真空离子镀膜技术在PCB用钻头铣刀上的应用

1、孔化与电镀 Melallizalion & Plating印制电路信息2011 No.7真空离子镀膜技术在PCB用钻头铳刀上的应用韦昊般四超陈家逢邓峻(深圳市崇达电路技术股份有限公司，广东 深圳518103)摘 要试脸通过具空离子镀膜技术，利用激光轰击把材形成离子，并使离子在强廡场的驱动下吸附于钻头或锣刀上形成优层，制备出镀膜钻头及镀膜恍刀，同时分析镀濮钻头 与镀膜俛刀在线路板生产制造中的实际应用效果；试脸结果表明，采用彼膜钻头，可 以明显增加钻孔孔限.减少披锋，节约成本；采用债膜铳刀进行铳边及成型加工时， 有利于减少产品的披锋.毛刺及诜刀断刀，提高生产效率及节约成本.关键词真空离子镀

2、腹；钻咀；铳刀；节约成本中图分类号：TN41文献标识码：A 文章编号:1009-0096 (2011) 7-0013-05Application of vacuum ion plating technologyfor drilling and routing in PCB industryWEI Hao AO Sbchao CHENJiafeng DENG junAbstract In this study, through vacuum ion plating technology, with the strong force of the magnetic field, the targe

3、t materials will be coated on the drilling bits or the moulding cutters so as to obtain the desired coated tools. The study also analyzes the application of the drilling bits and moulding cutters in PCB industry. The results show that the coated drill bits can significantly increase the using life o

4、f the drilling bits , reduce the burrs and cost. The coated moulding cutters can significantly reduce the burrs, flashed, improve the efficiency and reduce the cost.Key words Vacuum ion plating; Drill bits; Moulding cutter; Cost saving-#-孔化与电镀 Melallizalion & Plating印制电路信息2011 No.7-#-孔化与电镀 Melal

5、lizalion & Plating印制电路信息2011 No.7电子工业的E速发展对线路板制适业的要求越 來越奇，线路板层数越来越高，孔密度越来越人并 向微孔化不断发展，机械钻孔加工面临新的挑战。 同时，在线路板行业利润不断下滑的情况下，降低 生产成本，已经成为业内人士的共识。线路板生产 中使用传统的钻头及铳刀采用碳质合金材料制造, 虽然硬度较高，但在使用过程中，由于高速的运转 切削会导致睹损，钻头在加工约1000孔后易出现圆 角，钻头寿命不高：铳刀在使用时亦由于侧刃的磨 损而容易产生毛刺甚至断刀，寿命极短。提高钻头及铳刀使用寿命的关键是提高所用合 金材料的综合机械性能。貞空离了镀膜

6、技术作为一 种新兴的薄膜沉积工艺，已成为线路板用钻头及铳 刀制备的新热点。貞空离子镀膜技术即通过在高温 及真空环境中，利用激光轰击镀层金属形成离子状 态后，输入特定的高纯气体，并使离子在强磁场的 驱动下附于物件上形成镀层。镀层是原子态堆枳生 长的纳米级结构，具有膜质细腻致密、结合力强、 光沽度髙、硬度尚等務点。然而，采用真空离子镀 膜技术制备的钻头及铳刀在实际生产中，对钻头及 铳刀的使用寿命及产品质量的提高、生产成本的降 低，还有待进一步的确认。为了研允JX空离了镀膜技术对钻头及铳刀的使 用效果，评估M此带來的生产效率的提高和生产成 本的卜降，本试验通过真空离子镀膜技术制备了一 批新型钻头及铳

7、刀，通过对钻头使用过程中产生的 毛剌、塞孔、断针、钉头、孔壁粗糙度及钻孔生产 加工成木分析，总结了新III钻头使用效果；同时分 析了铳刀在铳校过程中粉尘的排出效果、毛刺、断 刀情况、铳程提升赧及生产加工成本。1试验方法与过程木试验采用真空离了镀膜技术，利用激光轰击 靶材形成离了，并使离子在强磁场的驱动下吸附于 钻头或铳刀表面形成镀层，对镀件起到良好的保护 作用，提高镀件表面的耐磨性,从而制备出镀膜钻 头打镀膜铳刀，镀膜”度控制在3 pm左右。1.1镀膜钻头的试验农I是镀膜钻头试验所用板料类型。结合木厂实 际生产情况，试验采用六轴钻机，在正常加工参数 卜，对比WO3mm膜钻头与非镀膜钻头钻孔后板

