工，考慮到銑刀的切削方式及其設(shè)計(jì)的特殊性，目前行業(yè)內(nèi)還沒(méi)有0.25 mm的銑刀，本次試驗(yàn)不考慮通過(guò)銑槽孔方式制作。本次試驗(yàn)主要從鉆孔方式進(jìn)行研究，微孔鉆頭加工時(shí)，因鉆頭剛性極差，鉆頭容易彎曲和折斷[1]，故此次采用0.25 mm槽刀、USE鉆刀、PD預(yù)鉆鉆刀幾種剛性相對(duì)較強(qiáng)鉆刀，通過(guò)跳鉆、分步鉆、預(yù)鉆、對(duì)鉆等加工方式進(jìn)行對(duì)比研究，選取可行方案進(jìn)行0.2 mm槽孔制作驗(yàn)證，因素位級(jí)（見(jiàn)表1）。

1.2 焊盤(pán)制作

（1）因槽孔較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1.25 mm，水平塞孔可能會(huì)存在一定凹陷，所以本次試驗(yàn)采用垂直真空塞孔機(jī)制作；（2）槽孔完成樹(shù)脂塞孔后，進(jìn)行POFV（樹(shù)脂塞孔后再鍍銅）電鍍，再進(jìn)行曝光蝕刻制作焊盤(pán)，焊盤(pán)設(shè)計(jì)為單邊0.127 mm；（3）對(duì)槽孔兩端焊盤(pán)進(jìn)行可靠性測(cè)試：回流焊、熱應(yīng)力。

具體試驗(yàn)方案（見(jiàn)表2）。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 槽孔制作

2.1.1 槽刀

槽刀剛性較強(qiáng)，所以本次試驗(yàn)主要采用槽刀，通過(guò)一次鉆透的方式鉆出槽孔，具體方案及試驗(yàn)結(jié)果（如圖1）。如圖1所示，采用0.25 mm×5.0 mm的槽刀，通過(guò)跳鉆方式，先鉆出兩端與最中間的一個(gè)孔，再鉆出余下位置的孔，進(jìn)行0.25 mm槽孔制作。出刀面偏孔嚴(yán)重、余筋較大，主要原因?yàn)殂@帶設(shè)計(jì)孔密度較大（相切/相交），再加上鉆機(jī)本身存在±0.075 mm孔位精度差，所以鉆孔過(guò)程中鉆刀因受力不均勻，在未被鉆掉的孔壁的作用下被往無(wú)孔壁的一側(cè)擠壓、偏移，隨著鉆刀的下落，偏移量更大，所以出刀面會(huì)存在部分余筋無(wú)法鉆掉。此外鉆孔過(guò)程中鉆刀受到孔壁的反作用力不均勻，容易出現(xiàn)斷刀的情況，鉆速與落速越大，鉆刀受到的反作用力越大，越容易斷刀。采用5.0 mm刃長(zhǎng)槽刀，通過(guò)跳鉆方式無(wú)法完成0.25 mm槽孔的制作，需通過(guò)調(diào)整鉆孔方式、鉆帶設(shè)計(jì)及鉆刀剛性等方面來(lái)改善孔型及斷刀。

2.1.2 USE鉆刀

通過(guò)上述試驗(yàn)可知直接采用0.25 mm槽鉆刀進(jìn)行鉆孔，出現(xiàn)偏孔嚴(yán)重，主要原因?yàn)槲@彎曲導(dǎo)致主切削刃高低不一致所導(dǎo)致[2]，所以本次試驗(yàn)增加小孔預(yù)鉆，來(lái)提升孔位精度，同時(shí)對(duì)比不同的鉆帶設(shè)計(jì)對(duì)孔型及斷刀的影響（如圖2）。

從以上試驗(yàn)結(jié)果可知：通過(guò)增加小孔預(yù)鉆，再采用跳鉆的方式制作槽孔，出刀面仍然有部分孔位無(wú)法鉆出，主要是因?yàn)榘搴褫^厚，預(yù)鉆深度僅為0.7 mm，對(duì)0.25×5.0 mm的USE鉆刀可起到一定的引導(dǎo)、限位作用。隨著鉆刀下鉆深度的增加，鉆刀受到孔壁不均勻的擠壓力越來(lái)越大，刀尖偏移越來(lái)越大，就會(huì)出現(xiàn)部分孔位出刀面無(wú)法鉆出，甚至導(dǎo)致斷刀。

