王成勇 鄭李娟 黃 欣 李 珊 廖冰淼 湯宏群 王 冰 楊禮鵬（廣東工業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 51006）

印制電路板微孔機(jī)械鉆削研究

Paper Code: S-056

王成勇 鄭李娟 黃 欣 李 珊 廖冰淼 湯宏群 王 冰 楊禮鵬
（廣東工業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 51006）

文章介紹廣東工業(yè)大學(xué)印制電路板精密加工實(shí)驗(yàn)室對(duì)機(jī)械鉆削PCB微孔的研究工作進(jìn)展。研究了PCB機(jī)械加工的加工過(guò)程、鉆削力、鉆削溫度和鉆削質(zhì)量；分析了鉆頭磨損與斷針的主要特征及原因，分析了鉆削機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能, 提出了印制電路板高速數(shù)控鉆床的設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)制造出了具有鉆削力測(cè)定、快速更換主軸等功能、主軸最高轉(zhuǎn)速為 250 min的印制電路板超高速超微細(xì)鉆床。

印制電路板；微孔；機(jī)械鉆削

印制電路板朝著高精度、高密度和高可靠性的方向發(fā)展，使得電路板上加工的孔徑越來(lái)越小，孔的數(shù)目越來(lái)越多，孔間距離越來(lái)越密。因此，保證高品質(zhì)的微孔質(zhì)量對(duì)電子行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要[1][2]。

PCB板上鉆孔最常用的方法有數(shù)控機(jī)械鉆孔和激光鉆孔，現(xiàn)階段對(duì)于鉆孔直徑大于0.1 mm的孔，大部分使用機(jī)械式數(shù)控鉆床加工，直徑小于0.1 mm的微孔和盲孔多采取激光鉆孔方法。PCB板高集成化、薄型化、小型化也極大促進(jìn)了直徑為0.05 mm ～ 0.1 mm的微鉆需求。如何設(shè)計(jì)和選擇適應(yīng)于印制電路板材料微孔機(jī)械加工的鉆機(jī)、鉆頭、輔材與加工工藝，保證鉆孔的質(zhì)量與效率，提高鉆頭壽命防止斷針等，依然是PCB鉆削機(jī)械加工中的關(guān)鍵問(wèn)題。本文介紹了廣東工業(yè)大學(xué)PCB精密加工實(shí)驗(yàn)室近年來(lái)在PCB機(jī)械鉆削的主要研究成果。

1 PCB微孔鉆削研究

1.1 鉆孔過(guò)程

通過(guò)高速攝影觀察鉆削過(guò)程和鉆屑排屑情況，用掃描電鏡觀察鉆削形態(tài)，以及用 Deform 和 AdvantEdge FEM等軟件對(duì)鉆削過(guò)程進(jìn)行大量仿真[3][4]，發(fā)現(xiàn)FR-4板中25 μm和 18 μm厚的超薄銅箔層的鉆削過(guò)程不是簡(jiǎn)單的沖孔，而是常規(guī)的金屬切削過(guò)程，形成錐螺旋狀切屑，銅屑在排出過(guò)程中重力作用下向下彎曲并折斷，最后在微鉆的高速旋轉(zhuǎn)下甩出，如圖1所示；環(huán)氧樹脂玻璃纖維布切屑呈白色粉末狀排出，切屑中的樹脂容易在受熱條件下軟化，將玻璃纖維切屑粘附在一起形成混合切屑，如圖2所示，這種混合切屑容易粘附在孔壁形成鉆污，也會(huì)粘附在鉆尖影響鉆頭下一步鉆削，更可能會(huì)粘附在螺旋槽表面妨礙排屑。微鉆鉆削銅箔、環(huán)氧玻纖布的鉆削模型如圖3所示。

圖1 FR-4板內(nèi)銅箔鉆削過(guò)程高速攝影 (D=0.1 mm， f=0.006 mm/r，

圖2 FR-4板內(nèi)環(huán)氧玻纖布鉆削過(guò)程高速攝影 (D=0.1 mm， f=0.006 mm/r，

圖3 微鉆同時(shí)鉆削銅箔、環(huán)氧玻纖布示意圖[3]

