一種高速基材鉆孔孔壁粗糙度改善研究

嚴(yán)俊君 曹靜靜 肖 鑫 樊廷慧

（惠州市金百澤電路科技有限公司，廣東 惠州 516083）

（深圳市金百澤電子科技股份有限公司，廣東 深圳 518000）

0 前言

目前為降低5G高速材料的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)，有的通過往基材中填充陶瓷粉等絕緣材料來實現(xiàn)。由于填充物硬度高、脆性大，這就使得材料的加工難度增加，鉆孔時孔壁粗糙度（一下簡稱：孔粗）風(fēng)險增大，影響后續(xù)孔內(nèi)鍍銅質(zhì)量（如圖1所示），從而使產(chǎn)品的可靠性下降。鉆孔時鉆頭高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生熱量，使鉆屑黏附在鉆頭上，影響鉆屑排出，造成鉆孔孔粗。同時，鉆孔過程中鉆頭會磨損，影響鉆孔時的切削力，進(jìn)而造成鉆孔孔粗。本文以一種常用的M6級別材料的高縱橫比高速背板鉆孔為例，通過設(shè)計不同孔徑密度的萬孔板，對鉆孔加工參數(shù)（轉(zhuǎn)速、進(jìn)刀速、孔限）和加工方法（蓋板方式、鉆孔后處理方式）等影響因素進(jìn)行工藝研究，找出改善孔粗的加工方法。

圖1 鍍銅后孔壁粗糙現(xiàn)象圖

1 改善試驗

1.1 孔粗原因分析

從人、機(jī)、物、法、環(huán)等方面對鉆孔孔粗的影響原因進(jìn)行綜合分析，如圖2所示。

圖2 孔粗魚骨圖分析圖

1.2 關(guān)鍵因素排查

根據(jù)孔粗魚骨圖結(jié)合鉆孔工序現(xiàn)場實際情況進(jìn)行排查，找出關(guān)鍵影響因素（如表1所示）。

表1 關(guān)鍵因素排查表

1.3 試板設(shè)計

測試板加工信息見表2所示。

表2 測試板加工信息表

1.4 測試方案

通過對鉆孔轉(zhuǎn)速、進(jìn)刀速、孔限、蓋板方式等影響因素設(shè)計試驗方案進(jìn)行研究，具體如表3所示。

表3 試驗方案設(shè)計表

2 試驗過程及結(jié)果

2.1 不同轉(zhuǎn)速對孔粗的影響

使用同一鉆機(jī)，使用全新鉆頭，進(jìn)刀速、退刀速、孔限均使用廠內(nèi)高頻高速板常規(guī)參數(shù)，蓋板方式使用普通鋁片，鉆孔后直接沉銅；試驗三種不同轉(zhuǎn)速：（1）廠內(nèi)高頻高速板常規(guī)鉆孔轉(zhuǎn)速；（2）常規(guī)鉆孔轉(zhuǎn)速+20%；（3）常規(guī)鉆孔轉(zhuǎn)速-20%）。試驗結(jié)果如表4所示。

表4 不同轉(zhuǎn)速對比驗證表

通過以上數(shù)據(jù)分析，降低20%轉(zhuǎn)速鉆孔孔粗下降了1 μm左右，提高20%轉(zhuǎn)速鉆孔孔粗增加了約3 μm。說明轉(zhuǎn)速是影響鉆孔孔粗的因素之一，降低轉(zhuǎn)速對鉆孔孔粗有所改善。

2.2 不同進(jìn)刀速對孔粗的影響

使用同一鉆機(jī)，使用全新鉆頭，轉(zhuǎn)速、退刀速、孔限均使用廠內(nèi)高頻高速板常規(guī)參數(shù)，蓋板方式使用普通鋁片，鉆孔后直接沉銅；試驗三種不同進(jìn)刀速條件：（1）廠內(nèi)高頻高速板常規(guī)鉆孔進(jìn)刀速；（2）常規(guī)鉆孔進(jìn)刀速+20%；（3）常規(guī)鉆孔進(jìn)刀速-20%）。試驗結(jié)果如表5所示。

