CN101862843A - 5-12oz厚铜电源线路板钻孔加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种5-12oz厚铜电源线路板钻孔加工方法，其特征在于当钻孔孔径大于φ2.0mm时，以钻孔孔径为φ1.55mm为第一预钻孔并选择对应标准钻头进行预钻孔；然后在第一预钻孔的基础上，每大于第一预钻孔孔径0.45-0.6mm更换一把对应尺寸的钻头进行下一次预钻孔；直到预钻孔的孔径离最终孔径小于0.45-0.6mm后用最终孔径的刀具钻孔已完成钻孔的加工；且上述各预钻孔使用的钻头与最终孔使用的钻头同心设置。该加工方法具有工艺简单，生产效率高，成本低，形成孔壁质量和孔位精度高等特点，适于在厚铜电源线路板钻孔加工中广泛推广。

Description

5-12oz厚铜电源线路板钻孔加工方法

技术领域

本发明涉及一种5-12oz厚铜电源线路板钻孔加工方法。

背景技术

随着全世界汽车工业的快速发展，汽车用厚铜电源板的需求呈现快速的增长，这就要求有能力生产厚铜电源板的厂家尽力寻求效率最高、质量最好的加工方法，厚铜电源板因表面铜箔太厚，用普通的钻孔工艺已经不能满足品质及生产效率的需要，具体表现为：品质方面铜屑堵孔和肿嘴、毛刺大问题相当严重；效率方面：单台日立HITACHI数控钻床(6轴/台)生产5-12oz厚铜电源板每天产能为160PANELS，而相同时间内可加工普通双面板600PANELS，对于电路板行业里的靠批量生产获取利润的模式来说，这种低效率是不能忍受的，用传统方法钻孔的问题分析如下：

1、因表面铜箔太厚，是普通板铜箔厚度的5-12倍，对于孔径φ2.0mm-φ6.0mm钻头需钻9-25圈才能把铜全部钻透，这样会产生大量长度超过20mm的铜屑，主要有两个危害：一是对于半封闭切削状态的钻削工艺来讲，由于钻屑过长会使刀具排屑槽堵塞，因此造成钻屑难以正常排除，使钻削阻力增加、钻削扭矩增大、孔内温度升高，使孔边铜箔受到较大的挤压力和温度的影响而产生变形，即“肿嘴”现象，冷却后很难去除，给后序生产带来较大隐患；同时，钻削阻力的增加，又对数控钻床主轴的寿命及使用精度造成较大的影响；二是这些铜屑长度即使卷曲后也超过了真空管路的内径宽度(内径为φ15mm)，会堵塞真空系统管路，造成必须停止生产清理真空系统，每车板程序时间73分钟，会出现两次堵塞情况，每次清理需15分钟，每天需6.4小时停产清理真空系统；

2、为避免单位时间内产生大量铜屑，数控钻床每钻1孔的停顿时间由0ms增至500ms，给真空系统的一个“喘吸”时间，使钻孔产生的铜屑能被最大限度的吸走，以期望解决吸真空能力不足造成的真空系统阻塞问题。

3、必须减少钻孔叠层，由三层降至二层，减少单位时间内产生的铜屑量，让真空系统单位时间内需抽出的铜屑量减少。

以上方法是以牺牲大量的产能来满足厚铜电源板的钻孔质量要求，否则就会因排屑不畅造成孔壁粗糙等孔壁质量问题.随着线路板行业利润率越来越低的今天，各企业都在研究各种先进工艺提高生产效率，增大生产量来提高整体利润率，所以我们也必须使用新方法在满足钻孔质量要求的前提下尽力提高厚铜电源板钻孔的生产效率。

曾有公司对此问题提出解决办法，例如皆利士多层线路板(中山)有限公司的专利(专利号：200910192051.8)，他们的方法是：当预钻孔直径2.0mm≤D＜4.8mm时，使用直径为d≤1.7mm的钻咀预钻两个孔，然后用直径为D的钻咀重钻成孔；当预钻孔直径D≥4.8mm时，使用直径为d≤1.7mm的钻咀预钻4个孔，然后用直径为D的钻咀重钻成孔.