1.2 鉆削力、鉆削溫度和鉆頭磨損與斷裂特征

在鉆削力方面[3][5]，通過(guò)微型力傳感器測(cè)量鉆削印制電路板不同層材料鉆削力動(dòng)態(tài)變化情況，并進(jìn)行仿真，結(jié)果表明，微鉆鉆削力在 0.54 N左右的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)鉆頭鉆削力；微鉆鉆削環(huán)氧玻纖布過(guò)程中鉆削力波動(dòng)劇烈，這是由于微鉆尺寸微細(xì)，微鉆鉆削玻璃纖維時(shí)只會(huì)同時(shí)鉆削在幾根玻璃纖維，軸向鉆削力會(huì)隨玻璃纖維的斷裂而急劇下降。軸向力和扭矩都隨著轉(zhuǎn)速的增大而減??；隨著進(jìn)給速度和芯厚的增大而增大；隨著螺旋角的增大，軸向力增大，而扭矩卻減小。直徑0.1 mm微鉆的典型鉆削過(guò)程軸向鉆削力如圖4所示。

在鉆削溫度方面，用紅外熱像儀測(cè)量微鉆鉆出印制電路板瞬間溫度，并進(jìn)行大量仿真，結(jié)果表明，微鉆鉆出瞬間的鉆削溫度值通常 80℃以下。鉆削溫度隨著進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速的增大而減小但隨著鉆孔數(shù)和微鉆直徑的增大而增大[3]。紅外熱像儀測(cè)出的鉆削溫度如圖5所示。

圖4 直徑0.1mm微鉆的典型鉆削FR-4板過(guò)程軸向鉆削力(D=0.1mm，

圖5 微鉆鉆削FR-4板的鉆削溫度(a)D=0.1mm， vf=120cm/min， n=200krpm，

在鉆頭磨損方面，通過(guò)掃描電鏡觀察微鉆磨損形貌發(fā)現(xiàn)（見圖6），微鉆的磨損特征主要是磨粒磨損和粘附磨損。磨粒磨損主要發(fā)生在橫刃和主切削刃上的，影響微鉆的使用壽命。印制電路板中的玻璃纖維和填料是微鉆磨料磨損的主要原因。微鉆的鉆尖和螺旋槽表面會(huì)發(fā)生樹脂混合切屑粘附磨損（見圖7），影響微鉆的切削性能和排屑，進(jìn)而使孔內(nèi)溫度累積升高，更加加劇微鉆磨損[3][6]-[9]。

圖6 FR-4板微鉆刀具磨損的常見形式[3]

圖7 FR-4板微鉆的樹脂粘附[3][6]

在微鉆彎曲斷裂機(jī)制方面[10]，發(fā)現(xiàn)斷裂是由于加工時(shí)鉆頭棱面靠近鉆尖處參與切削，在玻璃纖維的摩擦和沖擊下容易破損，導(dǎo)致切削無(wú)法正常進(jìn)行，微鉆彎曲和扭轉(zhuǎn)劇烈，最終導(dǎo)致微鉆折斷。實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果表明，受扭矩作用時(shí)最大剪應(yīng)力發(fā)生在螺旋槽底部橫截面上，其最大正應(yīng)力所在截面與鉆頭的橫截面平行；同時(shí)由于鉆斷的斷口受扭矩的同時(shí)還受壓力的作用，導(dǎo)致斷口相對(duì)純扭矩作用下的斷口要平整。扭轉(zhuǎn)載荷過(guò)大是微鉆頭折斷的主要原因，且微鉆斷裂處位于螺旋槽的根部，距離鉆尖約有一定的距離。

1.3 鉆削質(zhì)量控制

通過(guò)掃描電鏡觀察微孔切片，研究發(fā)現(xiàn)微孔表面不僅存在入口毛刺、出口毛刺問(wèn)題，還存在入口圓度誤差、入口尺寸誤差、釘頭、孔位精度、孔壁粗糙等問(wèn)題。微鉆的毛刺和釘頭主要是由微鉆磨損所造成的；微孔孔壁粗糙主要發(fā)生在環(huán)氧玻纖層中多根玻璃纖維的斷裂與脫落；孔位精度（CPK值）主要與主軸振動(dòng)特性、鉆頭直徑和鉆頭磨損有關(guān)。減小進(jìn)給速度和增大轉(zhuǎn)速可以在一定鉆孔數(shù)內(nèi)提高印制電路板微孔質(zhì)量，通過(guò)減小微鉆與印制電路板的接觸面積來(lái)提高微鉆的耐磨性進(jìn)而提高微孔質(zhì)量是最根本的路徑[3][4]。

