DE19605801A1 - Spiralbohrer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spiralbohrer zum Ausboh­ ren von Löchern in Glasepoxid-Materialien, insbesondere Lei­ terplatten, mit

• - einer Spirale aus einem Hartmetall,
• - einer Querschneide, deren Länge in einem Verhältnis zum Außendurchmesser der Spirale steht,
• - einem Vier-Flächenschliff mit zwei vorderen Freiflächen sowie zwei hinteren Freiflächen und
• - einem Spitzenwinkel.

Werkzeuge zum Zerspanen von Glasepoxid-Materialien, insbeson­ dere von mit oder ohne Metallkaschierung versehenen Leiter­ platten, sind bereits bekannt. Die bisher verwendeten Spiral­ bohrer sind bezüglich ihrer Schneiden- bzw. Anschliffgeome­ trie auf eine weitgehend optimale Zerspanung von solchen Gla­ sepoxid-Kunststoffen ausgerichtet und hergestellt. Dennoch erreichen solche Spiralbohrer keine befriedigend lange Stand­ zeit. Bei der praktischen Anwendung, beispielsweise beim Boh­ ren von Leiterplatten aus Glasepoxid-Materialien mit Kupfer­ kaschierung, werden je nach den Genauigkeitsanforderungen, dem Bohrerdurchmesser und der damit verbundenen Spiralbohrer­ länge mehrere Leiterplatten im Paket gebohrt. Unter Zugrunde­ legung der bekannten Schneiden- bzw. Anschliffgeometrie am Spiralbohrer wird beim Bohren eines aus drei Leiterplatten bestehenden Stapels mit einer Stapelhöhe von 3 × 1,5 mm = 4,5 mm, eine maximale Standzeit von 3.000 Hüben erreicht, wobei ein Hub einem Bohrvorgang entspricht. Diese Hubzahl im Dreierstapel bewirkt eine Abnutzung der Schneidflächen des Spiralbohrers, die eine gerade noch zulässige Bohrloch- Wandrauhigkeit zur anschließenden Metallisierung der Lochwand zuläßt. Üblicherweise weisen die bekannten Spiralbohrer einen Spitzenwinkel von 130°, jeweils einen vorderen Freiwinkel von 15° und jeweils einen hinteren Freiwinkel von 30° auf.

Eine solche Bohrerspitzengeometrie hat ein Quetschverhalten beim Abwärtsbohren im Leiterplattenpaket an der Bohrerspitze zur Folge. Das schlechte Zentrierverhalten der bestehenden Bohrerspitzengeometrie führt mit zunehmender Bohrtiefe zu un­ kontrollierbarem Bohrerverlauf, da die Querschneide eine Län­ ge im Verhältnis zum Außendurchmesser des Bohrers von etwa 15% aufweist. Dieses Verhalten wird bei kleineren Bohrer­ durchmessern durch die geringe Eigenstabilität der Bohrersee­ le noch verstärkt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Spiral­ bohrer zum Ausbohren von Löchern in Glasepoxid-Materialien der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Standzeit und somit dessen Lebensdauer wesentlich verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß

• - die Länge der Querschneide im Verhältnis zum Außendurch­ messer der Spirale ca. 10%,
• - der Freiwinkel der vorderen Freiflächen jeweils ca. 5° bis 8°,
• - der Freiwinkel der hinteren Freiflächen jeweils ca. 20° und
• - der Spitzenwinkel ca. 115° bis 120° beträgt.

Die bisherige Querschneidenanordnung von ca. 15% im Verhält­ nis zum Außendurchmesser der Spirale wurde auf 10% reduziert, was zur Folge hat, daß die Bohrerspitze eine bessere Zentrie­ rung beim Durchbohren bewirkt und gleichzeitig der Bohrerver­ lauf um mehr als 50% reduziert wird.

