印制電路板鉆孔暈圈改善

俞建星 李鑄宇 劉吉慶 陳 光

( 金洲精工科技（昆山）有限公司，江蘇 昆山 215345 )

1 暈圈問題

近年來(lái)隨著電子行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)印制電路板（PCB）制造也提出了更高的要求，機(jī)械鉆孔作為印制電路板制造的一道關(guān)鍵工序，既是實(shí)現(xiàn)層間互聯(lián)的基本紐帶，也是部分元器件的插接點(diǎn)，對(duì)可靠性及鉆孔品質(zhì)都有非常嚴(yán)格的要求，隨著新材質(zhì)及新工藝的變化，鉆孔暈圈問題也越發(fā)凸顯。

常規(guī)PCB鉆孔制程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn) “暈圈”的現(xiàn)象，也被稱之“孔口發(fā)白”，是由于機(jī)加工引起板材表面的碎裂或分層現(xiàn)象，造成內(nèi)部樹脂被撞擊而破碎或微小分層裂開，通常表現(xiàn)為在孔的周圍或其他機(jī)加工的部位呈現(xiàn)泛白區(qū)域。

當(dāng)相鄰兩孔較接近且設(shè)計(jì)是鍍覆孔，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間高溫、高濕、板材內(nèi)層破損等綜合影響后，孔暈圈會(huì)加劇陽(yáng)極絲遷移（CAF）的產(chǎn)生，銅離子會(huì)通過破損的板材移動(dòng)，形成絲狀金屬，將兩相鄰孔連通，造成電路板微短路的嚴(yán)重品質(zhì)問題。

2 改善思路

鉆孔暈圈產(chǎn)生的原因有很多，包括鉆孔流程設(shè)計(jì)、板材特性、鉆孔參數(shù)、鉆頭切削沖擊力等，都會(huì)引起不同程度的暈圈問題。目前業(yè)界暈圈問題主要集中在2.0 mm以上中大鉆頭直徑，小直徑鉆頭暈圈問題相對(duì)輕微（如圖1所示），表明暈圈大小有隨鉆頭切削力變大而惡化的趨勢(shì)。

因此從降低鉆頭切削沖擊力方面考量改善思路，一方面從鉆頭設(shè)計(jì)優(yōu)化，另一方面從鉆孔參數(shù)優(yōu)化，目的都是降低鉆孔時(shí)鉆頭對(duì)板材的機(jī)械沖擊。

3 測(cè)試方案

經(jīng)過對(duì)鉆孔暈圈影響因子的綜合分析，確定基板材質(zhì)、鉆頭設(shè)計(jì)、鉆孔參數(shù)為測(cè)試因子，選定不同Tg（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度）值板材，在相同鉆孔條件下，驗(yàn)證不同設(shè)計(jì)鉆頭及不同鉆孔參數(shù)的暈圈水準(zhǔn)。

測(cè)試材質(zhì)：Tg230、Tg150；板厚：0.50 mm；銅厚：18 μm

測(cè)試設(shè)備：Schmoll 20萬(wàn)轉(zhuǎn)機(jī)臺(tái)、基恩士檢測(cè)機(jī)、百倍放大鏡、金相顯微鏡。

測(cè)試流程：鉆孔孔口品質(zhì)確認(rèn)→表銅蝕刻孔口暈圈確認(rèn)→切片確認(rèn)

測(cè)試方案：如表1所示方案進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。

表1 測(cè)試方案表

4 測(cè)試結(jié)果

4.1 鉆頭設(shè)計(jì)驗(yàn)證

相同鉆孔參數(shù)，對(duì)比不同鉆尖角產(chǎn)品鉆孔暈圈差異，三種產(chǎn)品刀面磨損輕微，均處于正常水準(zhǔn)以內(nèi)，差異不明顯。驗(yàn)證狀況如圖2所示，暈圈有隨鉆尖角變小而減小的趨勢(shì)。

4.2 鉆孔參數(shù)驗(yàn)證

選定130°鉆頭，對(duì)比不同進(jìn)刀速率（落速）的暈圈差異（如表2所示i）。發(fā)現(xiàn)進(jìn)刀速度低可有效減小暈圈范圍，1.0 m/min暈圈范圍相對(duì)最小，暈圈有隨落速降低而減小的趨勢(shì)。

表2 不同進(jìn)刀速率的暈圈表

4.3 基板材質(zhì)對(duì)比

相同條件下，對(duì)比不同Tg值板材產(chǎn)品暈圈差異（如表3所示），發(fā)現(xiàn)高Tg值板材暈圈相對(duì)較小。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)暈圈嚴(yán)重時(shí)，板材破裂有向內(nèi)層擴(kuò)大的趨勢(shì)，可影響到下層板材，甚至板材中心層（如圖3所示）。

表3 不同Tg值板材的暈圈表

5 小結(jié)

綜合以上測(cè)試結(jié)果，針對(duì)PCB常規(guī)板材2.0 mm孔徑鉆孔，孔口暈圈改善可通過如下措施：

（1）使用小鉆尖角鉆頭（130o）；

（2）適當(dāng)降低進(jìn)刀速率；

（3）選用高Tg基材。

基金項(xiàng)目：2021年度第一批昆山市雙創(chuàng)人才項(xiàng)目，微小精密刀具先進(jìn)制造裝備的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。