莫崇慧

（深圳崇達(dá)多層線路板有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

為了減少孔銅對信號傳輸?shù)挠绊?，通信類印制電路板（printed circuit board，PCB）產(chǎn)品通過設(shè)計(jì)大量的背鉆將影響信號傳輸?shù)亩嘤嗫足~鉆除。在加工過程中，孔銅與粉塵混合無法正常排出，堵在背鉆與通孔鉆接駁的位置，無法通過人工去除，樹脂塞孔后出現(xiàn)樹脂塞孔空洞、回流焊爆板現(xiàn)象。同時，殘留物銅渣導(dǎo)致信號傳輸層長度增加、信號傳輸異常，背鉆堵孔平均不良率高達(dá)16.8%，如圖1 和表1 所示。背鉆堵孔成為亟須改善的問題［1］。

表1 背鉆堵孔的不良率統(tǒng)計(jì)

圖1 背鉆堵孔

本文從影響背鉆堵孔的鉆頭結(jié)構(gòu)、鉆孔負(fù)壓、分段鉆孔方式、蓋板材料等4 個方面進(jìn)行分析和研究，探索有效改善和控制背鉆堵孔的方法。

1 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

通過統(tǒng)計(jì)背鉆堵孔PCB 的型號發(fā)現(xiàn)，背鉆堵孔主要集中在背鉆直徑≤0.4 mm，背鉆底孔≤0.2 mm，背鉆深度≥1.0 mm 的PCB 中。為了改善背鉆堵孔，同時保證試驗(yàn)結(jié)果的有效性，本次所有試驗(yàn)針對以上類型的PCB，選用生產(chǎn)過程中背鉆堵孔嚴(yán)重型號的壓制試驗(yàn)板，同時選用同一設(shè)備、性能正常的大族背鉆鉆機(jī)，從影響背鉆堵孔的背鉆鉆頭結(jié)構(gòu)、鉆孔負(fù)壓、分段鉆孔方式、背鉆蓋板材料等4 個方面進(jìn)行研究，找出改善背鉆堵孔的最佳生產(chǎn)方式。

2 試驗(yàn)條件

2.1 試驗(yàn)板信息

試驗(yàn)板設(shè)計(jì)參數(shù)：背鉆底孔直徑0.2 mm、背鉆鉆頭0.4 mm、背鉆深度1.033 mm/1.257 mm，制作背鉆堵孔改善測試板，試驗(yàn)板背鉆加工信息見表2。

表2 試驗(yàn)板背鉆加工信息

2.2 試驗(yàn)輔助材料及加工設(shè)備

試驗(yàn)輔助材料：墊板為2.0 mm 的木纖墊板，蓋板為0.24 mm的牛皮紙+0.15 mm的普通鋁片。

加工設(shè)備：檢測合格的大族背鉆鉆機(jī)。

3 試驗(yàn)方案研究

3.1 背鉆鉆頭的結(jié)構(gòu)對背鉆堵孔影響的研究

3.1.1 背鉆鉆頭的結(jié)構(gòu)

背鉆鉆頭的結(jié)構(gòu)明細(xì)見表3。背鉆堵孔的主要原因是背鉆鉆頭加工過程中排屑空間小，螺旋角及鉆尖角設(shè)計(jì)不合理，通過減少背鉆鉆頭的芯厚，加大螺旋角及鉆尖角，提升背鉆的排屑能力，達(dá)到改善背鉆堵孔的目的。通過將0.4 mm 背鉆鉆頭的芯厚由0.065 mm 優(yōu)化為0.060 mm，螺旋角由35°優(yōu)化為40°，鉆尖角由130°優(yōu)化為135°，進(jìn)行對比測試，從而找出現(xiàn)有鉆孔方式下改善背鉆堵孔的最優(yōu)背鉆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

表3 背鉆鉆頭的結(jié)構(gòu)明細(xì)

3.1.2 測試條件

使用不同條件及生產(chǎn)輔料在大族背鉆鉆機(jī)上分別加工試驗(yàn)板背鉆孔，測試數(shù)據(jù)見表4。

表4 背鉆鉆頭結(jié)構(gòu)的測試條件

3.1.3 測試結(jié)果

背鉆鉆頭結(jié)構(gòu)的測試結(jié)果見表5。

表5 背鉆鉆頭結(jié)構(gòu)的測試結(jié)果

由表5的測試結(jié)果可知，鉆頭1背鉆堵孔的不良率為0.56%，鉆頭2 背鉆堵孔的不良率為0%。減少背鉆鉆頭的芯厚，增大螺旋角及鉆尖角，以及改變背鉆鉆頭的結(jié)構(gòu)為改善背鉆堵孔的關(guān)鍵影響因子。

3.2 鉆孔負(fù)壓對背鉆堵孔影響的研究

3.2.1 鉆孔負(fù)壓

使用負(fù)壓設(shè)備在背鉆過程中制作大氣壓強(qiáng)差，將背鉆殘屑通過鉆頭及吸塵管道排出。為了改善背鉆堵孔，運(yùn)用標(biāo)桿管理原則，對PCB 行業(yè)背鉆加工鉆孔負(fù)壓進(jìn)行對標(biāo)學(xué)習(xí)。目前，行業(yè)內(nèi)背鉆負(fù)壓均≥17 kPa。為了驗(yàn)證當(dāng)負(fù)壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，持續(xù)地加大鉆孔負(fù)壓時，背鉆堵孔的改善效果，通過設(shè)置17 kPa、18 kPa、19 kPa 及20 kPa 4 組負(fù)壓進(jìn)行測試。

