PCB鉆孔成本優(yōu)化方案

郭志偉 徐杰 楊俊

（惠州中京電子科技有限公司，廣東 惠州 516029）

0 引言

過去幾年，國際形式風(fēng)云變幻，加上疫情影響，經(jīng)濟(jì)形勢(shì)嚴(yán)峻，電子電路行業(yè)遭受嚴(yán)重沖擊，加上上游板材價(jià)格持續(xù)上漲，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，成本管理對(duì)于企業(yè)的重要性更加突出。在印制電路板（printed circuit board，PCB）加工成本中鉆孔的費(fèi)用通常約占30%，所以鉆孔的成本控制需重點(diǎn)探討。本文對(duì)鉆孔輔助材料展開分析，以期達(dá)到降低成本的目的。

1 鉆頭的最大化利用

1.1 涂層鉆頭增加孔限

1.1.1 涂層鉆頭介紹

涂層鉆頭是在硬質(zhì)合金鉆頭表面涂覆一層提高耐磨性薄膜的鉆頭。鉆頭涂層的種類很多，如金剛石涂層、超硬潤(rùn)滑涂層及高端復(fù)合型涂層等，市場(chǎng)上常用的為復(fù)合型涂層。涂層的涂覆工藝原理是物理氣相沉積，形成具有超硬特殊功能的薄膜層。有了這層薄膜就如鉆頭有了一身堅(jiān)硬的鎧甲，同時(shí)也具有自潤(rùn)滑性和超低摩擦系數(shù)，可降低切削熱量，高導(dǎo)熱率可避免熱量集中，起到保持鉆頭刃口持久鋒利的作用。

1.1.2 鉆頭涂層的效果與驗(yàn)證

使用涂層鉆頭的效果：鉆頭使用孔限可以得到翻倍的提升，減少約17%的采購成本，減少50%的鉆頭翻磨次數(shù)成本，減少50%的鉆孔機(jī)換刀時(shí)間成本，對(duì)鉆孔成本的改善較為明顯。為了驗(yàn)證使用涂層鉆頭后的品質(zhì)狀況，設(shè)計(jì)了涂層和未涂層鉆頭的對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)鉆孔后的鉆頭刃面磨損和孔壁孔粗進(jìn)行驗(yàn)證，試驗(yàn)參數(shù)見表1。因目前用量最多的鉆頭直徑為Φ0.20～0.30 mm，取Φ0.25 mm鉆頭為研究對(duì)象。

表1 鉆頭孔限提升試驗(yàn)參數(shù)

如圖1 所示，未涂層鉆頭在2 000 孔時(shí)刃面磨損嚴(yán)重，涂層鉆頭在4 000孔時(shí)，放大后目視檢查刃面，磨損程度仍優(yōu)于未涂層鉆頭2 000孔時(shí)的刃面，涂層鉆頭在4 000 孔時(shí)的孔壁粗糙度為 11.03 μm，也是合格的。以上測(cè)試結(jié)果證明，涂層鉆頭滿足提升孔限的要求。

圖1 鉆頭孔限提升試驗(yàn)結(jié)果

1.1.3 鉆頭涂層方案實(shí)施后產(chǎn)生的成本效益分析

效益計(jì)算方式主要對(duì)采購成本、減少鉆孔時(shí)換鉆頭的頻率及減少翻磨鉆頭的頻率進(jìn)行分析。

（1）鉆頭采購成本分析。①Φ0.30～0.35 mm新鉆頭目前的購買單價(jià)為1.5 元/支，涂層鉆頭單價(jià)為2.5 元/支（增加1 元/支）。全新鉆頭只做一次性涂層，不需對(duì)翻磨后鉆頭做再次涂層。② 如表2 未涂層鉆頭總孔限為10 000 孔，鉆孔成本為1.5÷10 000=0.000 15（元/孔）。涂層鉆頭總孔限為20 000孔，鉆孔成本為2.5÷20 000=0.000 125（元/孔）。③每月鉆頭節(jié)約采購成本：按目前小鉆頭的用量30 萬支/月計(jì)，成本節(jié)約比率為（0.000 15-0.000 125）÷0.000 15×100%=16.67%，理論計(jì)算每月節(jié)約金額為1.5×300 000×16.67%=75 015（元）。

