微細(xì)鉆頭鉆削印刷電路板加工機(jī)理研究.pdf

1、隨著電子消費(fèi)品的多功能化、小型化、輕量化、高密度和高可靠性的要求和發(fā)展趨勢(shì)，要求生產(chǎn)高密度、高集成、封裝化、微細(xì)化、多層化的印刷電路板，機(jī)械鉆孔面臨巨大的挑戰(zhàn)：印刷電路板的層數(shù)越來(lái)越多，PCB微小孔的直徑越來(lái)越小，相對(duì)應(yīng)微孔的厚徑比也越來(lái)越大，布線密度越來(lái)越密，對(duì)PCB孔質(zhì)量提出了更高和更嚴(yán)的要求。但是由于缺乏印刷電路板微孔鉆削機(jī)理、刀具磨損機(jī)理、鉆削力、鉆削溫度以及微孔表面創(chuàng)成過(guò)程等方面的深入研究，實(shí)際生產(chǎn)中還存在很多問(wèn)題，不能充分發(fā)

2、揮高密度印刷電路板的優(yōu)越性。本文根據(jù)印刷電路板行業(yè)對(duì)印刷電路板微孔鉆削技術(shù)的迫切需要，采用理論分析和大量實(shí)驗(yàn)研究的方法，著重從印刷電路板微孔鉆削切屑成形、鉆削力、鉆削溫度、微鉆磨損以及微孔表面創(chuàng)成等方面對(duì)微細(xì)鉆頭(φ0.1mm-φ0.3mm，以下簡(jiǎn)稱微鉆)鉆削印刷電路板加工機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究。
　　 微鉆鉆削印刷電路板的切屑成形機(jī)理主要可分為鉆尖擠壓、橫刃推擠以及主切削刃切削。銅箔的切屑成形表現(xiàn)為常規(guī)的金屬切屑成形

3、，形成錐螺旋狀銅屑；樹脂的切屑成形介于塑性材料與脆性材料切屑成形之間，雖然形成錐螺旋狀切屑，但抗拉強(qiáng)度低，極易斷裂；玻璃纖維的切屑成形主要表現(xiàn)為擠壓崩碎以及超出彈性變形彎曲許可值而最終斷裂。
　　 理論推導(dǎo)了螺旋切屑直徑公式以及切屑在螺旋槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)速度公式，這兩個(gè)公式很好地反映了切屑的幾何形狀以及切屑在螺旋槽內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)而反映了微鉆的排屑情況。微鉆直徑增大，切屑直徑也會(huì)跟著增大；微鉆參與切屑的單元刀具數(shù)量增大，切屑直徑也會(huì)相應(yīng)增

4、大；當(dāng)切屑流出角增大時(shí)，切屑直徑也會(huì)增大；增大微鉆單元刀具總數(shù)(即增大主切削刃工作長(zhǎng)度)可以減小切屑直徑，因此適當(dāng)減小微鉆的鉆尖角可以使主切削刃相對(duì)較長(zhǎng)，因而可以減小切屑直徑，有利于排屑。當(dāng)螺旋切屑流出角與螺旋角相等時(shí)，切屑排出將會(huì)比較順暢，但當(dāng)二者不相等時(shí)，螺旋切屑在從主切削刃流入螺旋槽時(shí)將會(huì)發(fā)生彎曲，且相差越大，則彎曲程度越大，切屑越難排出。
　　 微鉆(φ0.1mm)鉆削印刷電路板鉆削力在0.54N左右遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)鉆頭鉆削

5、力，不僅微鉆的鉆尖、橫刃和主切削刃受到鉆削力作用，微鉆的棱面也受到鉆削力的作用；微鉆鉆削玻璃纖維過(guò)程中波動(dòng)劇烈，充分體現(xiàn)了尺寸效應(yīng)，由于微鉆尺寸微細(xì)，微鉆鉆削玻璃纖維時(shí)只會(huì)同時(shí)鉆削在幾根玻璃纖維，軸向鉆削力會(huì)隨玻璃纖維的斷裂而急劇下降；
　　 在微鉆鉆削印刷電路板鉆削溫度方面，各類實(shí)驗(yàn)表明鉆削溫度測(cè)量值通常80℃以下，但溫度為達(dá)到樹脂的玻璃化溫度，由于樹脂機(jī)械性能差，受壓容易變形，粘附在微鉆橫刃和螺旋槽上，這將影響微鉆的切削性能

