电路板钻孔制程问题浅析
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【摘要】印刷电路板制程中，钻孔是极为重要的一个制程，而在钻孔中时常会出现的品质问题有偏孔，孔壁粗糙，钉头过大等，此三个问题直接影响着电路板的功能。本文对问题产生的原因进行了分析，提出相应的改善对策。
【关键词】钻孔；孔偏位；玻纤突出；孔壁粗糙
钻孔是PCB制程中极为重要的一个制程，钻孔的主要功用是使电路上下导通，插入零件及固定组装等，钻孔的质量直接关系着整个电路板的功能。
钻孔制程中影响其功能之品质问题主要表现在偏孔、孔壁粗糙过大、钉头过大这几点上。下面我们分别对各种问题产生的原因进行分析并提出相应的解决对策。
一、孔位偏、对位失准（常见的偏孔现象有单孔偏、单PCS偏、整板同一方向偏等）。
可能原因有以下几点：
1、作业中钻尖产生偏移晃动（Wander）。
解决对策为：
（1）检查主轴（Spindle）是否偏转（RUN-OUT）。
（2）减少迭板层数（Stack Height）。
（3）增加钻针转速（RPM）或降低进刀速率（IPM）。
（4）重新检查钻头并将其磨利。
（5）检查钻尖是否已具备良好的同心圆度。
（6）检查钻针与夹头之间的迫紧固定情形。
（7）缩短钻针退屑沟（Flute）的长度。
（8）改采抗折强度更好的钻头。
（9）重新校正钻孔机台的精度或稳定度。
（10）对Spindle进行保养。
（11）上板时确保PCB上无杂物。
2、铝质或其它盖板材料不合适。
解决对策：选材质均匀且较平滑的盖板材料。
3、板材补强（Reinforcement）用玻纤布之丝径太粗，以致小孔小针产生偏滑。
解决对策：增加主轴之轴数（RPU）至15万以上以减少偏滑。
4、板材产生涨缩之位移现象。
解决对策：检查钻孔后其它制程的作业情况（如外层线路、表面处理等。）
5、各种配合定位工具使用不当。
解决对策：检查工具孔尺寸及上PIN位置是否正确。
6、钻孔动作产生共振。
解决对策：改换钻针转速（RPM）。
7、筒夹太赃或损坏。
解决对策：清理或更换筒夹。
8、定位工具系统不够精确。
解决对策：检查并改善工具孔位置及孔径。
9、钻孔过程中板面有微小异物造成断针偏孔。
解决对策：上板后前要用手套擦拭基板和铝板，交接班进要用扫帚清扫台面。
10、对主轴夹头保养不当造成漂孔。
解决对策：每班要对主轴保养两次，保养时要先用刮棒清除污垢，再往主轴内喷油。此外，还要让钻针空跑1分钟，最后用酒精清洗，以保证夹头使用寿命。
二、孔壁胶渣过多。可能原因有以下几点：
1、进刀速或转速不恰当。
解决对策：调整进刀速（IPM）和转速（RPM）至最佳状况。
2、板材树脂聚合不完全。解决对策：钻孔前先将板材烘烤。
3、钻针的击数过多损耗过度。解决对策：限制每支钻头的击数。
4、钻针重磨次数过多或退屑沟长度低于标准。解决对策：限制钻头重磨的次数（通常是以总钻孔长度为管制的依据）。
5、垫板与盖板材料不良。
解决对策：更换用板材料。6、钻针几何外形有问题。
解决对策：评估其它针品之几何外形或设计，选择合适的钻针。
7、钻孔停留板材内时间太长。
解决对策：提高进刀速度，减少迭板层数。
三、孔内玻纤突出（Fiber Protrusion in Hole）可能原因有以下几个：
1、退刀速度过慢。解决对策：增快推刀速度。
2、钻头过度磨损。
解决对策：重新磨利钻尖，限制每支钻尖的击数，例如将上限定为1500孔。
3、主轴转速（RPM）不足。解决对策：调整进刀速率和转速之关系至最佳状况，检查转速变异情况。
4、进刀率过快。
解决对策：降低进刀速成率（IPM）。
四、内层孔环钉头使用过度
1、退刀速度过慢。
解决对策：增快退刀速度。
2、进刀量（亦称退屑量或切削量）设定不正确。
解决对策：将进刀量执行最佳化作业。
3、钻针过度磨耗或使用了不适当的钻针。
解决对策：磨利或更换钻头，限制每支钻头的击数，变更钻头的设计。
4、主轴转速/进刀速率不合适。
解决对策：高速进刀速率和钻针转速至最佳状况，检查主轴转速/进刀速率的变异情况。
5、基板内有空泡（Voids）。
解决对策：更换基板，向基板供货商寻求对策。
6、表面切线速度太快。
解决对策：检查并修正表面切线速度（SF/M）。
7、叠板层数过多。
解决对策：减少叠板层数。
8、破口（Chip）评估不良。
解决对策：改用较不易产生高温的盖板及垫板材料。
五、孔壁粗糙（Rough hole walls）
可能原因有以下几个：
1、进刀量变化过大。
解决对策：维持固定的进刀量。
2、进刀速率过快。
解决对策：调整进刀速率与钻针转速关系，调整至最佳状态。
3、盖板材料选用不当。
解决对策：更换盖板材料。
4、固定钻头所用真空度不足。
解决对策：检查钻孔机台真孔系统，检查主轴转速是否有变异。
5、退刀速率异常。
解决对策：调整退刀速率与钻头转速之关系至最佳状态。
6、尖针之切削前缘出现破口或损坏。
解决对策：上机前先检查钻针情况，改善钻针持取习惯。
7、轴之偏转（Run-Out）太大。
解决对策：针对主轴、筒夹以及筒夹座进行检查与清洁。
六、小结
通过对钻孔的几个重点品质问题进行分析，要控制好钻针孔制程之品质，我们一定要做好以下几点：
1、要严格按照SOP中规定作业，定期对机台做彻底保养。特别是Spindle之夹头，由于每天都需不停地作业，夹具内会有很多粉尘堆积，所以每天必须对夹具进行彻底清洁。清洁夹具时，可使用油及酒精。
2、要确保钻孔制程中所使用的主要原物料的质量。例如：不同厂家之钻针均会有不同之加工参数，按照要求使用才会达到最佳使用效果。而钻针加工参数之选择均需要做大量的试验，从而验证其断针率、孔壁粗糙度、钉头等。试验得出最佳之加工参数后，就要规范化，且不可以随意变动。
3、要加强人员培训。在钻孔制程中，加工时要使用数控机床，而数控机床是由人来操作的，因此要到钻孔制程工作人员均须经过长时间的培训，且须经过考核后方可上岗。可以说“人”直接关系到钻孔质量的好与坏。
4、务必加强对钻孔的管理。钻针之刀面、钻尖都会直接影响到钻孔的品质，因此钻针在上套环并研磨后必须要认真地检查（通过显微镜），有问题的钻针一律不可以使用。另外钻头每周进行整理。1、25mm以上钻头虽然是不分研次的，但若不经常整理也会令到刃长偏短的、不同直径的钻头混在一起，出现一些人为的品质问题，最终影响钻孔品质。
作者简介
李红梅（1972-），女，工程师 ，主要从事机械设计制造及其自动化的设计与研究工作。