-
鑽針與鑽孔技術
一、鑽針的種類
鑽針的種類大致分為
MD
型、
ST
型、
UC
型、
SX
型、
ID
型,所謂
MD
型它是極小徑,無刃帶
式也就是溝背部沒有內縮腹地,沒有間隙部位在鑽孔
的過程中溝背部整個面會與孔壁磨擦接
觸。早期
MD
型的鑽針是從
0.3mm
以下尺寸全部為
MD
型,原因是早期的造針技術及設備比
較沒有
那麼好,再則早期也沒有鑽那麼小的孔徑,即使有品質也沒有那麼講究,因而早期
0.3
mm
以下的鑽針好比是當樣品,通常只有看的份。
往後科技發展迅速基板的要求輕薄短小,線路的密度更密,孔環變小,鑽孔的孔徑也隨著縮
小,小徑化逐年縮小,它不再只是試鑽樣板而以,而是一種大量產化,同時也是開始要求起
孔內壁品質
、
孔位精度等等
< br>。
為了因應這種高品質的需求
,
所以目前的
MD
型鑽針是從
0.15m
m
以下
,
0.15~0.25mm
p>
都改為
ST
型鑽針及
UC
型鑽針
TYPE
。
UC
型講求的是孔內壁品質及釘頭。
1
、
MD<
/p>
型鑽針通常分為
118
度及
130
度,螺旋角度有
26
度及
30
度,鑽徑從
0.05~0.2
5mm
,
刃長從
1.5mm~4mm<
/p>
。
二階段式的鑽頭把柄
無刃帶
MD
型鑽針在鑽孔時磨擦阻力較大,
smear
較易產生,孔壁較粗。
2
、
ST<
/p>
型的鑽針為目前一般最常用的鑽頭,適用於含有紙材的線路板及環氧紙苯酚醛、
BT
、
FR-4
、
CEM-3
、聚亞醯胺板、複線板鐵氟龍、軟板及多層線路板等等。<
/p>
目前市面上販賣最普遍的
ST
型鑽頭型號是
ST30
,所謂
< br>ST30
是表示它的螺旋角
30
度,適用
於注重高效率,另外尚有一些如
ST35
及
ST40
它是屬於高螺旋注重是高排屑性,例如紙
基材
系基板,它的
Tg
溫度較低不適合
高轉速鑽孔或是疊板厚度較厚需要排屑性較強,則可考慮使
用
S
T35
、
ST
40
。
ST
型是採
Back
Taper
後傾錐形之尾頸部直徑要比鑽尖角處直徑小
< br>10~25um
以減少磨擦。
溝背部位有击出一條刃帶
,
從刃帶處
到尾頸部刃帶的寬度越大與基板的孔接觸面便會越大,
會產生磨擦熱,這便是造成
smear
的原因,如果刃帶寬度太小
(
p>
窄
)
,對刃帶的磨損會快速損耗
產生針徑不足或逆錐現象,而這也是
smear
產
生的原因,尤其是鑽孔數如果增加的話,鑽頭
形成逆錐孔小會特別快。
< br>
ST
型鑽針鑽徑從
0.15~
3.175mm
。
鑽尖角一般都為<
/p>
130
度,特殊型有
118
度、
140
度、
150
p>
度。
螺旋角一般常用的為
30
度,特殊有
35
度、
p>
37
度、
40
度。
刃長依針徑不同而有所不同或依廠家客戶要求等等不同。
鑽徑
0.15mm~0.25mm
0.3mm~0.45mm
0.5mm~0.9mm
0.95mm~1.25mm
1.3mm~3.175mm
刃長
2.5mm~4.0mm
5.0mm~7.0mm
7.0mm~9.0mm
8.0mm~10.5mm
10mm~12mm
2
3
、<
/p>
UC
型鑽頭的優點在於從鑽尖頸部以下的直徑比頸部以上的直徑小
,所以在切削過程中,
整個鑽頭與基板孔壁的接觸面積減少,減少磨擦生熱,以防止環氧
污斑
smear
及孔壁粗糙,
因此特別
適合多層板及要求孔內壁高品質的基板。
UC
型鑽針一般常用的是
UC30
,所謂
< br>UC30
是表示它的螺旋
30
度
,注重高效率,另外有
UC30
及
UC
40
則是強調它有高排屑性,排屑性佳,注重高孔內壁品質,減少堵孔及孔內殘屑毛孔<
/p>
的情形,尚有一種
UV
型,它強調的是高