此方法虽然也能解决铜屑过长造成堵孔、堵真空系统的问题，但有以下缺陷：

1、预钻两个孔后，再用直径为D的钻头重钻成孔时，两个孔中间的实体部分钻透后，在一个方向上会形成一个槽，钻头在此槽的方向上受径向力较小，而在垂直方向受径向力较大，钻头会向受径向力较小的方向发生偏移，最终会影响孔形及孔位。

2、不论是先预钻2个孔还是4个孔，都是非中心形式的预钻孔，这样用直径为D的钻头重钻成孔时，切削刃会在实心板材和空气(已预钻的孔)中不断交替钻削，势必造成钻削过程中主轴及刀具均受到交变应力的作用而影响到主轴的使用寿命、产品的加工精度、孔的质量状态，该影响随着刀具直径的增大而加大。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制一种工艺简单、生产效率高、成本降低且能够满足产品孔壁质量要求和孔位精度的5-12oz厚铜电源线路板钻孔加工方法。本发明所述方法的技术方案如下：

一种5-12oz厚铜电源线路板钻孔加工方法，其特征在于，在压合外层铜箔厚度为5-12oz的多层板或直接裁切外层铜箔厚度为5-12oz的双面板的钻孔方法如下：

当钻孔孔径大于φ2.0mm时，以钻孔孔径为φ1.55mm为第一预钻孔并选择对应标准钻头进行预钻孔；然后在第一预钻孔的基础上，每大于第一预钻孔孔径0.45-0.6mm更换一把对应尺寸的钻头进行下一次预钻孔；直到预钻孔的孔径离最终孔径小于0.45-0.6mm后用最终孔径的刀具钻孔已完成钻孔的加工；且上述各预钻孔使用的钻头与最终孔使用的钻头同心设置。

在选择预钻孔用钻头时还遵循：首先满足0.45-0.6mm的间隔，其次如果板内有其他孔使用在此范围内的钻头就优先选用此规格钻头，如果没有就选中间规格的钻头。采用上述方法进行钻孔时钻头轴向进给量为76um/r。采用上述方法进行钻孔时，叠层为3层。

本发明与传统技术相比其优点是显而易见的，具体如下：

1、钻孔过程中产生的铜屑被几次预钻孔分割成展开长度15-20mm长的若干小段，这些比较短的铜屑不会缠绕在钻头上，避免了铜屑堵孔及对孔壁特别是孔边铜箔造成挤压产生的肿嘴及毛刺问题；众所周知铜屑产生是以卷曲状态存在的，15-20mm长的铜屑卷曲后长度在7-10mm之间，大大低于真空管的直径15mm，不会产生堵真空管路的问题.

2、提高了单台钻床的生产效率，传统工艺单台钻床每天只能生产160PNLS(18″X24″)板，而新工艺可以达到600PNLS/天。

3、降低了生产成本(减少了铝盖板、纸垫板、钻头的使用量，减少了设备折旧、劳动工时)：传统工艺单位成本为26元RMB/P，新工艺单位成本为14.5元RMB/P，节省了11.5元RMB/P.

4、提高了孔壁质量：传统工艺因为在钻孔过程中会产生大量的铜屑不能立即排出孔内，会阻碍刀具摩擦产生的切削热量的及时排除；另外因传统工艺采用的轴向进给量比较小，新工艺轴向进给量是传统工艺的1.68倍，这样单孔加工时间新工艺比传统工艺缩短了40％，也就是说新工艺的刀具在孔内的摩擦时间短了，自然所产生的切削热也会少；众所周知，钻孔孔壁质量与切削热有非常大的关系，切削热少了，孔壁质量自然就得到了保证.

5、此方法采用的预钻孔为与最终孔同心的孔，钻头在钻孔时一接触到实心板材就一直在实心板材中均匀的受径向力作用直到钻孔完成；因为每次都是采用同心钻头，所以不会向某一方向偏移，最大限度的保护了钻轴不受损害且完全保证了孔位精度。