2 鉆頭優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真發(fā)現(xiàn)，扭轉(zhuǎn)載荷過(guò)大是微鉆頭折斷的主要原因，且微鉆斷裂處位于螺旋槽的根部，距離鉆尖約有一定的距離[10]。螺旋角對(duì)微鉆性能影響最為廣泛，影響微鉆孔位精度、排屑能力、孔壁粗糙度甚至壽命；端部芯厚影響孔位精度、斷刀；根部芯厚影響孔位精度、斷刀、排屑性能、孔壁粗糙度；后角影響孔壁粗糙度、壽命；螺旋槽形狀影響孔位精度、排屑性能、孔壁粗糙度。采用有限元優(yōu)化設(shè)計(jì)法，針對(duì)較軟的板材設(shè)計(jì)的鉆頭具有增強(qiáng)排屑性能，提高孔粗的效果，同時(shí)也滿足孔位及較高的壽命；針對(duì)硬度較高的高Tg板設(shè)計(jì)的鉆頭具有較強(qiáng)耐磨損及崩口性能，在孔壁粗糙度及壽命方面也達(dá)到實(shí)際使用要求。對(duì)于大尺寸安裝孔的鉆頭，成功設(shè)計(jì)了多種印制電路板雙分屑槽鉆頭，其壽命比標(biāo)準(zhǔn)鉆頭提高一倍，使得加工過(guò)程穩(wěn)定、高效進(jìn)行，改善了鉆削孔的質(zhì)量[11]-[15]。

3 鉆削機(jī)床設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)室對(duì)印制電路板用高速數(shù)控鉆床的特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究[16]-[23]，分析了PCB高速數(shù)控鉆床對(duì)電主軸、支撐、進(jìn)給、控制系統(tǒng)、檢測(cè)技術(shù)和壓力腳等關(guān)鍵技術(shù)的要求及其發(fā)展趨勢(shì)，指出PCB高速數(shù)控鉆床具有超高鉆速、超高精度、可靠性最大化、加工效率高等特點(diǎn)，采用高速空氣電主軸技術(shù)、高剛度高穩(wěn)定性床身技術(shù)、高速和高加減速進(jìn)給技術(shù)與控制系統(tǒng)，是提高PCB高速數(shù)控鉆床的高速性能、動(dòng)態(tài)性能和加工精度的關(guān)鍵。在印制電路板鉆床系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)分析方面，建立了印制電路板鉆床系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)模型；通過(guò)對(duì)印制電路板鉆床進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析，得出印制電路板鉆床在鉆削力作用下 X、Y、Z 方向位移和加速度的對(duì)數(shù)幅頻曲線圖，發(fā)現(xiàn)橫梁是鉆床的薄弱部位，提出增加橫梁的剛度，優(yōu)化橫梁截面形狀的設(shè)計(jì)原則，增加鉆床穩(wěn)定性；最后提出印制電路板鉆床鉆削加速度頻率響應(yīng)數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)制造出了具有鉆削力測(cè)定、快速更換主軸等功能、主軸最高轉(zhuǎn)速為 250 kr的印制電路板超高速超微細(xì)鉆床。

此外，本實(shí)驗(yàn)室對(duì)印制電路板高速數(shù)控鉆床設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探討，提出印制電路板高速數(shù)控鉆床的設(shè)計(jì)原則主要包括高精度，高速度，高剛度，高可靠性，高加工效率等原則；設(shè)計(jì)方法主要包括需求功能分析，整體布局的確定，設(shè)計(jì)方案的確定，整體結(jié)構(gòu)和參數(shù)的確定。