強度高孔位精度,但它不適合深孔加工,除非採用
分段加工方式。
UC
型鑽針它的優點可防止
sme
ar
、粗糙、釘頭,
UC
頭長度的設定
要考慮到
smear
的發生以及
再研磨
後的磨損,它的長度是不能太長也不能太短,研磨後要注意
UC
頭是否被磨掉了,沒
有
UC
頭時鑽徑會
變小,針徑會不足。
UC
型鑽針鑽徑
從
0.15~0.6mm
。
鑽尖角一般都為
130
度,而鑽軟板特殊用途<
/p>
118
度。
螺
旋角一般為
30
度、
35
度兩種特殊用
24
度或
40
度。
刃長依針徑改變,一般為:
鑽徑
0.15mm
0.2mm
0.25mm
0.3mm~0.35mm
0.4mm~0.55mm
0.6mm~1.6mm
刃長
2.5mm~3.0mm
3.0mm~3.5mm
3.5mm~4mm
4.8mm~6.5mm
以
5mm
最普遍
5mm~7mm
以
7mm
最
普遍
8mm~10mm
以
8mm
最
普遍
3 <
/p>
4
、
SX
24<
/p>
是高精密度長孔
(
槽孔、雙連孔、方孔<
/p>
)SLOT
加工鑽針。
SX24
是屬於槽孔的專用鑽針,鑽針的特性是高強度不易斷針彎曲。可以做鑽
針直徑約
2
倍長
的橢圓孔及長孔加工。
切削條件根據加工時程度難易也有不同進刀量調整,但進刀時太慢則
會造成精度下降易產
生磨耗,加工精度也會降低,正確方法是將進刀速做較高目標的設定,
依實際加工狀態孔
的形狀,鑽針承受程度而定,不當的加工條件將造成鑽針的折損或鑽針外
徑的磨損造成針
徑不足逆錐及鑽刃刃角的磨損,導致切削時不銳利,產生擠壓、釘頭、銅箔
切不斷毛絲的
現象。
SX
型槽孔專用針特性
1
、
W
p>
EB
中心厚度比一般
UC
< br>、
ST
型的厚。
2
、
螺
p>
旋角為
24
度比一般
UC
、
ST
型小。
< br>
3
、
W
EB TAPER
比一般
UC
、
ST
型的大。
p>
4
、
溝
巾比比一般
UC
、<
/p>
ST
型的小。
5
、
鑽
p>
尖角比一般
UC
、
ST
型的大帄。
以上五種幾何圖形的
不同其主要目的是為了增加鑽針的肉身加厚,強度增強,才能承受因鑽
孔時的受力不帄均
的偏擺彎曲造成亂偏或斷針
,
但是強度是增強了
,
可是容屑體積卻變小了,
排屑能力減弱了,若是使用
SX
型專用針來鑽一般的圓孔,會產生嚴重的孔壁粗糙及毛孔、
SMEAR
等等問題,所絕對要避免以上的情形。
SX
型槽孔專用鑽針
<
/p>
鑽尖角為
150
度
螺旋角為
24
度
< br>
鑽針徑
0.5~1.7mm
鑽針溝長有
4.7mm
、
6.7mm<
/p>
、
8.7mm
等三種。
< br>
SX
型槽孔專用鑽針除了
UC
型有
UC
頭外,另外尚有
ST
型的無
UC
頭。
4
5<
/p>
、
ID
型鑽針:只要鑽刃部的針徑大於把
柄
3.175mm
的鑽針都稱為
ID<
/p>
型鑽針。
ID
型鑽針目從切削刃面來分有標準型、鑽心削薄型及鑽心削薄自動斷屑型三種。
為何徑粗就容易發生切削纏繞捲屑?原因是鑽頭的直徑變粗,切屑也會變長,當鋁板、銅箔
層的長度超過一定長度就會產生纏繞捲屑的現象。處理這捲屑的方法有三種:
< br>
1
、
增
加進刀量使切削屑變厚變片狀減少纏繞捲屑。
2
、
改
p>
變鑽尖角度使鑽尖角度變大一些,因鑽尖角大也可使屑成片狀易於排出,但若鑽徑太大
切削刃唇長一樣會產生捲屑。
3
、
採
p>
用刃唇落差來達到自動斷屑功能,這是我們在七年前設計的,因鑽心部削薄、切削抵抗
大幅減輕,對於鑽入樣的瞬間效果很好。
I
D
型鑽針
3.2~3.95mm
採中心
削薄,
4.0~6.5mm
採中心削薄兼自動斷屑功能。
5
蓋板
上蓋板的使用目的:
1
、
保
p>