附图说明

图1是未采用预钻孔方式钻孔时加工状态结构示意图；

图2是本发明设定预钻孔刀径和最终刀径的放大示意图；

图3是本发明第一次预钻孔时工状态结构示意图；

图4是本发明第二次预钻孔时工状态结构示意图；

图5是本发明第三次预钻孔时工状态结构示意图；

图6是本发明最终钻孔时工状态结构示意图。

图中1、φ3.15钻头，2、φ1.55钻头，3、φ2.10钻头，4、φ2.55钻头，5、5oz双面板，6、厚度为170μm(5oz)的铜箔。

具体实施方式

本发明主要是在厚铜电源板钻孔过程中对于孔径大于等于φ2.0mm时，从φ1.55mm开始每隔0.45-0.6mm直径采用增加一把钻头(与原来孔同心，直径比钻孔孔径小的钻头)进行预钻孔，直到离最终孔径差0.45-0.6mm间隔后用最终孔径的刀具钻孔；这样就把钻孔产生的铜屑分割成若干小段，缩短铜屑的长度，使产生的铜屑能够快速排出孔内，避免了堵孔问题及对孔边铜箔造成挤压产生肿嘴及毛刺问题；且铜屑长度卷曲后小于真空系统管路的直径，这样在采用正常参数钻孔的过程中就把铜屑很顺利的从孔内及真空管路中排除，不用每钻1孔就增加500ms的停顿时间，也不用每隔一段时间就停止钻机手动清理真空系统，这两部分时间节省出来的同时还可以增加钻孔进给量、增加钻孔叠层，也提高了生产效率，降低了成本。

本发明的具体方法如下：

对压合外层铜箔厚度为5-12oz的多层板或直接裁切外层铜箔厚度为5-12oz的双面板进行加工，当钻孔孔径大于φ2.0mm时，从φ1.55mm开始，每隔约0.5mm左右间隔增加一把钻头(与最终孔同心的钻头)进行预钻孔，直到离最终孔径小于约0.5mm后用最终孔径的刀具钻孔；因厚铜板钻孔时产生长度大于20mm铜屑最多的孔为φ2.0mm的，实际生产时只要采用一把φ1.55mm钻头进行预钻孔，然后直接用φ2.0mm钻头进行最终孔径的加工。但为能够对该加工工序做更详细的表述，以最终孔φ3.15mm的钻孔孔径为例叙述，以φ3.15mm的钻孔孔径为例，在钻最终孔径3.15mm孔之前，需按顺序先使用φ1.55mm、φ2.10mm、φ2.55mm钻头进行预钻孔，由于为线路板钻孔的钻头标准是每隔0.05mm为一标准钻头，所以根据孔径大于等于φ2.0mm时，从φ1.55mm开始每隔0.45-0.6mm直径采用增加一把钻头而选择φ1.55mm、φ2.10mm、φ2.55mm的钻头；另外选择钻头时还遵循：首先满足0.45-0.6mm的间隔，其次如果板内有其他孔使用在此范围内的钻头就优先选用此规格钻头(这样可以减少不同规格钻头的使用数)，如果没有就选中间规格的钻头；最后再使用φ3.15mm钻头钻最终孔。加工过程中相应的参数如下：设定钻孔进给量：原来程序的钻头轴向进给量为45.4um/r，现因已采用预钻孔工艺，增加钻头轴向进给量为76um/r。设定叠层：因已采用预钻孔工艺，叠层由原来的2层增加到3层。按照如上设定程序和参数对该生产板进行钻孔，以18PNLS板为计算单位，新方法需6轴/叠3层，只需一车的时间就能加工完，因增加了预钻孔工艺及轴向进给，避免了钻孔孔径大于φ2.0mm时每钻1孔的停顿时间500ms，程序时间由73分降低到现在的43分钟；用老方法6轴/叠2层，需1.5车才能加工完成，每车时间除正常的73分钟外，需增加两次停机清理时间30分钟；每车总时间需73+30＝103分钟；加工18PNLS板的时间为103X1.5＝154分钟；新方法比老方法效率提高了3.6倍。最后对该生产板进行化学沉铜、电镀、干膜掩孔蚀刻工序，得到具有外层图形及镀通孔的线路板；对该线路板进行静电喷涂、曝光、显影、固化工序得到带有阻焊图形的线路板。

为更好的表述该发明的加工工艺，下面以一款两面铜厚度为170μm(5oz)、最终孔径φ3.15的双面厚铜板为例做详细说明：

图1为未采用本方法时(传统工艺)使用1个φ3.15钻头一次钻成孔时的截面图及完全钻透170μm铜箔所旋转的圈数示意，铜屑长度计算如下：

轴向进给量(不同直径钻头相同)：h＝0.076mm/r(为便于计算，此数据使用更改后进给量)

