印制板毛坯下料、孔及外形都可采用模具来冲裁。 (1)冲孔 冲孔加工生产效率高，适合于大批量生产。其质量控制的关键因素为孔的结构、模具结构及冲孔工艺等。冲孔适合于形状复杂、数量多的单面纸基板以及双面非金属化孔的环氧玻璃布基板，可以由一副或几副模具进行冲孔。 ①对被冲件的结构要求 对于要冲的孔，应力求使其缺陷产生最少。孔的结构工艺性最好的是圆形或椭圆形孔，如果是方形或长方形之类的孔，应尽量设计成带有圆弧形。另外，结构工艺性还取决于．孔间距离和孔与印制板外形边的距离。边距及孔距尺寸大一些，便于在凸模固定板内安装凸模，以利于提高凹模强度。冲孔间距最好取板厚(T)的Z／3，孔与外形边距离也可以取板厚的2／3，见图1。
图1 冲孔间距、孔距与边距示意图 冲孔的最小尺寸见表1。 表1冲孔的最小尺寸
纸基板材料预热到80～90℃，对于冲孔庾量有明显的改善。在专用烘箱中按材料厚度5～8min／mm加热，注意加热不可过度，否则可能会把凹模孔堵死，造成质量问题。而玻璃布基板不需预热。 ②对冲模的要求 为了改善印制板冲孔质量，在凸凹模之间，凸模与卸料板导向孔之间的导向要保持良好状态。材料压边的单位压力及合理均匀的间隙也是很重要的。选择合理的模具结构和制造方法，确保冲模凸模的使用寿命。 在设计冲孔用的凸模时，应充分考虑材料的收缩回弹量。通常工件离开凸模时，内形尺寸缩小，工件离开凹模时，外形尺寸扩大。 增加冲模寿命及保证冲件质量的重要因素是正确合理地选用凸凹模的间隙。随着冲件材料厚度和硬度的增加，凸凹模的间隙也随之增加。对冲件尺寸精度要求高，可取冲件双面厚度的3％～4％，反之可取5％～6％。双面板及多层板一般不采用大间隙冲模，这是因为间隙大，接近凹模面的铜箔容易出现与基体分离的现象。一旦孔周围的铜箔被冲折人凹模内，那么就会造成冲模损坏，印制板报废。 冲模的弹压卸料装置在印制板冲孔时显得十分重要，它由弹性压力大的弹簧和刚性好的卸料板组成。只有卸料板紧压被冲件的周围，冲头才能进入材料。冲孔结束，卸料板又把紧包凸模的材料卸下。材料压边力越大，冲件发生分层的可能性就越小，所以材料压边力越大越好。 冲模的设计、制造合格后，应着重考虑选用合理的冲床吨位，正确计算冲裁力。冲床吨位可按下式计算： P床=P冲+P压+kP冲 式中 P床——冲床吨位； P压——冲模弹压力； P冲——冲裁力； k——保险系数(约1．3)。 冲裁力的计算： P冲=Lhδ剪 式中 L——冲裁周边总长度； h——基材厚度； δ剪——材料抗剪强度。 纸基印制板抗剪强度为ll～13kgf／mm2(1kgf／mm2—0．98kPa)，布基印制板抗剪强度为13～15kgf／mm2。 (2)钻孔 钻孔的方法有好几种，使用单轴钻床以及数控钻床是常用的方法。金属化孔的钻孔要求较严格，须满足以下几点要求。 a．孔边缘无翻边，无毛刺，孔壁光滑，基板材料在钻孔时不应有分层开裂现象。 b．所钻的孔与焊盘应保证在公差范围之内，孔必须在焊盘的中心位置。如果孔位不正，将导致电路图产生偏差，造成短路或断路现象。 c．双面板和多层板需金属化的孔要求内层铜箔无环氧沾污。 要满足上述要求，在钻孔工序中需从钻床、钻头、钻速和进给量、钻孔用垫板等几个方面来考虑。 ①钻床的选用 选用钻床既要考虑钻孔的质量、精度，还需注意经济效益，下列因素可作为选用钻床的依据。 a．印制板的最大外形尺寸和需钻孔的数量，这是决定采用单轴或多轴钻床的因素。 b．批量大可选产量高的数控钻床，批量小或实验板可采用手动钻床。 c．如印制板所需的精度要求高，则需选用高精度的数控钻床来保证印制板的质量。 d．多轴数控钻床价格较高，相对成本就要增加。而手动单轴钻床成本较低，但不能完全满足加工质量。 数控钻床发展迅速，从原先的单头数控发展到现今的多头数控，而且精度越来越高，典型的数控钻床技术数据为：