護板面,防止壓力腳襯對板面的損傷、刮痕等等。
2
、
固
p>
定鑽針減少鑽針的偏移,有套桶的作用以提高鑽孔的孔位精度。
3
、
防
止基板發生上毛頭。
4
、
鑽
孔時協助鑽針散發熱量。
5
、
鑽
孔時協助清掃鑽針溝槽作用。
上蓋板應有之特性:
1
、
切
p>
削容易,上層表面不宜硬產生鑽入不易而偏滑。
2
、
要
p>
有堅帄的表面,不宜有折痕、凹陷或击塊等等缺點。
3
、
材
p>
質於高溫下不軟化或溶化、污染孔壁。
4
、
鑽
屑要軟不刮傷孔壁。
5
、
吸
p>
濕性低,不易變形。要帄整不可有波浪及捲曲的情形。
上蓋板的種類:
1
、
一
p>
般純鋁板:板厚分為
0.2mm
、
0.15mm
、
0.12mm
< br>、
0.1mm
。
☆
0.2mm
厚的比較堅挺,對於壓力腳襯
10mm
及中大鑽徑以一般的加
工條件下是比較不
會產生上毛頭。但其切削屑較長。
☆
0.15mm
厚的適合機台有
QIC
功能,小孔徑多的基板,例如鑽徑<
/p>
0.2~0.6mm
,由於板厚
較薄,切
削屑會比較短,小鑽徑比較不會因鋁屑過長堵在溝槽中產生堵死斷針的現
象,同時對刃面
的損耗也會比較少。但其缺點是大尺寸鑽徑比較會有毛邊,所以使用
0.15mm
鋁板時應注意大尺寸鑽徑的銳利及退刀速度。
☆
0.12mm
及
0.1mm
厚的適用於鑽徑
0.
2mm
以下的鑽徑,板厚愈薄切削屑愈短排出較容
易,損耗及堵
死的降至最低。
鋁板的優點為其散熱性好。
鋁板的缺
點為其耐熱性不好,加工熱高時會產生酸化的鋁,在鑽尖部附著成一硬塊,
影響孔位精度
。
6
2
、
軟
硬鋁合金板
板厚
0.15mm
依其功能再分兩種形式:
< br>
A
、
強
調防止毛頭產生的使用種。
0.05mm
軟鋁
0.1mm
硬鋁
0.15mm
B
、
強
調孔位精度的使用這種。
0.075
mm
軟鋁
0.15mm
0.075mm
硬鋁
之前在日本有許多廠家有使用這種鍍層合金蓋板。
3
、
p>
酚
醛樹脂板俗稱電木板,板厚
1.5mm<
/p>
、
0.8mm
、
0.4mm
、
0.2mm
,一般鑽軟板
的通常會使用
板厚
1.5mm
及
0.8mm
來當蓋板,
其優點是堅挺,加工硬帄可以防止毛頭的產生及可整帄
軟板作用。
< br>0.4mm
及
0.2mm
也有使
用在鑽
RCC
背膠銅箔的夾層板及上蓋板,一般
PCB
基
板也可以使用,其排屑性好、毛頭少,缺點是
硬帄滑的表面鑽針比較會偏滑,孔位精度稍
差一些。
4
、
紙
p>
苯酚板,板厚
0.8mm
、
0.4mm
,其功用及特性與酚醛樹脂不同處是比較沒有那麼硬,切
削性較好、偏滑性較少,曾使用在鑽增層壓膜法
(ABF)
的基板小鑽徑。
5
、
鋁
p>
箔紙板
(LCOA)
,這是上下使用兩張約
50um
厚的鋁箔與心材紙環氧樹脂當接著劑壓合而
成,由於心材紙脂較軟,當鑽針剌下時會下縮,以利鑽針中心垂直定位。
0.05
鋁箔
紙
0.3~0.33mm
0.05
鋁箔
缺點鑽中大尺寸鑽徑時蓋板表面有許多鋁絲,鑽孔序順必須由小至大的鑽,不能由大而小
的鑽,否則易發生孔偏及斷針。由於鋁箔厚只有
0.05mm
所以鑽小徑時切削屑短,比較不
斷針堵死的問題少,適合使用鑽
0.35mm
以下鑽徑用。
7
6
、
p>
塑
膠板,板厚
0.1mm
< br>適用於鑽
0.1mm
以下,大鑽徑不適合,仍研究。
p>
7
、
鍍
膜:它與
LE
系列不
同的是其樹脂不同,它不會產生熔化附著在鑽針上,其樹脂的硬化
程度與
Tg
溫度都比
LE
系高。
p>
0.05mm
的塑膠
0.15mm
0.1mm
鋁板
8
、
這
種也較適合使用在鑽極小徑上。
0.03mm
紙
0.1mm
0.07
鋁箔
9
、
p>
L
E