表5 不同進(jìn)刀速對比驗證表

通過以上數(shù)據(jù)分析，降低20%進(jìn)刀速鉆孔孔粗下降3 μm左右，提高20%進(jìn)刀速鉆孔孔粗增加5 μm左右。說明進(jìn)刀速是影響鉆孔孔粗的因素之一，降低進(jìn)刀速可改善鉆孔孔粗。

2.3 不同孔限對孔粗的影響。

使用同一鉆機(jī)，使用全新鉆頭，轉(zhuǎn)速、進(jìn)刀速、退刀速均使用廠內(nèi)高頻高速板常規(guī)參數(shù)；蓋板方式使用普通鋁片；鉆孔后直接沉銅；試驗三種不同孔限條件：

（1）廠內(nèi)高頻高速板常規(guī)鉆孔孔限；

（2）常規(guī)鉆孔孔限+20%；

（3）常規(guī)鉆孔孔限-20%。試驗結(jié)果如表6所示。

表6 不同孔限對比驗證表

通過以上數(shù)據(jù)分析，減少20%孔限，鉆孔孔粗下降了4 μm左右；提高20%孔限，鉆孔孔粗增加了6 μm左右。說明孔限是影響鉆孔孔粗的因素之一，降低孔限可改善鉆孔孔粗。

2.4 不同蓋板方式對孔粗的影響

使用同一鉆機(jī)，使用全新鉆頭，轉(zhuǎn)速、進(jìn)刀速、退刀速、孔限均使用廠內(nèi)高頻高速板常規(guī)參數(shù)，鉆孔后直接沉銅；試驗四種不同蓋板方式：

（1）使用普通鋁片；

（2）使用涂層鋁片；

（3）使用冷沖板+普通鋁片；

（4）使用冷沖板+涂層鋁片。試驗結(jié)果如表7所示。

表7 不同蓋板方式對比驗證表

通過以上數(shù)據(jù)分析，使用涂層鋁片要比普通鋁片效果更好，孔粗約減小了1 μm，使用冷沖板輔助鉆孔孔粗下降了1 μm左右，同時使用冷沖板和涂層鋁片鉆孔孔粗下降了3 μm左右。說明使用冷沖板和涂層鋁片都能對鉆孔孔粗現(xiàn)象有所改善。

2.5 鉆孔后不同處理方式對孔粗的影響

使用同一鉆機(jī)，使用全新鉆頭，轉(zhuǎn)速、進(jìn)刀速、退刀速、孔限均使用廠內(nèi)高頻高速板常規(guī)參數(shù)；蓋板方式使用普通鋁片；試驗兩種鉆孔后不同處理方式：（1）鉆孔后直接沉銅；（2）鉆孔后烤板再沉銅）。試驗結(jié)果如表8所示。

表8 鉆孔后不同處理方式對比驗證表

通過以上數(shù)據(jù)分析，鉆孔后烤板可以改善鉆孔孔粗，孔粗下降約1 μm。

3 參數(shù)驗證

采用優(yōu)化后的參數(shù)進(jìn)行加工驗證，驗證結(jié)果如圖3所示。

圖3 改善鉆孔參數(shù)后的驗證結(jié)果圖

通過以上數(shù)據(jù)可知：使用優(yōu)化后的鉆孔加工參數(shù)及作業(yè)方式，其孔粗可控制在15 μm以內(nèi)，對5G高速材料鉆孔孔粗有明顯改善。

4 結(jié)論

本文結(jié)合鉆孔實際情況，對一種高速材料鉆孔孔粗問題進(jìn)行了排查分析。其孔粗原因主要與鉆孔參數(shù)及作業(yè)方式有關(guān)，通過工藝對比試驗，按優(yōu)化后的加工方案（轉(zhuǎn)速、進(jìn)刀速、孔限下調(diào)20%＋輔助冷沖板＋涂層鋁片），孔粗可控制在15 μm以內(nèi)，改善效果明顯，可供業(yè)界同行借鑒與參考。