4 鉆削加工原則

鉆削條件對(duì)軸向鉆削力、鉆削溫度和刀具磨損的影響趨勢(shì)如表1所示。鉆削條件對(duì)微孔加工質(zhì)量的影響趨勢(shì)如表2所示。

增大進(jìn)給速度會(huì)明顯增大軸向鉆削力，但是刀具磨損量卻下降了；微鉆直徑增大，微鉆與印刷電路板之間的摩擦面積增大，因此刀具磨損增大；因此若要減小刀具磨損，建議采用高的進(jìn)給速度和改善微鉆結(jié)構(gòu)以減小摩擦面積（表1）。雖然采用高的進(jìn)給速度可以減小刀具磨損，但是進(jìn)給速度的增大會(huì)造成毛刺和孔壁粗糙度的增大，因此如何減小微鉆與印刷電路板的摩擦面積應(yīng)是提高刀具壽命優(yōu)先考慮的問(wèn)題。刀具磨損減小反過(guò)來(lái)也會(huì)減小軸向鉆削力和鉆削溫度，改善孔壁質(zhì)量（表2）。

若要避免釘頭的產(chǎn)生，需采用盡可能高的進(jìn)給速度和轉(zhuǎn)速以及提高微鉆耐磨性（表2），但轉(zhuǎn)速的提高會(huì)造成微鉆磨損的增大（表2），因此要避免釘頭的產(chǎn)生，應(yīng)優(yōu)先考慮改善微鉆的耐磨性，其次是增大進(jìn)給速度。由可看出要減小毛刺的產(chǎn)生需增大轉(zhuǎn)速，但是轉(zhuǎn)速的增大又會(huì)增大微鉆的磨損進(jìn)給增大毛刺，因此要減小毛刺的產(chǎn)生，應(yīng)優(yōu)先考慮采用硬度較高的墊板，其次是減小進(jìn)給速度。同理，要獲得孔壁粗糙度，需減小進(jìn)給速度（表2）。要獲得高的孔位精度，需同時(shí)減小進(jìn)給速度和轉(zhuǎn)速。

綜上所述，減小進(jìn)給速度和增大轉(zhuǎn)速可以在一定鉆孔數(shù)內(nèi)提高印刷電路板微孔質(zhì)量，但鉆削參數(shù)的選擇存在復(fù)雜性，需要進(jìn)一步優(yōu)化。通過(guò)減小微鉆與印刷電路板的接觸面積來(lái)提高微鉆的耐磨性進(jìn)給提高微孔質(zhì)量才是最根本的路徑。

表1 FR-4板鉆削條件對(duì)微孔加工的影響[3]

表2 FR-4板鉆削條件對(duì)微孔加工質(zhì)量的影響趨勢(shì)[3]

5 撓性板鉆孔研究

在軟板方面，采用理論分析和大量的實(shí)驗(yàn)研究方法，著重從撓性板微孔鉆削過(guò)程入鉆打滑偏斜、排屑狀態(tài)、切屑形貌、鉆削力、鉆削溫度、微鉆磨損以及鉆削微孔質(zhì)量等方面對(duì)柔性板微孔鉆削工藝進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究[24]-[28]。

撓性板微孔鉆削過(guò)程中引起鉆頭偏斜打滑現(xiàn)象的根本原因是在鉆頭下鉆瞬間鉆尖部分受到橫向作用力不平衡引起的。采用蓋墊板等鉆孔輔料可以改善鉆孔過(guò)程中的鉆尖偏斜和打滑現(xiàn)象，但是不同的鉆孔輔料的搭配對(duì)鉆孔中鉆尖偏斜打滑有不同的影響的。

軟板微孔鉆削時(shí)產(chǎn)生鉆屑的形貌與進(jìn)給速度有很大的關(guān)系。在同樣的主軸轉(zhuǎn)速條件下，隨著進(jìn)給速度的增大，鉆屑的長(zhǎng)度和厚度等都隨著增大。進(jìn)給速度越大，鉆屑尺寸變大，鉆頭的排屑能力下降，鉆屑容易纏繞鉆頭。在進(jìn)給速度比較高時(shí)，微鉆鉆頭鉆削上層銅箔和鉆削下層銅箔所產(chǎn)生的鉆屑的形貌具有顯著的差異，從非金屬材料的粘膠劑粘附在銅屑的位置可以區(qū)別開鉆屑產(chǎn)生的部位。