数控钻床系统通常带有主轴转速显示及钻孔个数显示装置，这样给操作者带来极大的方便。有的数控钻床还具有自动更换钻头的功能，不但能使产品质量得到保证，而且使生产效率极大地提高。 国际上的数控钻床水平已非常高，空气轴承的钻轴，转速最高可达11万～l2万转／min。另外，滚动轴承的钻轴转速也可达8万转／min，而且都有自动换钻头的功能。 国内现在已有多家厂商生产数控钻床，因其与国外数控钻床相比，产品质量基本能满足印制板的生产，且价格低廉，致使国内多数企业都选用国产设备。 数控钻床在功能上的特点是： a．自动设置工作零点，并且还能自动返回工作零点； b．配有镜像功能； c．轴的变换及象限功能选择； d．分步重复功能； e．多次重复启动程序功能； f．控制钻孔深度与孔径比为l：10或1：20以上； g．自动记录并可检查钻孔数量； h．有分步钻孔功能。 随着印制电路板高密度化、高精度化及高可靠性的发展方向，数控钻床就要求具有高稳定性、高可靠性、高速度及高精度的特点。 ②钻头 钻头的作用是切削覆铜箔层压板，并能顺利地从钻好的孔中快速退出，因此钻头每一部分的功能及其几何形状都是很重要的。钻纸基覆铜箔层压板钻头顶角通常是90°～ll0°，钻环氧玻璃布基层压板钻头顶角通常是130°。为了均匀切削，钻头切削刃和横刃必须呈直线，而不能有磨损和缺口，表面光洁度应很高，这有利于减少摩擦。 印制板钻孔用钻头的种类大致有定柄麻花钻头、铲形钻头和直柄麻花钻头。 定柄麻花钻头适用于自动更换钻头的钻床。它不需要使用钻套，且定位精度较高。由于它采用了大螺旋角，使排屑速度加快，可大幅度提高切削能力。在排屑全长范围内，钻头呈倒锥，因此钻孔时与孔壁摩擦较小，提高了钻孔质量。铲形钻头的棱刃长度由钻头的直径决定，其范围大约为0．6～1mm，其余的被磨去。钻头顶尖的一小部分进行钻削钻孔，与孔壁摩擦相当小，正因如此，钻削时产生的热量累积也很少，产生的腻泥较少。这种钻头对于多层板较适用。直柄麻花钻头可钻较简单的单面印制板，它采用单头钻床，钻孔深度可以是直径的8～10倍，为避免钻孔偏心，在基板叠层不高的情况下可用钻套，然后进行钻孔。 ③钻头材料的选用 由于环氧玻璃布覆铜箔板对刀具的磨损很快，印制板一般都采用以碳化钨粉、钴粉经黏结、加压、烧结而成的硬质合金钻头进行钻孔。其硬度较高，耐磨性能好，有一定的强度，非常适合高速切削。但是它致命的弱点是韧性很差，脆性较大。 碳化钨与钴的配比以及它们的晶粒尺寸决定了硬质合金的强度和硬度。如果碳化钨相晶粒的平均尺寸在1μm以下，用它制作的钻头，不但硬度提高，而且其抗弯和抗压强度都随之提高。 钻头的后角结构分为单后角和双后角结构。单后角结构的钻头检测比较简单，有一定的强度和耐磨性，磨刃比较容易。双后角结构的钻头设计有第一后角(15°)和第二后角(30°)，它既保证了切削刃的强度，又使耐磨性和排屑能力得到提高，其刃磨强度和耐磨性好于单后角结构钻头。 硬质合金钻头由于具有较明显的优点，可使印制板钻孔质量大为提高，而且使用寿命也随之增加。 ④钻头几何参数 钻头几何参数和各部分名称见表2和图2。 表2硬质合金钻头结构尺寸及公差