表1 槽孔制作因素位級(jí)表

表2 焊盤(pán)制作

圖1 槽刀制作槽孔試驗(yàn)結(jié)果

依次鉆孔比跳鉆出刀面余筋較小，可能是因?yàn)橐来毋@孔鉆刀受到的擠壓、偏移的方向始終是一樣的，所以產(chǎn)生余筋的幾率較低，但是其末端孔型較差，且鉆孔過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不同方向的位移，導(dǎo)致整體孔型較差。采用0.15 mm預(yù)鉆刀，相對(duì)0.2 mm預(yù)鉆刀剛性較差，且容易斷刀。通過(guò)兩面預(yù)鉆可較明顯的改善余筋問(wèn)題，但孔中仍然會(huì)存在一定毛刺、披鋒無(wú)法去除，此外也無(wú)法解決5.0 mm刃長(zhǎng)USE鉆刀的斷刀問(wèn)題；綜上，就現(xiàn)有鉆刀設(shè)計(jì)來(lái)看，長(zhǎng)刃鉆刀的剛性無(wú)法滿足一次鉆透制作0.25 mm槽孔的要求。所以需考慮采用短刃鉆刀，通過(guò)兩面對(duì)鉆的方式來(lái)制作。

2.1.3 PD鉆刀

通過(guò)前面試驗(yàn)可知，小孔預(yù)鉆可對(duì)0.25 mm鉆刀起到一定的引導(dǎo)、限位作用，減小鉆刀的偏移，提升孔位精度。此外，綜合斷刀及鉆孔情況來(lái)看，6連孔的孔密度設(shè)計(jì)，相對(duì)5連孔、7連孔可加工性更好，所以本次試驗(yàn)采用0.2 mm×1.5 mm的PD鉆刀進(jìn)行預(yù)鉆，再采用0.25 mm×2.5 mm的PD鉆刀進(jìn)行控深鉆，鉆深2.5 mm，采用兩面對(duì)鉆的方式鉆透，孔密度采用6連孔。具體試驗(yàn)如圖3。

從以上試驗(yàn)結(jié)果可知：采用預(yù)鉆+兩面對(duì)鉆的方式可解決斷刀及偏孔嚴(yán)重、余筋的問(wèn)題，但是仍然會(huì)有部分毛刺無(wú)法完全去除，在連孔相交位置補(bǔ)鉆一刀可有效去除毛刺。從左往右依次鉆的方式制作槽孔，會(huì)導(dǎo)致槽孔孔徑從左往右依次增大，在槽孔末端最大可達(dá)340 μm，主要是因?yàn)樵诓劭字谱鬟^(guò)程中，從第2孔位開(kāi)始鉆刀受力不均勻，導(dǎo)致鉆刀下鉆過(guò)程會(huì)產(chǎn)生較大擺幅，使孔徑變大，越往后表現(xiàn)越明顯。采用先鉆出兩端的孔在依次鉆出中間的孔，可有效解決槽孔末端孔徑大、孔型差的問(wèn)題，但是在鉆中間孔的過(guò)程中鉆刀仍然會(huì)有一定程度的擺動(dòng)，孔徑變大約50 μm。在槽孔中間，鉆刀相交位置存在單邊約35 μm的階梯，主要是因?yàn)橄裸@過(guò)程中鉆刀的偏擺以及兩面對(duì)鉆的重合度存在一定的差異，就目前的加工方式來(lái)看，可通過(guò)降低鉆速和落速來(lái)減小階梯寬度。綜上所述，采用預(yù)鉆+兩面對(duì)鉆的方式，可在4.0 mm厚板上制作0.2 5mm×1.25 mm的小槽孔，槽孔中部孔徑為0.35 mm×1.25 mm。

圖2 USE鉆刀制作槽孔試驗(yàn)結(jié)果

圖3 PD預(yù)鉆刀制作槽孔試驗(yàn)結(jié)果

圖4 焊盤(pán)制作

2.2 焊盤(pán)制作

焊盤(pán)制作與試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。從圖中可知，我公司電鍍、樹(shù)脂塞孔、外層圖形制作可滿足0.25 mm×1.25 mm槽孔POFV焊盤(pán)制作要求，且經(jīng)回流、漂錫后未見(jiàn)焊盤(pán)翹起、脫落，可靠性滿足要求。

3 結(jié)論

通過(guò)采用0.2 mm鉆刀雙面預(yù)鉆+2.5 mm刃長(zhǎng)的0.25 mm PD鉆刀雙面對(duì)鉆的方式，可有效克服偏位及斷刀的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)超微槽孔的制作。在槽孔兩端制作單邊100 μm的焊盤(pán)經(jīng)無(wú)鉛回流、熱應(yīng)力等測(cè)試未見(jiàn)分層、翹起，滿足未來(lái)高速產(chǎn)品的可靠性要求。