表2 鉆頭使用孔限對(duì)比

（2）鉆孔機(jī)換鉆頭頻率成本節(jié)省分析。目前小鉆頭的用量約為30萬支/月，每支鉆頭全新和翻磨后使用5次，按照6軸鉆孔機(jī)每換一次鉆頭用時(shí)10 s、每臺(tái)鉆孔機(jī)每天產(chǎn)值1 000 元計(jì)算。①如 表2 未涂層鉆頭總孔限為10 000 孔，換鉆頭用時(shí)為5÷10 000=0.0005（次/孔）。② 如表2 涂層鉆頭總孔限為20 000 孔，換鉆頭用時(shí)為5÷20 000=0.000 25（次/孔）。③每月鉆頭翻磨成本節(jié)約比率為（0.000 5-0.000 25）÷0.0005×100%=50%；理論上每月節(jié)約時(shí)間為5×300000×10×50%÷6=1 250 000（s），節(jié)約金額按單臺(tái)鉆孔機(jī)折算為 1 250 000÷60÷60÷24×1 000=14 467.59（元/月），相當(dāng)于一臺(tái)鉆孔機(jī)連續(xù)運(yùn)行14.5 d。

（3）鉆頭翻磨成本節(jié)省分析。目前小鉆頭用量約為30萬支/月，全新的鉆頭翻磨，按每支鉆頭翻磨1 次成本約0.10 元計(jì)算。①如表2 未涂層鉆頭總孔限為10 000 孔，故翻磨次數(shù)為4÷10 000=0.0 004（次/孔）。② 如表2 涂層鉆頭總孔限為 20 000 孔，故翻磨次數(shù)為4÷20 000=0.000 2（次/孔）。③每月鉆頭翻磨成本節(jié)約比率為（0.000 4-0.000 2）÷0.000 4×100%=50%；理論上每月節(jié)約金額為4×300000×0.10×50%=60 000（元）。

計(jì)算涂層鉆頭年度效益，節(jié)省成本約（75 015+14 467.56+60 000）×12=1793 790.72（元/年）。

1.2 萬用刀盤的應(yīng)用

1.2.1 萬用刀盤的作用

萬用刀盤常用于84 系統(tǒng)的鉆孔機(jī)上，是鉆孔機(jī)自帶的一種功能。萬用刀盤就是在鉆孔機(jī)上將常用的鉆頭依據(jù)使用頻率和用量提前排插并編輯，小鉆頭使用多排多點(diǎn)，中、大鉆頭使用少排少點(diǎn)。萬用刀盤的優(yōu)勢(shì)為：①不用每次換型號(hào)都配備鉆頭，節(jié)省了人工配鉆頭、插鉆頭和收鉆頭的工作量和時(shí)間；② 使用萬用刀盤后在換型號(hào)時(shí)，鉆孔機(jī)會(huì)自動(dòng)記憶鉆頭上次使用的孔限，可繼續(xù)使用直到設(shè)定的孔限用完。使用萬用刀盤不僅延長(zhǎng)了鉆頭的使用壽命，而且節(jié)省了換型號(hào)后一些中、大鉆頭的翻磨成本。

1.2.2 萬用刀盤的設(shè)定流程

在鉆孔系統(tǒng)頁面輸入指令OD，打開刀具編號(hào)轉(zhuǎn)換功能→輸入鉆頭直徑參數(shù)→編緝刀盤設(shè)定（依據(jù)常規(guī)用量）→輸入指令ODP，規(guī)定生產(chǎn)程序中儲(chǔ)存的參數(shù)在讀入生產(chǎn)程序時(shí)覆蓋刀具（靜態(tài)）和刀具（動(dòng)態(tài)）表中的參數(shù)→保存刀盤設(shè)定，防止誤刪后重新設(shè)定。

1.2.3 萬用刀盤使用問題分析

在實(shí)際使用中也會(huì)出現(xiàn)一些問題，最常見的是轉(zhuǎn)換不成功。萬用刀盤中沒有鉆孔資料里的刀具參數(shù)，只需在動(dòng)態(tài)參數(shù)表內(nèi)加上相應(yīng)參數(shù)即可；在輸入鉆孔程序時(shí)鉆孔機(jī)識(shí)別的是直徑，不是刀序，如生產(chǎn)程序中Φ2.0 mm刀具編號(hào)是T1，機(jī)器萬用刀盤中Φ2.0 mm 編號(hào)是T12，鉆孔程序輸入鉆孔機(jī)轉(zhuǎn)換后，在執(zhí)行T1 時(shí)，機(jī)器從刀盤中取出的刀具是T12。

