印制電路板鉆孔毛刺的產(chǎn)生原因與改善探討

李 磊 秦偉鵬 江庭富

（深圳市金洲精工科技股份有限公司，廣東 深圳 518000）

在印制電路板（PCB）鉆孔過程中，板件孔口周圈不可避免會產(chǎn)生不同程度的毛刺。輕微的披鋒經(jīng)過沉銅前處理磨板可以處理掉，過大的毛刺則很難處理，會產(chǎn)生很大的品質(zhì)隱患。尤其是一些要求較高的PCB終端客戶不允許打磨，或者薄板不能打磨，這就對鉆孔帶來了更大挑戰(zhàn)。鉆孔工序必須摸索出適合的工藝方法，從而將毛刺控制在合理范圍內(nèi)。本文對毛刺的種類、產(chǎn)生的原因進行分析，闡述了毛刺的危害和一些常見的毛刺改善措施、處理方法，并分享一些披鋒改善的實際案例。

1 毛刺的種類及其產(chǎn)生原因分析

PCB鉆孔過程中，鉆機主軸夾持鉆頭下鉆貫穿蓋板、被加工板，并在下墊板上下鉆設(shè)定深度，從而在板材特定位置形成需要的通孔（見圖1所示）。這個過程中，在被加工板材的上下兩面孔口位置，即入刀口和出刀口容易形成毛刺。

圖1 鉆孔示意圖

銅箔和內(nèi)層基材（PP）靠壓合制程黏結(jié)在一起，其結(jié)合力會因基材種類不同而有區(qū)別。銅箔和基材的結(jié)合力，即剝離強度，不同樹脂體系的板子其剝離強度也有差異。XPC、FR-1、FR-2板材，其為酚醛樹脂生產(chǎn)，所用銅箔為涂膠銅箔，剝離強度一般在10 N/cm～18 N/cm；普通FR-4用粗化銅箔，剝離強度一般在20 N/cm以上。近年來，隨著信號傳輸高頻高速化的應(yīng)用需求，低粗糙度銅箔的應(yīng)用也越來越多，帶來的負面影響就是會降低銅箔與基材之間的結(jié)合力，從而導(dǎo)致在鉆孔時產(chǎn)生較大的毛刺。

由于銅箔和基材的結(jié)合力因板材差異而有不同，再加之銅箔本身的延展性較好，主軸在下降過程中，鉆頭下鉆對出刀口銅箔產(chǎn)生下鉆沖擊力，就容易形成出刀口毛刺。出刀口毛刺最為明顯也最為常見。

鉆頭下鉆過程中會對入刀口銅箔產(chǎn)生擠壓，鉆孔產(chǎn)生的粉屑向上排出時對孔口的向上作用力，以及鉆頭回刀時的拉扯，就會產(chǎn)生入刀口。正常情況下，入刀口毛刺比較輕微，不需要特別關(guān)注。但是在某些場合下，入刀口毛刺也比較顯著，需要改善。

隨著5G技術(shù)的成熟普及，應(yīng)用于基站、服務(wù)器的高厚徑比板材占比日益提高，通常厚度都在3 mm以上，甚至達到6 mm。由于板太厚，壓合板厚均勻性不好控制、板翹曲度大，壓力腳無法將其壓緊，造成出刀口銅箔懸空不受力，鉆頭在下鉆時極易產(chǎn)生較大的毛刺。同樣的剛撓結(jié)合板由于其加工特點，表面平整性差，高低不平，也容易產(chǎn)生鉆孔毛刺的問題。

2 毛刺的危害及常見改善方法

鉆孔后的板在沉銅前進行前處理時會進行磨板，但毛刺過大，磨板時極易將毛刺磨到孔內(nèi)，形成孔內(nèi)毛刺影響孔徑。另外過大的毛刺在后面線路制作貼干膜后，容易刺破干膜從而造成孔無銅。因此我們需要采取措施防止過大的毛刺產(chǎn)生。

2.1 選用合適硬度的蓋墊板

鉆孔墊板是鉆孔必須用到的輔材，其作用主要有兩個：一是確保鉆頭貫穿被加工板并且不鉆到機器臺面；二是抑制鉆孔毛刺的產(chǎn)生。墊板的硬度越高，那么其對毛刺的抑制作用越好。

選用硬度高的墊板，可以有效地預(yù)防出刀口毛刺的產(chǎn)生。常見的墊板種類有高密度木墊板、密胺墊板、酚醛樹脂板，其特性如表1所示。

表1 常見墊板種類特性表

對于要求高的板件，就需要選用硬度更高的密胺板甚至酚醛樹脂墊板。比如，撓性板由于板厚比較薄、柔軟的特性不能打磨，為了防止毛刺，鉆孔時一般用兩張酚醛板包住被加工板，可以最大限度地抑制披鋒的產(chǎn)生，酚醛板一般厚度在0.5～1.0 mm之間。

較多廠家鉆孔采用0.15 mm厚度的普通鋁片作為蓋板，其優(yōu)點是比較經(jīng)濟實惠。當(dāng)遇到入刀口毛刺問題，可以嘗試使用更厚的鋁片，比如0.18 mm或者0.2 mm，更厚的鋁片可以提供更有力的支撐，從而抑制毛刺的產(chǎn)生。

2.2 調(diào)整加工參數(shù)、降低使用壽命

不同類型的板材，需要不同的鉆孔參數(shù)。不合理的鉆孔參數(shù)，會導(dǎo)致毛刺。一般來說，過快的進刀速度容易導(dǎo)致入刀口毛刺過大。實際操作中，需要根據(jù)具體情況進行調(diào)整，尋找出合適的鉆孔參數(shù)。