8、 的毛刺、断针、孔樂粗糙度及钻孔生产加工成木等 因索，评估镀般钻头的实际使用效果。表1板料类型板厚Tg层数外层铜冯芯板类世1.5mm普通比4层35pm11.0mm 1/11.2镀膜铢刀的试验表2是镀膜铳刀试验所用板料类世。结合木厂实 际生产惜况，试验采用四轴铳机，在正常加工参数 卜，对比刀径为2.4 mm的镀膜诜刀与非镀膜铳刀在 压合麻铳边,刀栓为1.6 mm的镀膜饶刀引|：镀膜锐 力成型4：产加I过棍，确认粉尘的拙出效果、毛刺 的产生以及断刀等情况。2试验结果2.1镀膜钻头试验结果图1是各裁次的镀膜钻头打II：镀膜钻头在钻孔麻 的刀面状况图,表3是镀膜钻头与II傲膜钻头估孔后 试板检査表。由

9、图可知,IF镀般钻头的刀面在钻孔 时磨损较人,翻磨四次麻继续便川容易出现断钻、 毛刺、塞孔等情况：镀腹钻头的刀面在帖孔时磨损 较小，翻磨五次后才无法使用，齐烧次的镀膜钻头 在使用时均未出现断估现彖。图2是的0.3 mm镀膜钻头1 j II：镀膜钻头钻孔汗 的孔樂粗糙度诫大值'卅烧次的关系曲线图，图3是钻 孔后钻头的钉头址人值与各燃次的关系Illi线图，其屮 检査标准按：孔型粗糙度W25屮m钉头W2倍底铜M 度。由图可知，镀膜钻头钻孔后的垃人钉头为60屮n 垠人孔壁粗播度为20 pm,孔唯粗槌度及111人小均4. 检测标准范也内，钻孔质吊込到要求；II：镀膜钻头估 仇后的垠人钉头为67

10、pm,衆人孔唯粗糙度为25 gm； 年镀脱钻头总孔限按125OO/L设定，镀脱钻头总孔限 按27200孔设定，孔限增加比例达到】17.6%,从整体來 看，在以上的寿命设定范也内，镀膜估头的估孔效果 优于非镀膜钻头，而且由于钻头寿命的提高，减少了 换钻头次数，生产效率得到了定的捉窩。表2板料类型 板厚 Tg层数外层基匍厚芯板类型1.5mm 普通、高 4层ISjim11.0mm l/l-15-孔化与电镀 Melallizalion & Plating印制电路信息2011 No.7-#-孔化与电镀 Melallizalion & Plating印制电路信息2011 No.7非镀膜钻咀

11、孔限 3000孔 2800孔 2500孔2200孔2000孔-#-孔化与电镀 Melallizalion & Plating印制电路信息2011 No.7-#-孔化与电镀 Melallizalion & Plating印制电路信息2011 No.7镀取钻咀孔限6000 孔 5500 孔1800 孔1400 孔3500 孔 3000 孔-16-孔化与电镀 Melallizalion & Plating印制电路信息2011 No.7-#-孔化与电镀 Melallizalion & Plating印制电路信息2011 No.7图1各磨次的刀面状况图-#-印制电路信息2

12、011 No.7孔化与电镀 Metallization & Plating表3钻头钻孔后试板检査表项目断钻头钻孔毛刺塞孔测试方法镀膜钻头测试结果 非彼膜钻头测试结果过程统计0翻磨4次后出现断钻以手背或将板倾斜45。目视检查 无翻磨4次后存在毛刺将板对光目视检査 无翻磨4次后存在塞孔平均诜程14.4m-17-印制电路信息2011 No.7孔化与电镀 Metallization & Plating平均诜程14.4m-#-印制电路信息2011 No.7孔化与电镀 Metallization & Platingo o o o o o O7 6 5 4 3 2 1: .,-非&#

13、171;««咀十一. * 25_-26 20 i-： " 1 * ：.：1 : .' . :亠十亠.5 O2 230平均诜程14.4m-#-印制电路信息2011 No.7孔化与电镀 Metallization & Plating图2孔壁粗糙度嚴大值与磨次的关系曲线图聊次图3钉头最大值与磨次的关系曲线图为了确认镀膜钻头的使用寿命，木试验进行了 镀腫钻头的孔限捉升测试，提升后的孔限数据如表4 所示，图4是孔壁粗糙度和钉头瑕大值与各磨次的关 系图。由图可知，按此孔限设定时，钻孔后的钉头 可以达到要求，但孔壁粗植度最人达到了25 pm,达 到了控制上限值，