钻透圈数N：切削刃高度H₁/h＝0.99mm/0.076mm/r＝13r(圈)

径向进给＝钻头半径R₁/钻透圈数＝1.575mm/13＝0.121mm

刀具旋转第1圈到第13圈产生的铜屑长度如下：

L₁＝2πr₁＝2×3.14×0.121＝0.76mm；

L₂＝2πr₂＝2×3.14×0.242＝1.52mm

L₃＝2πr₃＝2×3.14×0.363＝2.28mm

L₄＝2πr₄＝2×3.14×0.484＝3.04mm

L₅＝2πr₅＝2×3.14×0.605＝3.80mm

L₆＝2πr₆＝2×3.14×0.726＝4.56mm

L₇＝2πr₇＝2×3.14×0.847＝5.32mm

L₈＝2πr₈＝2×3.14×0.968＝6.08mm

L₉＝2πr₉＝2×3.14×1.089＝6.84mm

L₁₀＝2πr₁₀＝2×3.14×1.210＝7.60mm

L₁₁＝2πr₁₂＝2×3.14×1.331＝8.36mm

L₁₂＝2πr₁₂＝2×3.14×1.452＝9.12mm

L₁₃＝2πr₁₃＝2×3.14×1.573＝9.88mm

则铜屑总长度L＝L₁+L₂+……+L₁₃＝1.52+2.28+……+9.88＝69mm

此铜屑长度即使有一些卷曲，最终长度也是真空管路直径的3-4倍，铜屑缠绕钻头造成铜屑堵孔、铜屑挤压孔边铜箔造成肿嘴、毛刺大及真空管路堵塞是必然的结果。

图2是本发明设定预钻孔刀径的放大示意图，下面的实施说明就是此图标注依次使用φ1.55钻头Z2、φ2.10钻头Z3、φ2.55钻头Z4预钻孔，最后使用φ3.15Z1钻头钻最终孔。

图3是本发明第一次预钻孔使用φ1.55钻头Z2时的截面图及完全钻透170μm铜箔所旋转的圈数示意，铜屑长度计算如下：

轴向进给量：h＝0.076mm/r

钻透圈数n2：切削刃高度H₂/轴向进给量h＝0.49mm/0.076mm/r＝6.4≈6r(圈)

径向进给＝钻头半径R₂/钻透圈数＝0.775mm/6.4＝0.121mm

刀具钻透产生的铜屑长度L(因钻尖角、轴向/径向进给量相同，故相当于φ3.15mm钻头旋转第1圈到第6圈产生的铜屑长度)：

L＝L₁+L₂+……+L₆＝1.52+2.28+……+4.56＝16mm

此铜屑不会缠绕钻头造成铜屑堵孔、挤压孔边铜箔造成肿嘴及毛刺大的问题；铜屑长度卷曲后长度在7-10mm，低于真空管路的直径，不会堵塞真空系统。

图4是本发明第二次预钻孔使用φ2.10钻头Z3时的截面图及完全钻透170μm铜箔所旋转的圈数示意，铜屑长度计算如下：

轴向进给量：h＝0.076mm/r

钻透圈数n3：切削刃高度H₃/轴向进给量h-φ1.55钻头钻透圈数＝0.66mm/0.076mm/r-6＝8.7-6≈9-6＝3r(圈)

径向进给＝钻头半径R₃/钻透圈数＝1.05mm/8.7＝0.121mm

刀具钻透产生的铜屑长度L(因前6圈已被φ1.55钻透，故相当于φ3.15钻头旋转第7圈到第9圈产生的铜屑长度)：

L＝L₇+L₈+L₉＝5.32+6.08+6.84＝18mm

此铜屑不会缠绕钻头造成铜屑堵孔、挤压孔边铜箔造成肿嘴及毛刺大的问题；铜屑长度卷曲后长度在7-10mm，低于真空管路的直径，不会堵塞真空系统。

图5是本发明第三次预钻孔使用φ2.55钻头Z4时的截面图及完全钻透170μm铜箔所旋转的圈数示意，铜屑长度计算如下：

轴向进给量：h＝0.076mm/r

钻透圈数n4：切削刃高度H₄/轴向进给量h-(φ1.55+φ2.10)钻头钻透圈数＝0.81mm/0.076mm/r-6-3＝10.7-6-3≈11-9＝2r(圈)