此設(shè)計(jì)適用于鉆孔生產(chǎn)型號(hào)多、小批量產(chǎn)品的情況，如樣品區(qū)域等，非常方便，節(jié)省成本較少。

2 墊板成本的優(yōu)化

2.1 墊板的作用與介紹

在鉆孔流程中使用的墊板有很多種，比較常用的有木纖墊板、蜜胺木墊板及酚醛墊板等，其屬性又分為低密度、中密度和高密度。墊板的密度越大硬度越大，硬度越大在鉆孔時(shí)底面出口的披鋒越小，對(duì)槽孔歪斜的抑制越好。常用墊板規(guī)格 有1 246 mm×940 mm×2.5 mm、1 246 mm× 1 043 mm×2.5 mm 和1 246 mm×1 092 mm× 2.5 mm。墊板的作用主要為鉆孔時(shí)保護(hù)底板，對(duì)鉆孔機(jī)的臺(tái)面起到緩沖作用；其次是方便清潔鉆頭排屑槽殘留的樹脂，也有降低鉆頭溫度及提高鉆孔精度的作用。因此，墊板是鉆孔中不可缺少的輔助材料。

2.2 墊板的節(jié)省方案及成本分析

在保證原有材料密度和材料成分不變的情況下，將墊板厚度規(guī)格由原來的2.5 mm 改到 2.0 mm，以減少材料單價(jià)。原墊板10元/m2，厚度減少后為9 元/m2，節(jié)省10%。如鉆孔一個(gè)月產(chǎn)出 60 000 m2板，平均疊板3/片，每張墊板雙面可使用2次。每月用量為60000÷3÷2×10=100000（元）；月度節(jié)省100 000×10%=10 000（元），則全年可節(jié)省墊板成本費(fèi)用約 10 000×12=120 000（元）。

2.3 改變厚度規(guī)格后鉆穿問題分析

厚度由2.5 mm 改到2.0 mm，且鉆孔時(shí)不會(huì)被鉆穿。一般設(shè)計(jì)鉆入墊板的深度為0.5～0.8 mm，兩面使用還有0.4 mm余厚，如圖2所示。

圖2 厚度2.0 mm墊板鉆入深度

3 鋁片成本的優(yōu)化

3.1 鋁片的作用與介紹

鉆孔流程中使用的鋁片主要有2 種：普通鋁片和涂層鋁片。常用規(guī)格厚度為0.20、0.18 mm。鋁片的作用主要體現(xiàn)在3 方面：①散熱，鉆頭在高速運(yùn)轉(zhuǎn)情況下摩擦生熱，而鋁片導(dǎo)熱系數(shù)大，能迅速將鉆頭產(chǎn)生的熱量帶走，降低鉆頭溫度；② 提高孔位精度，鋁片有一定的彈性和柔韌性，使用鉆頭下鉆接觸的瞬間立即變形，減少運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的震動(dòng)，使鉆頭精確對(duì)準(zhǔn)被鉆孔位置，防止鉆頭偏移而造成的孔位偏差；③保護(hù)板面，防止鉆頭和鉆孔機(jī)壓腳刮傷PCB 的表面，減少板面的披鋒和毛刺。

3.2 鋁片節(jié)省方案及成本分析

鋁片在PCB 鉆孔中起蓋板作用，只能使用一次，所以使用成本較高，鋁片的厚度由原來的 0.2 mm 優(yōu)化到0.15 mm，鋁片單價(jià)將降低。如以原鋁片12 元/m2計(jì)算，減少厚度后11 元/m2，節(jié)省8.33%。

依鉆孔一個(gè)月產(chǎn)出60 000 m2板，平均疊板 3 片/疊，每月用量計(jì)算為60 000÷3×12=240 000（元），月度節(jié)省240 000×8.33%=19 992（元），則全年可節(jié)省鋁片蓋板費(fèi)用約19 992×12=239 904（元）。

3.3 優(yōu)化建議

此優(yōu)化方案適用于孔徑較?。ㄐ∮讦?.5 mm）的PCB。對(duì)于外層鉆孔，因有很多定位用的大孔（Φ3.0 mm 以上）會(huì)導(dǎo)致披鋒不良，鉆孔后需要磨板去披鋒處理。

4 結(jié)語

綜上所述，通過改用涂層鉆頭、優(yōu)化墊板與鋁片厚度達(dá)到節(jié)省成本的目的，按照每月生產(chǎn) 60 000 m2板計(jì)算，改進(jìn)方案可節(jié)省約215 萬元/年。以上改革方案符合企業(yè)“提效降本”的方針。對(duì)于規(guī)模更大的企業(yè)，產(chǎn)生的效益也會(huì)增加。