14、说阴总孔限设定为33 000孔达到了 此类镀膜钻头所能达到的最人钻孔寿命。因此，在 保证稳定的钻孔效果前提下，27 200孔的总孔限应是 此类钻头相对较为合适的寿命设定值表4根限测试孔限列表新钻头磨1磨2磨3磨4磨5合计70006500600055004500350033000图4孔壁粗糙度和钉头最大值与各磨次的关系走势图2.2镀膜铳刀试验结果表5圧以刀径为2.4 mm的镀膜饶刀与#镀膜铳刀分 别在铳边机上以同一叠板数、同-铳边参数对普通TgJE 合板进行铳外圉框时的状况农。由表可知，对普通北板 料的压合板进行铳边时，镀膜铳刀比非镀膜洗刀铳程平 均增加13.2 m,铳程提升幅度达到91.7%：

15、两种铳刀在铳 外围椎时排眉均良好，非镀膜洗刀在2.5 m铳程后开始岀 现毛刺，镀膜铳刀在加工到6 m后才出现毛刺；因而可 以判断，对普通Tg圧合板诜外国框时，镀膜铳刀比非镀 膜铳刀的铳边效果好，铳程长，敍少了生产过程中换铳 刀次数，提高了生产效率。衣6是以刀径为2.4 mm的镀腮诜刀与非镀膜饶刀 分别在铳边机上以同一叠板数、同-铳边参数对高Tg 压合板进行铳外囤框时的状况表。由表可知，对髙Tg 板料压合板进行铳边时.镀膜铳刀比非镀膜铳刀铳程 平均增加8 m,铳程提升幅度达到80%：两种诜刀在 铳外围框时排屑均良好，卄:镀膜铳刀金1.8 m铳程麻开 始出现毛刺，镀膜饥刀在加匚到4 m后才出现毛刺

16、： 因而可以判断，对局Tg压合板铳外围框时，镀膜铳刀 比菲镀膜铳刀的铳边效果好，铳程长，减少了生产过平均诜程14.4m-#-印制电路信息2011 No.7孔化与电镀 Metallization & Plating平均诜程14.4m-#-印制电路信息2011 No.7孔化与电镀 Metallization & Plating表5普通Tg板料铳边状况表类型刀径2.4mm非镀膜铳刀刀径2.4mm镀膜铳刀板料及铳程PNL诜程；0.737m,板厚：1.5mm,内层铜厚：35pm,外层铜厚：18pm板边状况25m后开始出现毛剌廿始出现毛刺断刀状况13.2m断I支，15.6m断】支粉尘状况无

17、29.3m断 1 支，25.9m断 1 支 无27.6m平均诜程14.4m-18-孔化与电镀 Metallization & Plating印制电路信息2011 No.7表6高Tg板料铳板状况表类型刀径2.4mm II娥膜铳刀刀径24mm機膜铳刀板料及铳程PNL铳程:0.835m,板厚1.5mm,内层铜厚:35pm.外层铜厚:18pm板边状况l8m后开始出现毛剌4n）后开始出现毛刺断刀状况10.8m断1支.&6m断1支，106m断支17.5m 断 1 支，18.5m 断 1支粉尘状况无无平均诜程10m18m孔化与电镀 Metallization & Plating印制电

18、路信息2011 No.7孔化与电镀 Metallization & Plating印制电路信息2011 No.7程中换铳刀次数，提高了生产效率。表7是以刀径为1.6 mm的镀膜铳刀与非镀膜铳刀 分别在成型铳板机上以同-召板数、同-僦板参数 对普通Tg板进行成型加工时的状况表。由表町知， 对普通Tg板料进行成割加工时，1.6 mm的镀膜铳刀 比非镀膜铳刀铳程平均增加25.5 m.铳程提升幅度为 97.3%：两种従刀在成型加T时均未出现板边毛刺， 能彼膜m铳程后开始出现少许粉尘，而镀膜 诜刀在生产过程中未产生此问题；肉而可以判斯， 对普通Tg板料进行成型加工时，镀膜铳刀比II：镀膜 铳刀的