Durch die reduzierte Querschneidenanordnung mit veränderter Hauptschneidengeometrie kann über die vorhandene prozentuale Harzverschmierung während des Bohrprozesses am Spiralbohrer gezielt die Temperaturkonstante bestimmt werden. Während die Harzaufbackungen und Harzablagerungen an der hinteren Frei­ fläche der Führungsfase beim Standardbohrer nach absolvierten 3.000 Hüben, bezogen auf einen Stapel von drei Leiterplatten, schwarz und flächendeckend vorhanden sind, sind entweder kei­ nerlei oder nur geringe Spuren in Form von weißem Staub beim erfindungsgemäßen Spiralbohrer vorhanden.

Epoxidharz wird bei Zerspanungstemperaturen von mindestens 120° bis 130°C, obwohl es sich im ausgehärteten Zustand be­ findet, in einem teigartigen Zustand versetzt. Durch Nahfeld­ infrarot-Lasermessungen erreichen die bisherigen Werkzeuggeo­ metrien bei mittlerem Verschleiß Bohrtemperaturen von 170° bis 220°C in Abhängigkeit der Glasepoxid-Lagenanzahl im Bohr­ paket. Die Bohrergeometrie nach der Erfindung bewirkt, daß die Harzverschmierung um 90% reduziert werden kann, d. h. daß die Bohrerzerspanungstemperatur unter der Harzerweichungstem­ peratur von 120° liegt. Dabei erfolgt keine bzw. nur eine ge­ ringfügige Verschmierung der Kupferinnenlage bei Mehrlagen- Leiterplattenpaketen. Darüber hinaus erfolgt eine verbesserte Zentrierung des Spiralbohrers beim Einbohren, wobei ein um 70% reduzierter Bohrverlauf, meßbar an der untersten Platte im Leiterplattenpaket, festgestellt wurde. Schließlich wurde eine Reduzierung des Bohreraustrittsgrades an der untersten Platte im Leiterplattenpaket um 50% festgestellt. Da die Füh­ rungsfase auch als Nebenschneide definiert, gleichfalls mit der Querschneidenreduzierung auf halbe Querschneidenfläche geschliffen wurde, reduziert sich der Reibungskoeffizient zwangsläufig am Spiralbohrer.

Bei einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung beträgt der Freiwinkel der vorderen Freiflächen jeweils 7°. Bevorzugt ist hierbei der Freiwinkel der hinteren Freiflächen jeweils 20°. Weiterhin ist zweckmäßigerweise der Spitzenwinkel 118°.

Um eine möglichst lange Lebensdauer für den Spiralbohrer zu erzielen, besteht in Weiterbildung der Erfindung die Spirale des Spiralbohrers aus Wolframcarbid und Kobald.

Der erfindungsgemäße Spiralbohrer steigert die Bohrkapazität erheblich, wobei der Schmieranteil beim Bohren vernachlässig­ bar wird. Es werden erhöhte Standzeiten ermöglicht, wodurch die Werkzeugwechselzeiten reduziert werden können. Hierbei können Bohrleistungen von 8.000 Hüben und mehr erzielt wer­ den. Es können ca. 50% der Werkzeugkosten eingespart werden, ohne daß die erforderliche Qualität darunter leidet.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der je­ weils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombi­ nationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke wird in der nach­ folgenden Beschreibung anhand eines Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Leiterplattenpaket, in dem sich ein erfin­ dungsgemäßer Spiralbohrer im Bohreingriff befin­ det,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Spirale des Spiralbohrers nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Teil-Darstellung im vergrößerten Maßstab der Schneidengeometrie im Bereich der Spitze des Spi­ ralbohrers nach Fig. 2,

Fig. 4 eine Draufsicht im vergrößerten Maßstab auf die Spitze des Spiralbohrers nach Fig. 2, und

Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung des Temperaturverhal­ tens zwischen dem erfindungsgemäßen Spiralbohrer und einem Spiralbohrer nach dem Stand der Technik.