径向进给＝钻头半径R₄/钻透圈数＝1.275mm/10.7＝0.121mm

刀具钻透产生的铜屑长度L(因前9圈已被φ1.55、φ2.10钻透，故相当于φ3.15钻头旋转第10圈和第11圈产生的铜屑长度)：

L＝L₁₀+L₁₁＝7.6+8.36＝16mm

此铜屑不会缠绕钻头造成铜屑堵孔、挤压孔边铜箔造成肿嘴及毛刺大的问题；铜屑长度卷曲后长度在7-10mm，低于真空管路的直径，不会堵塞真空系统。

图6是本发明最终钻孔时使用φ3.15钻头Z1时的截面图及完全钻透170μm铜箔所旋转的圈数示意，铜屑长度计算如下：

轴向进给量：h＝0.076mm/r

钻透圈数n1：切削刃高度H₅/轴向进给量h-(φ1.55+φ2.10+φ2.55)钻头钻透圈数＝0.99mm/0.076mm/r-6-3-2＝13-6-3-2＝2r(圈)

径向进给＝钻头半径R₅/钻透圈数＝1.575mm/13＝0.121mm

刀具钻透产生的铜屑长度L(因前11圈已被φ1.55、φ2.10、φ2.55钻头钻透，故相当于φ3.15钻头旋转第12圈和第13圈产生的铜屑长度)：

L＝L₁₂+L₁₃＝9.12+9.88＝19mm

此铜屑不会缠绕钻头造成铜屑堵孔、挤压孔边铜箔造成肿嘴及毛刺大的问题；铜屑长度卷曲后长度在7-10mm，低于真空管路的直径，不会堵塞真空系统。

通过以上三次φ1.55、φ2.10、φ2.55钻头预钻孔及φ3.15钻头钻最终孔，钻孔产生的铜屑被分割成4段，每段长度不超过20mm，卷曲后长度不超过10mm，比真空系统管路直径15mm短，不会缠绕钻头造成铜屑堵孔、铜屑挤压孔边铜箔造成肿嘴及毛刺大的问题，也避免了堵塞真空系统问题，提高了钻孔质量，提高了生产效率.

以上是5oz板的实施例，对于更厚的铜直到12oz，方法是一样的，只不过是铜屑的厚度更厚而已，长度方向没变化；其他孔径大于φ2.0mm的孔按此方法依此类推设定钻孔程序，对于更大的孔，需增加预钻孔刀具的数量即可。

注：铜箔较薄的板虽然理论上也会产生很长的铜屑，但因铜很薄，铜屑随着钻孔过程就自动断成很短的铜渣随真空系统排走。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种5-12oz厚铜电源线路板钻孔加工方法，其特征在于，在压合外层铜箔厚度为5-12oz的多层板或直接裁切外层铜箔厚度为5-12oz的双面板的钻孔方法如下：

当钻孔孔径大于φ2.0mm时，以钻孔孔径为φ1.55mm为第一预钻孔并选择对应标准钻头进行预钻孔；然后在第一预钻孔的基础上，每大于第一预钻孔孔径0.45-0.6mm更换一把对应尺寸的钻头进行下一次预钻孔；直到预钻孔的孔径离最终孔径小于0.45-0.6mm后用最终孔径的刀具钻孔已完成钻孔的加工；且上述各预钻孔使用的钻头与最终孔使用的钻头同心设置。

2.根据权利要求1所述的5-12oz厚铜电源线路板钻孔加工方法，其特征在于在选择预钻孔用钻头时还遵循：首先满足0.45-0.6mm的间隔，其次如果板内有其他孔使用在此范围内的钻头就优先选用此规格钻头，如果没有就选中间规格的钻头。

3.根据权利要求1所述的5-12oz厚铜电源线路板钻孔加工方法，其特征在于采用上述方法进行钻孔时钻头轴向进给量为76um/r。

4.根据权利要求1所述的5-12oz厚铜电源线路板钻孔加工方法，其特征在于采用上述方法进行钻孔时，叠层为3层。

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