参数计算.docx

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参数计算

蓋板及墊板

蓋板的使用

使用蓋板目的在防止壓力腳在銅面上壓傷、減少進孔性毛頭、減少鑽頭搖擺使鑽尖中心容易定位。

故蓋板本身要平滑、平坦、堅硬、不會出現彎翹、不增加鑽溫。

常見的實心鋁板並不好﹐當其厚度超過4mil時﹐即會增加鑽頭上的鋁屑﹐降低切屑率並且也帶給鑽頭更多的熱量。

墊板的使用

墊板是放在待鑽電路板的最下層﹐也就是鑽頭衝程的終點。

其功用在防止鑽機面受損﹐防止出孔口之毛頭（Exitburr）﹐並希望能降低鑽尖處的溫度﹐進及減少鑽頭的扭斷。

因再鑽尖衝程的終點處﹐因磨擦之總發熱使該處的溫度最高﹐逼使該處的塑膠也被高熱所軟化﹐故稱為PlasticZone。

若墊板材料不好時（如酚醛樹脂）﹐會軟化而包住鑽頭外緣的MarginRelief,並進入退屑槽（鑽溝）中﹐而被拉回到孔壁。

一來增加咬死磨擦阻力﹐使鑽頭容易扭斷﹐一般斷針的90%是發生在拉回時。

二則帶回的軟化樹脂會污染PCB的孔壁。

鑽頭的材料是碳化鎢（WC）﹐其傳熱非常不好。

故墊板中所用樹脂的Tg不可太低。

其本身硬度要軟﹐使鑽尖及PCB孔壁都不致受傷﹐但墊板的板面又要很硬才能防止出孔口的毛頭。

當然墊板本身尺寸要穩定﹐厚度要均勻、要平坦不可彎翹。

下圖顯示使用酚醛樹脂墊板後鑽尖的情形

表MarginRelief處積附了不少酚醛的膠渣﹐是再增加溫度的原因﹐

處表已熔化的酚醛膠渣包在外徑上﹐拉回PCB孔中時必定污染孔壁﹐此種酚醛樹脂膠渣很不容易用重鉻酸化學除膠渣法予以盡除﹐常會造成孔銅與內層導體的不通或局部斷路.

鑽孔概談

1、般鑽孔原理:

鑽孔屬於切屑行為的一種﹐因此原理與一般切屑大致相同:

一般而言﹐有二個運算公式在鑽孔上廣泛地被運用到:

S.F.Mx12

1.R.P.M=

πxD

2.I.P.M=R.P.Mxchipload

首先介紹上述二個公式的各個單位:

（1）R.P.M=鑽針旋轉速度﹐轉/分﹐即每分鐘有幾轉（RevolutionPerMinute）。

（2）S.F.M=表面切削速度﹐呎/分即每分鐘鑽針上的刀口在板子表面上切削距離或長度（SurfaceFeetPerMinute）。

（3）D:

鑽頭直徑（Diameter）。

（4）I.P.M:

進刀量﹐吋/分﹐每分鐘進刀深度有多少吋（InchPerMinute）。

（5）chipload:

進刀量﹐mil/轉﹐每轉一週進刀深度有多少mil,於此簡單介紹

S.F.Mx12

R.P.M=公式之來源。

πxD

上圖為鑽尖部份之平面示意圖﹐棕色的部份為第一面（primaryface）﹐其前緣AB及CD為刃唇;A及D為刃角﹐孔壁的好壞刃角要負很大的責任﹐因為它們是最後與孔壁接觸的部份。

A、B與C、D為刃唇（cuttinglip）當A點旋轉一週時﹐其所切的直線距

應為圓周的周長﹐即2πr=πd所以﹐

在板子上的表面切削距離=2πr=πd而S.F.M之單位為呎/分1呎=12吋

R.P.Mx（2πr）R.P.MxπxD

因此S.F.M==

1212

在鑽孔作業中﹐轉速與進刀速的搭配對孔壁品質有決定的因素﹐甚至影響到鑽頭的使用壽命與鑽軸spindle的使用壽命﹐因此如何找出轉速與進刀速的最佳搭配條件﹐實為鑽孔室一大責任。

一般而言﹐從孔壁的切片情況﹐可約略看出轉數與進刀速搭配的好與壞﹐倘若二者搭配不好﹐則孔壁就會產生孔壁粗糙（roughness）,膠渣（smear）、毛頭（burr）釘頭（nailhead）但有些工廠沒有孔壁切片的設備﹐對鑽孔條件之設定是否適當?