微鉆鉆削過(guò)程中，鉆頭交替鉆削銅箔、粘膠劑和聚酰亞胺（PI）薄膜，相應(yīng)的產(chǎn)生的鉆削力的變化也是交替變化的。鉆頭鉆削銅箔、粘膠劑和PI薄膜時(shí)的鉆削力由大到小依次為鉆削銅箔、粘膠劑、PI薄膜。鉆削軸向力隨著主軸轉(zhuǎn)速的增大而減小，隨著進(jìn)給速度的增大而相應(yīng)的增大。鉆頭直徑對(duì)鉆削軸向力的影響比較顯著，鉆頭直徑越大，在相同的鉆削參數(shù)下，鉆削軸向力越大。

微鉆鉆削撓性板時(shí)鉆削溫度是由鉆削過(guò)程中產(chǎn)生的熱量的累加而形成的。鉆削溫度的高低與進(jìn)給速度和退刀速度有很大的關(guān)系，當(dāng)進(jìn)給速度和退刀速度比較低的時(shí)候，熱量不容易累積造成溫升。當(dāng)鉆削時(shí)進(jìn)給速度和退刀速度比較大時(shí)，鉆相鄰孔之間的間隔的時(shí)間比較短，熱量容易逐漸累積造成鉆削溫度逐漸升高。鉆削時(shí)采用低溫冷風(fēng)進(jìn)行冷卻可以很大程度上降低鉆削溫度。

圖8 軟板低進(jìn)給速度鉆削碎狀鉆屑[24, 27]

圖9 軟板高進(jìn)給速度鉆削長(zhǎng)帶狀鉆屑[24, 27]

微鉆鉆削軟板時(shí)，微鉆鉆尖磨損形式主要有橫刃磨損和后刀面磨損兩種。隨著主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度的增大，鉆頭的磨損會(huì)逐漸加劇。鉆孔數(shù)的增大也會(huì)加劇鉆頭的磨損。蓋墊板的組合使用方式會(huì)增大鉆頭鉆削過(guò)程的復(fù)雜性，從而對(duì)鉆頭磨損產(chǎn)生影響。

軟板孔位精度隨著主軸轉(zhuǎn)速和退刀速度的增大而增大，隨著進(jìn)給速度的增大而減小，隨著鉆頭直徑的增大快速增大。鉆孔數(shù)的增多會(huì)導(dǎo)致微孔孔位精度的降低。蓋板合理的使用方式可以有效的提高孔位精度。

微孔出入口形貌的影響因素主要有鉆頭直徑、鉆孔數(shù)和蓋墊板使用方式等。鉆頭直徑對(duì)微孔出口毛刺數(shù)量和孔入口圓度誤差等有影響。隨著鉆頭直徑的增大，出口毛刺數(shù)量增多，微孔孔徑的誤差變小。鉆孔的數(shù)目會(huì)影響微孔入口處塑性變形環(huán)的寬度，鉆孔數(shù)越多，塑性變形環(huán)尺寸越大。蓋板對(duì)微孔入口毛刺的影響比較顯著。壓力腳對(duì)微孔出口形貌的影響最為突出，若鉆孔過(guò)程中層間壓力過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致微孔出口毛刺過(guò)大。墊板的硬度也是影響出口毛刺的主要原因，出口毛刺的大小會(huì)隨著墊板表面硬度的增大而減小。

在微孔孔壁質(zhì)量方面，微孔鉆削過(guò)程中產(chǎn)生的橫向作用力和軸向作用力以及鉆削溫度是造成孔內(nèi)PI釘頭以及出入口毛刺的根本原因?？變?nèi)PI釘頭厚度以及出口毛刺高度會(huì)隨著主軸轉(zhuǎn)速的增大而有稍微減小的趨勢(shì)，隨著進(jìn)給速度和鉆孔數(shù)的增大而有稍微增大的趨勢(shì)。此外在微孔鉆削過(guò)程中，孔壁質(zhì)量方面還存在孔徑上大下小，兩頭大中間小等缺陷。