3.2.2 測試條件

使用不同條件及生產(chǎn)輔料在大族背鉆鉆機(jī)上分別加工試驗(yàn)板背鉆孔，見表6。

表6 鉆孔負(fù)壓的測試條件

3.2.3 測試結(jié)果

鉆孔負(fù)壓的測試結(jié)果見表7。

表7 鉆孔負(fù)壓的測試結(jié)果

由表7 的測試結(jié)果可知：負(fù)壓為17 kPa 時，不良率為0.96%；負(fù)壓為18 kPa 時，不良率為0.82%；負(fù)壓為19 kPa 時，不良率為0.73%；負(fù)壓為20 kPa時，不良率為0.65%。當(dāng)負(fù)壓≥17 kPa時，鉆孔負(fù)壓增加，背鉆堵孔改善不明顯。

3.3 分步鉆孔的方式對背鉆堵孔影響的研究

3.3.1 分步鉆孔的方式

在背鉆加工過程中設(shè)置分步鉆孔，通過減少每次背鉆孔銅切削的長度，增強(qiáng)背鉆殘屑的排出能力。同時，為了兼顧背鉆的加工效率，行業(yè)內(nèi)通常使用大族背鉆鉆機(jī)分段鉆孔模式3，減少背鉆加工運(yùn)行距離，提升背鉆加工效率，每次分段加工回刀未退出板面，導(dǎo)致背鉆殘屑無法完全被排除。

通過與大族背鉆鉆機(jī)供應(yīng)商進(jìn)行技術(shù)交流，使用分段鉆孔模式1，每次分段加工回刀均退出板面，可將背鉆殘銅帶出板面，從而改善背鉆堵孔情況。2種分段鉆孔模式如圖2所示。

圖2 分段鉆孔模式

為了驗(yàn)證以上2 種背鉆分段鉆孔的加工效果，在試驗(yàn)板上分別使用2種分段鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證。

3.3.2 測試條件

使用不同條件及生產(chǎn)輔料在大族背鉆鉆機(jī)上分別加工試驗(yàn)板背鉆孔，見表8。

表8 分步鉆孔方式的測試條件

3.3.3 測試結(jié)果

分步鉆孔方式的測試結(jié)果見表9。

表9 分步鉆孔方式的測試結(jié)果

由表9的測試結(jié)果可知，分段鉆孔模式1的不良率為0%，分段鉆孔模式3 的不良率為0.70%，分段鉆孔模式1 的背鉆改善效果優(yōu)于分段鉆孔模式3。

3.4 背鉆蓋板對背鉆堵孔的影響研究

3.4.1 背鉆蓋板

通過行業(yè)對標(biāo)，同行均有采用絕緣層+鋁片的方式進(jìn)行5G 通信背板背鉆。其中，使用復(fù)合背鉆蓋板（物料形態(tài)表現(xiàn)為供應(yīng)商已經(jīng)將絕緣層和鋁片黏結(jié)，集成在一起）的占60%，單獨(dú)采購絕緣層和普通鋁片自行疊放在機(jī)臺上當(dāng)做背鉆蓋板使用的占30%，使用牛皮紙和普通鋁片當(dāng)背鉆蓋板使用的占10%。為了驗(yàn)證以上3 種背鉆蓋板對背鉆堵孔的改善效果，在試驗(yàn)板上分別使用3 種背鉆蓋板進(jìn)行驗(yàn)證。3 種背鉆蓋板如圖3 所示，3 種背鉆蓋板的原理說明見表10。

表10 背鉆蓋板的原理說明

圖3 3種背鉆蓋板

3.4.2 測試條件

使用不同條件及生產(chǎn)輔料在大族背鉆鉆機(jī)上分別加工試驗(yàn)板背鉆孔，見表11。

表11 背鉆蓋板的測試條件

3.4.3 測試結(jié)果

背鉆蓋板的測試結(jié)果見表12。

表12 背鉆蓋板的測試結(jié)果

由表12 的測試結(jié)果可知：背鉆專用蓋板、背鉆紙板和鋁片加工背鉆，背鉆堵孔數(shù)量為0；牛皮紙和鋁片加工背鉆堵孔數(shù)量為33 個，不良率0.93%；使用背鉆專用蓋板或背鉆紙板和鋁片加工背鉆，背鉆堵孔得到明顯的改善。

3.5 結(jié)果驗(yàn)證

為了保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和嚴(yán)謹(jǐn)性，需再次做驗(yàn)證試驗(yàn)保證結(jié)果的重復(fù)性和再現(xiàn)性。選取417 772 塊在線板進(jìn)行批量生產(chǎn)驗(yàn)證背鉆堵孔的改善效果，具體參數(shù)及物料見表13。

表13 驗(yàn)證試驗(yàn)的加工條件

光臺檢查如圖4 所示，驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果見表14。

表14 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

圖4 光臺檢查

驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表明，負(fù)壓≥17 kPa 時，通過減少背鉆鉆頭的芯厚，增大螺旋角及鉆尖角，優(yōu)化分段鉆孔為模式1，同步使用背鉆專用蓋板或背鉆紙板+鋁片，生產(chǎn)72 片背鉆板，背鉆堵孔的不良率為0%。

4 結(jié)語

通過背鉆鉆頭結(jié)構(gòu)、鉆孔負(fù)壓、分段鉆孔方式、背鉆蓋板材料等4 組對比試驗(yàn)，明確了負(fù)壓≥17 kPa 時，通過減少背鉆鉆頭的芯厚、增大螺旋角及鉆尖角、優(yōu)化分段鉆孔為模式1，同步使用具有鉆頭纏絲清潔作用的背鉆專用蓋板或背鉆紙板+鋁片，可有效改善鉆孔背鉆堵孔問題。