如果板材Tg值比較高、填料比例大，對鉆頭刀面的磨損就會大。如果設(shè)置壽命偏高，鉆頭磨損嚴重其切割能力就會大大下降，也會造成毛刺過大。這種情況，就需要適當(dāng)下調(diào)孔限，從而確保鉆頭的切削能力。鉆頭刀面磨損過大，對入刀口、出刀口毛刺均有不利影響。

2.3 選用合適的刀具

對于一些加工難度大或者終端客戶品質(zhì)要求高的板件，可以選用螺旋角大、芯厚更薄的鉆頭來解決毛刺問題，因其切割更加鋒利。比如汽車板加工，我們推薦金洲USF系列鉆頭，為雙刃單槽設(shè)計，切削鋒利度非常好，同時具有優(yōu)異的排塵能力。

槽孔加工一般利用G85指令，槽刀連續(xù)下鉆加工出需要尺寸的槽孔。由于槽刀的連續(xù)下鉆沖擊，經(jīng)常會有入刀口毛刺過大的情況。對于這種問題，我們可以選用金洲125RA系列槽刀，側(cè)刃設(shè)計具有切削功能，切削性能更加優(yōu)異。

2.4 壓合后烘板

對待鉆孔的板件進行烘板處理，通過一定時長的高溫可以使板材內(nèi)部樹脂分子交聯(lián)、固化更加完全，同時增強板子銅箔和基材的結(jié)合力，在加工工程中支撐強度也相應(yīng)加強，能防止毛刺擴大。

2.5 特殊表面處理

有些PCB廠家會在鉆孔前對板件進行特殊處理、比如在板件表面鍍上錫保護層，或者將特殊油墨用網(wǎng)印工藝涂覆在板件表面，經(jīng)UV光固化，然后再對板件進行鉆孔，鉆孔后再通過后處理工序?qū)⒂湍珜油氏吹?。這些辦法可以有效抑制披鋒的產(chǎn)生，但耗時又增加成本，這種工藝只應(yīng)用在厚度大、附加值高的高厚徑比背板上。

3 毛刺改善案例

3.1 墊板硬度影響

某PCB廠家，發(fā)現(xiàn)毛刺大導(dǎo)致電鍍前處理磨板后孔口毛刺，經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)使用兩種硬度有差異墊板。A墊板實測邵氏硬度75～80，硬度不均衡，鉆孔板10倍鏡觀察，孔口毛刺較大。B墊板實測邵氏硬度84～85，硬度較高且均衡，鉆孔板10倍鏡觀察，孔口毛刺小。

3.2 大鉆頭毛刺改善

某PCB廠家反饋加工表面銅厚≤35 μm的板，直徑大于3.175 mm的孔毛刺嚴重。通過改變鉆孔參數(shù)改善，見表2所示。

表2 鉆孔原參數(shù)及優(yōu)化參數(shù)表

鉆孔后使用十倍鏡觀察板面孔口，優(yōu)化參數(shù)的板毛刺輕微。

3.3 槽孔毛刺改善

某PCB廠家發(fā)現(xiàn)槽孔入刀口毛刺嚴重問題，所用槽刀為普通ST型，芯厚比較厚，切削能力、排塵能力較差。加工條件如下。

刀具型號：SD1.5×6.7

短槽規(guī)格：槽寬1.5 mm×槽長2.1 mm

加工參數(shù)：S36 kr/min，F(xiàn)0.5 m/min，R12 m/min H300

加工板材：聯(lián)茂IT150，板厚1.9 5 mm×2片/疊

輔材：0.18 mm普通鋁片+2.5 mm普通墊板

鉆機：大族20萬轉(zhuǎn)六軸機

改用金洲125RA系列刀具，其為整支鎢鋼，側(cè)刃設(shè)計具有切削功能。加工效果良好，毛刺得到明顯改善，如圖2所示。

圖2 不同刀具加工效果

4 鉆孔后毛刺的處理

毛刺是鉆孔過程中的一個令人討厭的副產(chǎn)物，但是任何改善方法只能減小毛刺的程度，卻無法完全消除毛刺的存在，從經(jīng)濟性、實踐性上考量也無必要去追求鉆孔完全沒有毛刺。

通常比較輕微的毛刺，鉆孔后是可接受的，并會采取一定的補救辦法來處理毛刺。比如，使用砂紙人工手動打磨，8 μm銅箔可以使用800～1000目砂紙，18 μm以上的銅箔可以使用600目砂紙，35 μm以上的銅箔可以使用400目砂紙?，F(xiàn)在還有廠家推出自動打磨機，根據(jù)需要可選用300～1500目砂紙，代替人工作業(yè)節(jié)省人力，效率提高不少，但效果上來說還是手動打磨比較好。自動打磨機內(nèi)設(shè)置吹風(fēng)管，去除研磨后板面的粉塵雜質(zhì)。

沉銅的前處理線一般都有磨板，磨刷的類型有不織布刷輪、陶瓷刷、針?biāo)⒌?。根?jù)不同的銅厚，通過調(diào)整刷輥的轉(zhuǎn)速、磨板方向等獲得最佳的磨板效果。

5 結(jié)語

印制電路板鉆孔加工過程中的孔口毛刺問題，是一個PCB加工中普遍存在的問題，是鉆孔機械加工中難以完全避免的頑疾。如果毛刺過大后制程沒有處理好，會對PCB品質(zhì)產(chǎn)生較大的隱患。本文提供了一些常見的改善毛刺的思路和方法，并分享一些實際工作中的改善毛刺的案例和對毛刺進行處理的方法，以期對PCB鉆孔生產(chǎn)起到一定的啟示。