圖10 軟板鉆削軸向力基本特征[24]

圖11 不同鉆孔數(shù)對(duì)軟板鉆削溫度的影響[24][27]

6 IC載板鉆孔研究

在IC載板鉆孔方面[29][30]，通過(guò)理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和模擬仿真，研究IC載板超高速鉆削超微細(xì)孔表面創(chuàng)成過(guò)程以及熱-力多物理場(chǎng)耦合與IC載板超微細(xì)孔質(zhì)量的內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)IC載板多層復(fù)合材料超微細(xì)孔超高速鉆削加工工藝優(yōu)化。發(fā)現(xiàn)使用涂覆MVC樹脂鋁基蓋板鉆削IC載板時(shí)沒(méi)有明顯的打滑現(xiàn)象，而使用無(wú)涂覆鋁基蓋板時(shí)微鉆出現(xiàn)了明顯的打滑現(xiàn)象。鉆孔數(shù)對(duì)IC載板的微鉆磨損有很大的影響，微鉆磨損隨著鉆孔數(shù)的增多而增大，鉆孔數(shù)對(duì)IC載板的微孔質(zhì)量的影響主要與微鉆磨損有關(guān)，鉆孔數(shù)越多，微鉆磨損越嚴(yán)重，微孔孔質(zhì)量越差。

圖12 IC載板鉆孔數(shù)對(duì)后刀面磨損的影響 (a) 新鉆; (b) 1000孔; (c)2000孔; (d)3000孔; (e)4000孔.

圖13 IC載板鉆孔數(shù)對(duì)橫刃磨損的影響(a) 新鉆; (b)2000孔; (c)3000孔; (d)4000孔

7 蓋、墊板鉆孔研究

在蓋、墊板鉆削方面[29]，通過(guò)理論分析與實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的研究手段，同時(shí)充分利用計(jì)算機(jī)有限元仿真技術(shù)研究蓋/墊板在印刷電路板鉆削過(guò)程中應(yīng)用機(jī)理，研究蓋/墊板鉆孔應(yīng)用的功能性、失效性及其影響因子，研究蓋/墊板的定位、散熱、潤(rùn)滑、排屑等功能，實(shí)現(xiàn)印刷電路板鉆孔提高孔位精度、提高孔壁質(zhì)量、減少鉆污產(chǎn)生以及延長(zhǎng)鉆頭壽命，最后對(duì)印刷電路板用蓋、墊板組合以及鉆削參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究。

通過(guò)一系列鉆削實(shí)驗(yàn)與仿真，完成蓋/墊板鉆孔機(jī)理研究；通過(guò)應(yīng)用現(xiàn)有蓋/墊板進(jìn)行印刷電路板鉆孔實(shí)驗(yàn)，完成對(duì)現(xiàn)有蓋/墊板產(chǎn)品的鉆削性能評(píng)價(jià)；完成蓋/墊板失效機(jī)理及其影響因子研究；深入研究蓋/墊板的定位、散熱、潤(rùn)滑、排屑四大功能，建立對(duì)應(yīng)機(jī)理，并推導(dǎo)出蓋/墊板在其基礎(chǔ)上改良和發(fā)展方向。針對(duì)印刷電路板用各類板材，優(yōu)化蓋/墊板組合方式以及鉆削參數(shù)，獲得鉆孔質(zhì)量控制方案。針對(duì)現(xiàn)有蓋/墊板針對(duì)不同類型印制電路板用板材的鉆削過(guò)程的工藝，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)以及仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，綜合推導(dǎo)出蓋/墊板未來(lái)的開發(fā)重點(diǎn)以及發(fā)展方向，對(duì)其開發(fā)適合各種不同種類印刷電路板板材鉆孔用蓋/墊板產(chǎn)品提供基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)并開發(fā)出新產(chǎn)品。