Ein Spiralbohrer mit einem Vier-Flächenschliff nach Fig. 1 ist im Bohreingriff mit einem Leiterplattenpaket 2, das auf seiner Oberseite eine Decklage 3 aufweist, die aus einem dün­ nen Aluminiumblech besteht, das eine Gratbildung verhindert.

Die Unterseite des Leiterplattenpaketes 2 stützt sich auf ei­ ner Unterlage 4 ab. Zwischen der Decklage 3 und der Unterlage 4 sind drei Platten 5 aus einem Glasepoxid-Material mit einer Metallkaschierung angeordnet, die gebohrt werden sollen.

In Fig. 2 ist der die Spirale 6 aufweisende Teil 7 des Spi­ ralbohrers 1 dargestellt. Am oberen Ende des die Spirale 6 aufweisenden Teils 7 befindet sich die Querschneide 8. Der Spitzenwinkel δ der Querschneide beträgt 118°. Am den die Spirale 6 aufweisenden Teil 7 schließt sich der Schaft 9 des Spiralbohrers 1 an, der hier nur teilweise dargestellt ist.

Aus Fig. 3 ist die Schneidengeometrie hinsichtlich der Frei­ winkel α₁ und α₂ für eine vordere Freifläche 10 und eine hin­ tere Freifläche 11 des Vier-Flächenschliffes der Spirale 6 des Spiralbohrers 1 zu ersehen. Die vordere Freifläche 10 um­ faßt den Freiwinkel α₁ von 7° und die sich daran anschließen­ de hintere Freifläche 11 den Freiwinkel α₂ von 20°.

Die Schneidengeometrie des Spiralbohrers 1 ergibt sich auch deutlich aus Fig. 4. Die vorderen Freiflächen 10 bilden je­ weils eine Hauptschneide. An die vorderen, sich bis zur Quer­ schneide 8 erstreckenden Freiflächen 10 schließt sich jeweils die zugehörige hintere Freifläche 11 an. Aufgrund der Schnei­ dengeometrie des Spiralbohrers 1 ergeben sich relativ große, gegenüberliegende Spankammern 12.

Das in Fig. 5 dargestellte Diagramm zeigt die Arbeitstempera­ tur in °C im Verhältnis zur Anzahl der Hübe n × 1000 in Bezug auf die Kennlinien mit einem Spiralbohrer nach dem Stand der Technik 13 im Vergleich mit einem Spiralbohrer nach der Er­ findung 14. Hierbei wird deutlich, daß der erfindungsgemäße Spiralbohrer mit deutlich niedrigeren Temperaturen arbeitet als der Spiralbohrer nach dem Stand der Technik.

Claims (6)

1. Spiralbohrer zum Ausbohren von Löchern in Glasepoxid- Materialien, insbesondere Leiterplatten, mit

• - einer Spirale aus einem Hartmetall,
• - einer Querschneide, deren Länge in einem Verhältnis zum Außendurchmesser der Spirale steht,
• - einem Vier-Flächenschliff mit zwei vorderen Frei­ flächen sowie zwei hinteren Freiflächen und
• - einem Spitzenwinkel,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Länge der Querschneide (8) im Verhältnis zum Außendurchmesser der Spirale (6) ca. 10%,
• - der Freiwinkel (α₁) der vorderen Freifläche (10) jeweils ca. 5° bis 8°,
• - der Freiwinkel (α₂) der hinteren Freiflächen (11) jeweils ca. 20° und
• - der Spitzenwinkel (δ) ca. 115° bis 120° beträgt.

2. Spiralbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Freiwinkel (α₁) der vorderen Freiflächen (10) 7° beträgt.

3. Spiralbohrer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Freiwinkel (α₂) der hinteren Freiflächen (11) 7° beträgt.

4. Spiralbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwinkel (δ) 118° beträgt.

5. Spiralbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spirale (6) aus Wolframcarbid und Kobalt besteht.