在此提供一些簡易斷別方式:

（1）可從R.P.M及chipload之條件概略判斷鑽孔時溫度的升降情況﹐一般言之﹐當R.P.M增加時﹐所增加的動能會使鑽孔中與孔壁所摩擦產生的熱也隨之增加﹐又當chipload減低時也因鑽頭停留在孔壁中的時間增長﹐使得磨擦增多﹐造成積熱也就增多（積熱是膠渣形成的主要因素）。

（2）可從鑽頭的磨耗情況來判斷所使用的R.P.M及Chipload是否恰當:

（a）若鑽尖WEB之實體部份有過份磨耗時﹐就表示所採用的chipload太高了。

（b）若由鑽頭檢驗儀器發現鑽頭刃唇（cuttinglip）過份磨耗﹐則表示所採用的R.P.M太高。

通常一般建議所採用的條件如下:

對雙面板﹐S.F.M約在500至600之間。

對多層板﹐S.F.M約制在550至600之間。

而Chipload則設定在2mil/rev至4mil/rev之間。

當然從量產觀點視之﹐較高的chipload是可以增加量產﹐但對鑽頭使用壽命卻需冒險試之﹐一但斷了鑽頭反而使鑽頭成本增加;另外﹐對大鑽頭而言﹐太高的chipolad對鑽孔機的鑽軸spindle之TrustEndPlate也會造成磨耗導致spindle﹐常需送修。

因此﹐為求得良好的孔壁品質﹐降低鑽頭耗用成本﹐延長鑽孔機壽命﹐必須投入很大的心力去研究鑽孔條件的設定。

2、小孔徑的技術:

由於表面黏裝修技術（SurfaceMountTechnology）的問世﹐使得鑽孔的孔徑愈來愈小之趨勢﹐因此對微小孔徑的鑽孔技術也顯著的引起多家公司的研究﹐在筆者也曾投入長時間的研究﹐不儘在微小孔徑的鑽孔﹐甚至後製程的鍍通孔、電鍍、噴錫……等方面也作相當的瞭解﹐因此已漸有微小孔徑之量產經驗。

在談微小孔徑鑽孔之前﹐先介紹兩種新式鑽孔方法:

（1）DoubleDrilling:

即分二次用兩支鑽頭將微小孔鑽通﹐第一次採用刃長較短之鑽頭先鑽出一個導孔guidehole﹐再以較長之刃的鑽頭將微小孔鑽

（2）SteppingDrilling:

即一微小孔徑以同一支鑽頭作分段式鑽出。

備註:

（1）先看所使用鑽頭的刃線長度﹐因為此項的因素關係到量產多寡的決定﹐由刃長長度來決定一擊可鑽多少。

（2）計算鑽孔之從橫比（AspectRatio）﹐若此從橫厚徑比值愈高﹐則鑽頭斷針之機率也愈高﹐因此如何降低縱橫厚徑比便成為一項重要條件﹐通常可以考慮使用較薄的上護板或蓋板（EntryBoard）及減少鑽頭鑽入下墊板（BackupBoard）之深度著手;當然下墊板的材質對孔壁品質有很大的關連﹐選用好的下墊板可以降低鑽頭斷針比率﹐提高孔壁之品質。

另外﹐很重要的一件事﹐即千萬別忘記將鑽孔排屑所需深度考慮到刃長裡面去﹐否則鑽孔所產生之屑無法排出﹐依然會造成斷針。

（3）鑽孔機的各項功能必須加以檢查確定;首先必須確定spindle之偏心runout在0.0004”TIR以下,runout愈大﹐則斷鑽頭之比率愈大。

其次﹐在多軸鑽孔機上進行微小孔徑之量產時﹐各支spindle之z軸下降深度必須設法調整至一致﹐以避免造成各支spindle之鑽孔厚徑比相差太大;當然鑽頭套頭環collar之設定深度有關﹐也因此對套頭環之深度必須加以嚴謹控制。

第三﹐對壓力腳作業壓力的設定也需考慮提高﹐以確保板子在平坦之情形下鑽孔。

最後﹐多層板之固定PIN板之必須平坦且厚度均勻﹐以達一致之鑽孔厚徑比。

（4）在經過上述三項之確定後﹐接下來就是轉速、進刀速與退刀速之設定;在微小孔徑之鑽孔時﹐除了轉速與進刀速之設定外﹐退刀速的設定卻常被忽略﹐因此﹐與常引起鑽頭斷掉。

首先談轉速設定﹐在上節中曾提到通常曾提到通常一般建議S.F.M值設定於500至600之間﹐因此﹐在鑽微小孔時﹐若將其換算成鑽孔機所使用的R.P.M時﹐發現其R.P.M值往往大於鑽孔機之最大轉速甚多﹐所以鑽微小孔時通常將轉速設定至最上限﹐這也是鑽孔機性由轉速80000rpm不斷發展至今的120000rpm即為其中理由之一。