8 展望

在硬板研究基礎(chǔ)上，目前實(shí)驗(yàn)室正根據(jù)市場(chǎng)需求，進(jìn)一步研究在0.1 mm及其以下直徑鉆頭鉆削條件下，各種新型軟板、剛撓結(jié)合板、IC載板及高頻板的微孔鉆削過(guò)程與鉆孔質(zhì)量控制方法；研究蓋、墊板等輔助板材對(duì)不同PCB鉆削質(zhì)量的影響及其設(shè)計(jì)原則；研究鉆削不同類型板材微鉆磨損與斷針機(jī)理及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法；通過(guò)PCB板材-鉆削加工工藝-鉆頭及其蓋、墊板的的優(yōu)化組合系統(tǒng)研究，實(shí)現(xiàn)PCB微孔高效高質(zhì)低成本的系統(tǒng)優(yōu)化加工。

致謝：感謝中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金（批準(zhǔn)號(hào)：51405090）、中國(guó)博士后科學(xué)基金特別資助項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：2013T60789）、中國(guó)博士后科學(xué)基金面上資助項(xiàng)目（批準(zhǔn)2012M521574）、中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金-廣東省聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：U0734007）及廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：2008B090500130）的資助。

[1]王成勇,黃立新,鄭李娟,陳明. 印刷電路板超細(xì)微孔鉆削加工及其關(guān)鍵技術(shù). 工具技術(shù). 2010 (44)∶3-10.

[2]L.J. Zheng, C.Y. Wang, Y.X. Song, et al. A Review on Drilling Printed Circuit Boards, Advanced Materials Research, 2011(188)∶441-449.

[3]鄭李娟. 微細(xì)鉆頭鉆削印刷電路板加工機(jī)理研究.博士學(xué)位論文.廣州∶廣東工業(yè)大學(xué), 2011.

[4]L.J. Zheng, C.Y. Wang, L.P. Yang, et al. Characteristics of chip formation in the micro-drilling of multi-material sheets, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2012 (52)∶40-49.

[5]L.J. Zheng, C.Y. Wang, Y.P. Qu, et al. The investigation of thrust force of printed circuit board drilling. Key Engineering Materials, 2012 (496)∶259-265.

[6]L.J. Zheng, C.Y. Wang, L.Y. Fu, et al. Wear mechanisms of micro-drills during dry high speed drilling of PCB. Journal of Materials Processing Technology, 2012 (212)∶1989-1997.

[7]L.J. Zheng, C.Y. Wang, Y.P. Qu, Y.X. Song, L.Y. Fu. Interaction of cemented carbide micro-drills and printed circuit boards during micro-drilling. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2014 DOI∶ 10.1007/s00170-014-6520-1.

[8]屈云朋. 微細(xì)鉆頭印刷電路板失效機(jī)制研究.碩士學(xué)位論文.廣州∶ 廣東工業(yè)大學(xué), 2012.

[9]Y.P. Qu, C.Y. Wang, L.J. Zheng, Y.X. Song. Wavelet transform denoise of PCB drilling force signal. Advanced Materials Research, 2012 (500)∶26-31.

[10]文軍. 硬質(zhì)合金微鉆的鉆削性能研究.碩士學(xué)位論文.南寧∶廣西大學(xué),2011.

[11]楊禮鵬. 印刷電路板支撐孔用鉆頭切削性能研究.碩士學(xué)位論文.廣州∶廣東工業(yè)大學(xué), 2011.6.

[12]L.P. Yang, L.X. Huang, C.Y. Wang, L.J. Zheng. Drilling force and chip morphology in drilling of PCB Supported hole, Advanced Materials Research, 2011 (188)∶429-434.

[13]黃立新. 印刷電路板定位安裝孔高速加工研究. 博士學(xué)位論文.廣州∶廣東工業(yè)大學(xué), 2011.

[14]L.X. Huang, C.Y. Wang, L.P. Yang, L.J. Zheng, Y.X. Song. Cutting forces of PCB supported hole. Advanced Materials Research, 2011 (188)∶435-440.

[15]黃立新. 鉆削加工的三維建模及可視化.工具技術(shù), 2009,43(6).

[16]王冰. 印刷電路板高速數(shù)控鉆床及動(dòng)態(tài)特性研究. 碩士學(xué)位論文. 廣州∶廣東工業(yè)大學(xué),2010.

[17]王冰,王成勇,湯宏群,宋月賢,陳明. 印刷電路板高速數(shù)控鉆床的特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù).工具技術(shù),2009,43(12).