图2钻头各部分示意图 ⑤钻头的正确使用 为保证钻孔质量，在使用钻头前应对钻头的几何参数进行检测，一般用工具显微镜或钻头角度分析仪即可测量，使用钻头时应注意以下几点。 a．要避免钻头振动和相互碰撞。 b．随用随装，用完即放回包装盒。 c．用时一定要仔细检查切削刃有无碰伤。 d．多头钻床应注意钻头安装的长度应一致。 e．钻头用过一段时间后，应检查钻头切削刃的磨损。 f．要注意检查主轴和弹簧夹头是否同心。 g．主轴压脚接触面要水平并且与主轴垂直。 h．基板加上、下垫板要在钻床定位系统中放平，且定位牢固，防止钻头折断和切屑进入登层下面，用胶黏带粘贴叠板四周时要注意防止胶黏带黏附切屑，使排屑不畅。 i．钻头入厂时要认真验收。 j．钻头的使用寿命，可以用增加钻头的重磨次数来适当提高。 ⑥垫板材料 a．上垫板对钻孔用上垫板的要求如下。 (a)防止钻孔上表面毛刺的产生，上垫板硬度适中。 (b)对钻头有散热作用，能降低钻孔温度，要求上垫板导热性能良好。 (c)上垫板应少含或不含树脂。 (d)上垫板应有一定的刚性和弹性。 印制板在钻孔时，使用上、下垫板有利于提高印制板质量，提高成品率。正确选用垫板材料对于获得所要求的钻孔质量显得很重要，一旦垫板材料选择不合适，钻孔时将产生较多的质量问题。 b．下垫板 对钻孔用下垫板的要求如下。 (a)适宜的硬度，防止钻头在下垫板中高速摩擦磨损钻刃。 (b)树脂含量或其他杂质成分含量最小化。 (c)垫板固化良好。 (d)垫板平整，不吸水，不变形，厚度均匀。 (e)有利于钻头散热。 一般上垫板材料可采用0．3mm厚度的，而且经过退火处理的铝箔板。这种材料散热性能较好，而且还可以防止钻孔时产生毛刺。下垫板一般可选用环氧玻璃布层压板，还可选用酚醛玻璃纤维布层压板，也有采用酚醛纸板来作下垫板的，但是这几种材料存在不同程度的问题。现在，有专用的上、下垫板出售，如比较理想的复合上垫板和铝合金箔波纹板。国内生产厂家因价格问题，大都采用了高密度纤维板，其既能防止毛刺的产生，又能提高钻头的寿命，硬度又适宜，不含树脂，从而避免孔壁产生腻污，而价格又便宜了许多。 ⑦钻孔工艺参数 a．切削速度 切削速度是指钻头外径的线速度(v)： 式中 d——钻头直径，mm； n——主轴转速，r／min。 切削速度是否恰当则需根据钻头磨损情况来判断。切削速度低，则横刃磨损太快。切削速度太高，则主切削刃靠近外径之处磨损太快。当钻头横刃与主切削刃磨损的速度基本 接近时，切削速度比较理想。 b．进给 表示钻头在单位时间内钻进材料的深度，用F表示。 F=nf(mm／min) 式中 F一—进给转速比，mm／r； 咒——钻头的钻速，r／min。 钻头的几何形状限制允许的最大进给。钻削深度和钻头直径之比决定钻头能承受的机械载荷。切削速度在钻头中心处总是零，而钻头外径和钻头中心的进给是相同的。因而钻头中心是往被钻材料里挤压，所以以钻心厚度为直径的圆形挤压区的产生是不可避免的。当钻头容易折断时，就是钻心厚度太薄所致。 每一转的进刀量用进给转速比，来表示，允许的最大进给转速比约为钻头直径的l3％。一般钻头钻孔取钻头直径的5％～7％，高速转孔时取l0％～l2％。进给转速比，的取值范围0．02～0．2mm。当f<0．02mm／r时，切削刃会因进给量太小而做刮研工作，从而产生大量热能。当厂>0．2mm／r时，钻头容易折断，钻孔质量得不到保证。 c．钻头钻孔数量 一支标准的新钻头，在高密度多层板上可钻500个孔，在双面板(叠三层)上可钻6000～9000个孔。在F=4或G=l0(叠三层)上钻孔，采用正常的工艺参数，可钻3000个孔。如果基材较硬，钻孔数大约为2000个。从上面数据可以看出，钻头的钻孔数量与基板种类有直接关系。当然，它还与采用的切削速度、进给量、钻孔质量都有着密切关系。如果上表面铜箔连续出现毛刺，就应刃磨了。 一支钻头钻孔数太多，便不能保证钻孔质量。所以，有关公司都推荐钻头在钻够一定的孔数时就应重磨，这样可提高钻头的寿命。 多层板：钻500个孔刃磨一次，允许刃磨2～3次，每钻1000个孔可刃磨两次。 双面板：钻3000个孔刃磨一次，然后钻2500个孔再刃磨一次，再钻2000个孔刃磨一次。 刃磨后的钻头若黏附有环氧树脂和切屑，可在超声波发生器内用四氯化碳清洗除掉。 实际钻孔时可参考有关公司推荐的钻孔参数。 |