19、成型效果好，铳程长，降低了生产过程中换 刀次数，在一定程度上捉升了生产效率。表8是以刀径为1.6 mm的镀膜铳刀与非镀般铳刀 分别在成空铁板机卜以同杵数、同参数对高Tg 板料进行成型加工时的状况表。由表可知,对高Tg 板料进彳亍成型加工时，镀膜铳刀比非镀膜铳刀饶程 平均增加9.7 m,铳程提升幅度为85.8%；两种铳刀在 成熨加工时均未出现板边毛刺，IE镀膜铳刀在紐 程后开始出现少许粉尘,而镀膜铳刀在生产过料中 未产生此问題；因何可以判断，对岛Tg板料进行成 型加工时，镀膜铳刀比菲镀膜铳刀的成型效來好, 铳程长,降低了生产过程中换刀次数,在 定用度 上提升了生产效率。3试验结果及生产成本分析3

20、.1镀膜钻头生产成本分析镀膜牡头在钻孔测试过程无断针现彖发生， 测试板无塞孔不良,毛刺检査达到翌求:钻孔麻钻 头翻晤亦较为容易，不易折断，损较木彼膜 钻头小，孔壁粗糙度和钉头均达到要求，从整体來 石，在钻孔好命设定范用内，镀膜钻头的钻孔效來 优非镀膜钻头：表9是镀膜钻头（总孔限为27200孔）打4镀膜孔化与电镀 Metallization & Plating印制电路信息2011 No.7孔化与电镀 Metallization & Plating印制电路信息2011 No.7表7普通Tg板料成型加工状况列麦类型刀径1.6mm非镀膜铳刀刀径1.6mm镀膜铳刀板料及铳程饶程：5.92

21、8m,板厚 1.6mm板边状况无毛刺无毛刺断刀状况24.5m断 1 支，28.0m断 1 支46.9m断1丈.565m断1支粉尘状况19m后有少许粉尘无粉尘平均铳程26.2m51.7m表8高丁g板料铳板状况列表类型刀径1.6mm 11：膜铳刀刀径l6mm镀膜铳刀板料及铳程铳程：12.12m» 板厚 1.6mm板边状况无毛剌无毛刺断刀状况13m断1支,9m断1支.12m断1支22m断1支.20m断1支粉尘状况无粉尘无粉尘平均铳程113m21m表9钻头千孔成本降幅钻头钻头/诜膜单价 （元/支）可翻磨 次数翻磨成木 （元/支）总加工 孔限（孔）1000孔成木（元/千孔）成木差（7L/T 孔

22、）成本下降幅度非镀膜钻头2.39340.32125000.2170.04219.4%镀撩钻头2393/1.96650.40272000.175孔化与电镀 Metallization & Plating印制电路信息2011 No.7孔化与电镀 Metallization & Plating印制电路信息2011 No.7印制电路信息2011 No.7孔化与电镀 Metallization & Plating钻头钻孔时的成本比较表。由表分析可知，镀膜钻 头与非镀膜钻头的成本差为0.042元/千孔，成本下降 倔度达到19.4%；因此，相对于非镀膜钻头，采用镀 膜钻头能明显节约生

23、产成本。3.2镀膜铳刀生产成本分析表10与表11分别是镀膜铳刀与非镀膜铳刀用 于压合板铳外围框时的成本比较表。由表可知，对 于普通Tr板料，使用镀膜铳刀的成本下降幅度为 20.9%：对于高Tg板料，成本下降幅度为15.7%。因 此，相对于非镀膜铳刀，采用镀膜铳刀进行压合后 铳边加工，能明显节约公司成本。表12与表13分别是镀膜铳刀与非镀膜铳刀成 型加工时的成本比较表。由表可知，对于普通Tg板 料，使用镀膜铳刀的成本下降幅度为20.5%；对于高 Tg板料，成本下降幅度为16。因此，相对于菲镀 膜铳刀，采用镀膜铳刀进行成型加工时，陡明显节 约生产成本。4结论（1）相对于非镀膜钻头，采用真空离子镀膜工 艺处理后的镀膜钻头钻孔，能明显增加钻孔孔限， 减少毛刺，同时节约成本；（2）相对于非镀膜铳刀，采用真空离镀膜工 艺处理后的镀腮铳刀进行铳边及成型加丄，有利于 减少产品的毛刺及铳刀断刀情况，提高生产效率， 同时节约成本。5致谢本试验采用的镀膜钻头/铳刀为深圳市富書真空 技术有限公司所提供，试验开展过程中，亦得到了 该公司的大力支帰与帮助，在此表示感谢。参考文献1杨振国.印制电子的研究现状，技术特征及产业化 前景JJ.印制电路倍息,2010,1,8-13.2张怀武.现代印制电路