印制電路板孔邊發(fā)白的分析

郭志偉 余小豐 楊 俊 徐 杰

（惠州中京電子科技有限公司，廣東 惠州 516029）

1 背景說明

2021年6月某客戶郵件告知：H566系列產(chǎn)品PCB發(fā)現(xiàn)非化學(xué)鍍銅孔孔邊發(fā)白現(xiàn)象（如見圖1所示）,目視觀察孔邊白塊與導(dǎo)體已相連,客戶認為此孔邊發(fā)白存在品質(zhì)風(fēng)險,希望我公司針對此問題以專案形式進行分析改善。從不良板觀察,有明顯的基材碎裂和微小分層裂開現(xiàn)象,全部出現(xiàn)在孔邊緣,因此可以分析為主要因素是由機械鉆孔加工時所產(chǎn)生。為此我公司組織團隊展開專項分析改善,極力減小此次客訴對我公司產(chǎn)生的影響。

2 原因分析

孔邊發(fā)白現(xiàn)象為在機械加工的孔周圍呈現(xiàn)泛白暈圈,通常由機械加工鉆孔造成。機械鉆孔孔邊發(fā)白魚骨圖分析如圖2所示。

通過魚骨圖分析排查,在機械鉆孔加工時影響孔邊發(fā)白的因素主要涉及PCB基材質(zhì)、鉆頭質(zhì)量和鉆頭參數(shù)問題,這些都會導(dǎo)致孔邊發(fā)白,這三項為影響孔邊發(fā)白的主要因子。

3 實驗驗證

3.1 實驗方案

依據(jù)分析設(shè)計了以下實驗改善方案：

（1）使用不同材質(zhì)的板料和烤板進行對比驗證；

（2）使用涂層鉆頭實驗驗證其對孔邊發(fā)白的影響程度；

（3）在孔內(nèi)設(shè)計不同的引鉆孔減輕鉆頭下鉆阻力驗證分析；

（4）優(yōu)化鉆孔參數(shù)：設(shè)置不同的轉(zhuǎn)速和進刀速進行驗證分析。

3.2 實驗設(shè)備和材料

（1）實驗設(shè)備：大族鉆機（型號：HANS-F6M）、視頻顯微鏡（型號：HD-1080）。

（2）實驗材料：常規(guī)ST型Φ3.2 mm×12 mm未涂層鉆頭和有涂層鉆頭,板料類別：FR-4、Tg（玻璃化強度）150 ℃、1.5 mm厚,蓋墊板0.16 mm厚度鋁片、2.5 mm厚度木漿板。

（3）為降低實驗數(shù)據(jù)的誤差對實驗鉆孔機臺保養(yǎng)后各項性能檢測（如表1所示）。

表1 實驗機臺性能檢測表

3.3 不同材質(zhì)的板料和烤板對比

玻璃布板材2116型號（發(fā)白問題板）和7628型號各2片,各有1片做了烘烤（溫度140 ℃,時間60 min）。

鉆頭為常規(guī)ST型Φ3.2 mm×12 mm未涂層鉆頭。鉆孔參數(shù)：轉(zhuǎn)速22 kr/min,進刀速1.4 m/min,回刀速12 m/min,壽命200 hit,疊板1塊。

測試結(jié)果孔邊仍有發(fā)白,且發(fā)白位置與導(dǎo)體相連不合格。結(jié)果表明,此兩種材質(zhì)的板料對孔邊發(fā)白沒有明顯的改善區(qū)別,目視觀察兩種材質(zhì)板料烤板的孔邊白區(qū)域大小要優(yōu)于未烤板的,白塊仍延伸到了導(dǎo)體（大于設(shè)計間距150 μm）不能滿足品質(zhì)要求。說明此板料材質(zhì)和烘烤不是造成孔邊發(fā)白的主要原因。

3.4 涂層鉆頭與非涂層鉆頭對比

使用ST型Φ3.2 mm×12 mm的涂層鉆頭和未涂層鉆頭,在相同的鉆孔參數(shù)（第3.3節(jié)中鉆孔參數(shù)）和相同的板材條件下進行鉆孔,各鉆100孔和200孔。驗證結(jié)果表明：從孔邊白塊大小和數(shù)量上看,未涂層鉆頭有3塊大面積發(fā)白,涂層鉆頭最多有2塊發(fā)白位置與導(dǎo)體連接,雖涂層鉆頭略優(yōu)于未涂層鉆頭,但仍不能滿足品質(zhì)要求。

3.5 孔內(nèi)設(shè)計不同引鉆孔驗證分析

為減小鉆頭下鉆時的切削阻力對邊發(fā)白的影響,設(shè)計了3種類型引鉆孔（見圖3所示）。通過驗證分析確認加1個引鉆孔的孔邊發(fā)白最為嚴重,其次是加3個引鉆孔的,加5個引鉆孔的要優(yōu)于其他兩種方案,但仍不能滿足品質(zhì)要求。

圖3 三種類型引鉆孔圖

3.6 鉆孔參數(shù)驗證分析

在鉆孔過程中,鉆頭的外沿線速度是很高的,鉆頭越大線速度越大,但其鉆頭的中心點是線速度很小的,也就是說,孔中心的鉆頭阻力是最大的,就像鉆頭中心是硬擠進去的,所以鉆頭的進刀速度不能太大,進刀速度太大的話,類似鐵釘去鉆鐵皮,避免不了會造成孔口及孔壁問題,為找到最佳參數(shù)做如下驗證分析,設(shè)定參數(shù)和結(jié)果如表2所示。

表2 鉆孔參數(shù)驗證分析數(shù)據(jù)表

試驗結(jié)果表明,在使用相同板材、相同鉆頭、不加引鉆孔的條件下,降低進刀速度和轉(zhuǎn)速可改善孔邊發(fā)白問題,以3.2 mm孔徑為例,表2參數(shù)1最佳,效果如圖4所示。

圖4 鉆頭參數(shù)優(yōu)化后改善效果圖

4 結(jié)語

通過鉆孔前烤板、使用涂層鉆頭、在孔內(nèi)加5個對稱引鉆孔等措施,對孔邊發(fā)白有一定程度的改善作用,但仍不能滿足品質(zhì)要求。通過優(yōu)化鉆孔參數(shù),以3.2 mm孔徑為例,轉(zhuǎn)速20 kr/min、進刀速度0.6 m/min、壽命200孔效果最佳,對此類板材改善效果較為明顯。經(jīng)過優(yōu)化參數(shù)后跟進批量生產(chǎn),未發(fā)現(xiàn)孔邊發(fā)白現(xiàn)象,客戶也未再投訴此問題。