其次談進刀速之設定﹐因鑽微小孔時之進刀速非常慢﹐會大大影響產量若提高進刀速則容易引起鑽頭斷針﹐因鑽刃太微小了﹐不易取出已折斷部份便會造成板子報廢。

因此在衡量斷針與產量情況﹐必須找出較高之chipload使其不斷針並有良好孔壁品質。

最後﹐退刀速常被忽略也會引起斷針﹐因此一般建議在鑽微小孔時﹐降低退刀速至100IPM與200IPM間可以減低退刀時對鑽頭之衝擊。

總之﹐基於孔壁品質、斷針與產量三方面考慮﹐找出適當之條件搭配是很重要的。

（5）鑽頭的檢驗與攜取也是很重要;因為微小孔徑之鑽頭刃部很細﹐很容易於檢驗時及攜取使用時就造成報廢﹐增加成本之耗費﹐因此對此微小鑽頭必須付予更多謹慎小心﹐確保鑽孔機所使用的鑽頭是在良好情況的。

3、鑽孔室之評估:

在印刷電路板的製程中﹐除了製程各種作業條件需嚴謹設定外﹐人員的管理與教育亦非常重要!

鑽孔流程更是需要強調管理與教育的重要性;筆者深深體會良好的管理可以降低耗用成本﹐提高產能﹐降低不良率。

因此下面將簡要談如何評估鑽孔室流程?

即良好的製程管理。

1.鑽頭:

（1）進料檢驗:

a.檢驗者必須接授受適當訓練以瞭解對新鑽頭與再研磨後鑽頭之檢驗方式及比率。

b.檢驗鑽頭儀器之立體顯微鏡倍數及光源亮度必須足夠﹐使檢驗者以看清鑽頭各面。

（2）領用、傳送與儲存:

a.鑽頭拿取必須謹慎小心以防止脆性高的碳化鎢鑽頭之可能受損

b.量取鑽頭直徑時必須謹慎小心﹐避免易脆的切削邊緣受損﹐最好使用光學無機械接觸式量測儀。

c.上套頭環也應謹慎小心﹐以避免賺頭崩裂缺角﹐並應禁止使用無足夠緊持力之套頭環。

d.在鑽孔室中﹐鑽頭必須採防止受損的方式來包裝與運送。

e.千萬不可將鑽頭一把抓。

f.操作員應接受鑽頭機何圖形與缺點認知訓練。

g.鑽頭需以最不可能受損的方式儲存﹐對新鑽頭、待磨品及磨成品必須加以標簽或塗顏色並分開存放。

（3）研磨:

a.必須選用適當的鑽石砂輪粗細度以研磨出優良品質的鑽尖面;對大鑽頭與小鑽頭必須選用不同的鑽石砂輪粗細度。

b.研磨機應適應週期性測量其馬達與spindle是否有過份震動﹐並量取spindle之runout值。

c.研磨後之鑽頭必須做100%檢查﹐當然研磨人員也必須訓練對鑽尖幾何圖形之判斷與機器之設定。

d.因位基板上的樹脂在鑽孔時會殘留在鑽頭刃溝內﹐因此部份需在鑽頭研磨後再行清洗﹐以除去殘膠﹐減少磨擦發熱;不管清洗方式採用何種進行﹐最重要的是不可損及鑽頭。

2.鑽孔變數:

（1）轉速與進刀速:

轉速與進刀速之設定應經實驗證明為適當數值後﹐即以書面明定各種條件之設定值。

另不當的轉速與進刀速配合也常引起大鑽頭的纏屑問題﹐分析其致成原因有二:

第一是鑽尖角度不對。

第二是進刀速對此纏屑問題可迎刃而解。

（2）一支鑽頭的鑽孔數必須經由實驗決定﹐不可任意由操作員自行決定﹐以有效控制品質。

（3）疊板數的決定很重要﹐尤其對微小孔徑而言﹐更必須注意最上一片與最下一片之對準度（registration）。

（4）上蓋板與下墊板之選用亦對品質有重要影響。

3.機器之維護

（1）鑽孔機:

鑽孔機是屬非常精密的機器﹐因此一般日常保養維護非常重要﹐通常隨機附帶的保修手冊都有詳盡說明保養之週期與方法﹐此處就不多談!

與鑽孔較有關係的是runout與L-pattern測試:

a.runout:

通常不可超過0.0005”,在微小孔時必須不超過0.0002”﹐否則容易斷針。

b.L-pattern:

測試機器整體性的精確度﹐必須週期性測知﹐以瞭解機器之情況。

（2）研磨機:

對鑽石砂輪應定時施予適當的整平工作﹐以期研磨出高品質之鑽頭。

4、結論:

高品質與大量產是一個生產單位所企求的目標﹐而技術的提升與人員的管理訓練實為二項重要因素﹐二者密切配合不儘可提升品質並可增加量產。