6、，并且會(huì)阻礙切屑的排出。鉆削溫度隨著進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速的增大而減小，但隨著鉆孔數(shù)和微鉆直徑的增大而增大。
　　 微鉆的磨損主要是橫刃和主切削刃上的磨粒磨損，雖然鉆削溫度未達(dá)到樹脂的玻璃化溫度，樹脂還不會(huì)分解并腐蝕微鉆，但樹脂仍是會(huì)受壓粘附在橫刃上，而流入螺旋槽的樹脂也會(huì)粘附玻璃纖維切屑形成混合切屑并粘附在螺旋槽內(nèi)，嚴(yán)重影響微鉆的排屑；弱剛性微鉆彎曲時(shí)棱面靠近鉆尖處參與切削，在玻璃纖維的摩擦和沖擊下容易破損，導(dǎo)致切削無(wú)法正常進(jìn)行，

7、微鉆彎曲更加劇烈，最終導(dǎo)致微鉆折斷；微鉆磨損隨著進(jìn)給量的增大而減小，但隨著轉(zhuǎn)速、鉆孔數(shù)和微鉆直徑的增大而增大。
　　 在微鉆鉆削印刷電路板微孔表面質(zhì)量研究方面，首次闡述了釘頭，出口入口孔變形的機(jī)制。微孔表面不僅存在入口毛刺、出口毛刺問(wèn)題，還存在入口圓度誤差、入口尺寸誤差、入口孔邊緣變形環(huán)、釘頭、孔位精度、玻璃布中單根玻璃纖維斷裂甚至脫落等問(wèn)題。全面總結(jié)了進(jìn)給速度、轉(zhuǎn)速和微鉆磨損等對(duì)微孔質(zhì)量的影響，結(jié)果表明，提高轉(zhuǎn)速和提高微鉆耐磨

8、性等可以改善加工效率和加工效果。印刷電路板入口圓度誤差、尺寸誤差等是由微鉆彎曲導(dǎo)致主切削刃高低不一致所造成；微孔入口變形環(huán)、釘頭和毛刺是微鉆彎曲和微鉆磨損造成微鉆對(duì)銅箔進(jìn)行橫向擠壓所造成；印刷電路板微孔孔壁并不是在切削刃切削后就結(jié)束，孔壁還受到螺旋槽內(nèi)切屑的微切削，玻璃纖維切屑會(huì)在微鉆高速旋轉(zhuǎn)下緊貼孔壁運(yùn)動(dòng)，孔壁中相對(duì)較軟的材料如銅箔、樹脂會(huì)受到玻璃纖維切屑鋒利端的微切削，形成溝槽與壓痕等；孔壁中相對(duì)堅(jiān)硬的材料如玻璃纖維因?yàn)榇嘈源?，也?/p>

9、能在玻璃纖維的高速撞擊下形成裂紋，最終因裂紋擴(kuò)散而脫落，這些都會(huì)造成微孔孔壁的粗糙。
　　 微鉆鉆削印刷電路板與大直徑鉆頭鉆削印刷電路板的不同主要表現(xiàn)為：微鉆鉆削的環(huán)氧玻纖布切屑中玻璃纖維切屑是相互獨(dú)立的，而大直徑鉆頭鉆削的環(huán)氧玻纖布切屑中玻璃纖維仍然有規(guī)則的排列在一起；微鉆鉆削環(huán)氧玻纖布時(shí)軸向鉆削力波動(dòng)劇烈，且隨鉆削參數(shù)的改變環(huán)氧玻纖布的軸向鉆削力有大于銅箔鉆削力的趨勢(shì)，而大直徑鉆頭鉆削環(huán)氧玻纖布時(shí)平穩(wěn)且小于銅箔軸向鉆削力，大