[18]湯宏群. 印刷電路板微孔鉆削加工過(guò)程動(dòng)態(tài)特性研究.博士學(xué)位論文. 廣州∶廣東工業(yè)大學(xué), 2012.6.

[19]湯宏群,王成勇,王冰. 電路板復(fù)合材料高速鉆削刀具的磨損.熱加工工藝,2010, 39(10).

[20]H.Q. Tang, J. Wen, C.Y. Wang. Simulation of drilling on the copper of PCB with ultra-high-speed. Advanced Materials Research , 2011,188∶739-742.

[21]湯宏群,王成勇,王冰. 微小孔成孔監(jiān)測(cè)技術(shù).機(jī)床與液壓, 2010, 38(16).

[22]宋月賢,王冰,王成勇. 印刷電路板高速數(shù)控鉆床設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)方法的探討.機(jī)電工程與技術(shù),2014,43(5).

[23]陳志順. 高速數(shù)控鉆床斷針與鉆深檢測(cè)研究. 碩士學(xué)位論文.廣州∶廣東工業(yè)大學(xué), 2011.

[24]張欣. 柔性印刷電路板微孔高速鉆削工藝優(yōu)化研究.碩士學(xué)位論文. 廣州∶廣東工業(yè)大學(xué),2013.

[25]X. Zhang, C.Y. Wang, L.J. Zheng, et al. Experimental Study on Cutting Force of High-speed Micro-drilling Flexible Printed Circuit Board. Materials Science Forum, 2013 (723)∶401-406.

[26]王琳芳.集成電路封裝基板超高速鉆削超微細(xì)孔質(zhì)量的研究.碩士學(xué)位論文. 廣州∶ 廣東工業(yè)大學(xué), 2014.

王成勇，教授，博士生導(dǎo)師，副校長(zhǎng)，曾先后在德國(guó)不倫瑞克大學(xué)和漢堡工業(yè)大學(xué)、澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)等地從事合作研究。現(xiàn)為 “教育部機(jī)械裝備制造及控制技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”學(xué)科帶頭人；廣東省數(shù)控機(jī)床及基礎(chǔ)制造裝備總體專家組副組長(zhǎng)；International Committee for Abrasive Technology的Founding Member；國(guó)家自然科學(xué)基金重大、重點(diǎn)、杰出青年基金項(xiàng)目通訊評(píng)審專家；若干國(guó)內(nèi)、國(guó)際會(huì)議學(xué)術(shù)委員會(huì)或組織委員會(huì)委員，先后3次擔(dān)任國(guó)際會(huì)議主席。主要從事PCB機(jī)械加工研究、高速加工涂層刀具制備、模具高速加工理論及CAD/CAM等相關(guān)技術(shù)、加工材料的精密超精密與納米加工理論與技術(shù)和超硬材料及其工具制造和應(yīng)用技術(shù)等領(lǐng)域的研究工作。承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目10項(xiàng)（包括廣東聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目2項(xiàng)），863子項(xiàng)目及省部級(jí)和企業(yè)項(xiàng)目近40多項(xiàng)。已授權(quán)發(fā)明專利9項(xiàng)，實(shí)用新型專利5項(xiàng)，外觀專利1項(xiàng)，發(fā)表論文200多篇， SCI收錄50多篇。

Research on Printed Circuit Board mechanical drilling

WANG Cheng-yong ZHENG Li-juan HUANG Xin LI Shan LIAO Bing-miao TANG Hong-qun WANG Bing YANG Li-peng

This paper introduced the research progress on PCB micro-holes mechanical drilling from Laboratory of PCB precision machining of Guangdong University of Technology. The drilling process, drilling force, drilling temperature and holes quality of PCB drilling were studied. The characteristics and mechanism of drill wear and broken were analyzed. The dynamic performance of the drilling machine was also analyzed and the designation rule of PCB high speed numerical control drilling machine was proposed. A PCB high speed numerical control drilling machine with 250 min highest spindle speed was designed and manufactured.

PCB; Micro-Holes; Mechanical Drilling

TN41

：A

：1009-0096（2015）03-0051-09