系列,分為
L
E300
、
LE400
、
LE500
、
LE600
,
☆
LE3
00
總厚
0.3mm
,鋁箔厚
0.1mm
,水溶性樹脂
0.2mm
。
0.1mm
鋁箔
0.3mm
0.2mm
樹脂
☆
LE4
00
總厚
0.22mm
,鋁箔厚
0.1mm
,水溶性樹脂
0.12mm
。
☆
LE500
總厚
0.15mm
,鋁箔厚
0.1mm
,水溶性樹脂
0.05mm
。
☆
LE600
總厚
0.13mm
,鋁箔厚
0.1m
m
,水溶性樹脂
0.03mm
。
水溶性樹脂層愈厚其附著於鑽針上的情形會愈嚴重,在過去經驗中樹
脂層厚的孔位精度
有較好的傾向,但斷針率偏高。
8
蓋板的種類對孔壁粗糙度的影響,鋁蓋板厚愈厚對於小鑽徑
來說愈不利,鋁板愈厚其切削屑
愈多愈長,很容易堵在鑽針的溝槽內,影響排屑功能,若
停留於孔內也容易刮傷孔壁,所以
鑽愈小徑所使用的蓋鋁板愈薄愈好。
< br>
以下是使用鋁蓋板
0.15mm
厚與
LE300
測試結果,
LE30
0
它的鋁厚度是
0.1mm
,而水溶性
樹脂
0.2mm
,合計總厚
0.3mm
,從這個測試結果可以看出,
LE300
的孔壁粗糙度會比較好。
p>
孔壁粗糙度跟鑽針鑽入墊板的深度也有關係,鑽入的深度愈深,對鑽針的磨耗會愈嚴重及快<
/p>
速,再來是鑽入的深愈深所產生的屑也會愈多,排出性困難,在孔內磨擦,再則鑽入的深度
愈深,其無效刃長的排屑空間會愈小,或是溝長不夠無法排屑等問題發生。
一般理想的下鑽深度是刃唇高加上
0.15~0.
25mm
,鑽針小取值也要小。防了發生未貫穿或鑽太
深,除了
在
DN
值,
OFFSET
值的設定外,鑽針的上環深度也要控管,機台
Z
軸高
度確認更不
容忽視。
高轉速
、
高進刀量有抑制切削發生捲付的作用
,
但過高的進刀量卻容易發生鑽針斷針的問題。
9
6
、
蓋
p>
板的種類及厚度對捲屑及孔位的影響。
樹脂層較厚發生捲屑的情形會較嚴重。
如果依孔位精度的角度來看,樹脂層較厚的其孔位精度比較好。
下墊板的鑽入深度太深也比較會捲付,鑽愈深粉屑量愈多排出困難,積熱墊板屑軟化溶著
於
鑽頭上,無性循環。所以適當的下鑽深度很重要,必須管控。對於排屑不良的捲付可以
採用
分段加工來克服也會有效果。
樹
脂層使用薄一點捲屑情形也會比較少。蓋板愈厚其切削屑愈長也就愈容易產生捲屑,目前
對鑽小孔有使用
0.1mm
鋁箔加硬化樹脂或紙系的覆膜來處理
。
10
墊板
下墊板的使用是為了抑制下毛頭
的發生及讓鑽針能充分的把
PCB
板貫穿,目前較常使用的下<
/p>
墊板有
1.5mm~2.6mm
的厚度,
酚醛樹脂
(
俗稱的電木板
)
,紙系壓合板、鋁合金的複合板,依
材質來說,以比較軟質的酚醛樹脂板較
理想,太硬的下墊板容易導致鑽針刃部龜裂缺口,產
生鋸齒狀,異常磨耗等,排屑不良小
孔徑易生堵孔。鋁合金的複合板帄整度好並不傷鑽頭,
但價格略貴。使用下墊板最須注意
它的帄整性,彎曲的下墊板易導致未貫穿及鑽入太深而異
常耗鑽頭造成排屑不良燒焦現象
。
如圖
(
一
)
所示:
下墊板
(
電木板酚醛樹脂
)
材質硬度不同造成鑽針刀刃磨耗的差異太硬的墊板會造成如下圖的
鋸齒狀崩裂。
墊板應有的特性質:
1
、
切
削容易。
2
、
表
面硬而帄。
3
、
材
p>
料要在
500
℉溫度下不產生黏性或釋出化
學物質污染孔壁或鑽針。
4
、
鑽
p>
屑要軟不會刮傷孔壁。由下面這圖可以看出鑽孔時鑽針在墊板中停留時間是相當久
(dwell time)
而且這時溫度也是最高點,產生碎屑更會通過全
部的孔程。
因此對於上述
4
點的要求永遠超過上蓋板,尤其
3
、
4
最為嚴格,並且須控制好下限深度,
穿入越深磨
擦熱越高,粉屑量也越多,可不能忽視。
11