关于PCB钻孔的综述

先

进

加

工

技

术

作

业

学院：机电工程学院

姓名：王琳芳

学号：2111101052

关于PCB钻孔的综述

1 PCB的发展历程

摘要

近年来，由于电子产品的高密度、多功能、小型化的要求，促进了PCB工业向高密度布线和多层板薄形化技术的发展[1]，故印刷电路板（PCB）在人们的生活中运用的越来越广泛，成为了电子组件制造业的最大支柱产业之一，它用于组装电子元器件之前的基板、形成电子线路以及连接电子元器件，发挥整体功能。PCB钻孔的过程中需要研究钻削力和钻削热对刀具寿命和孔质量的影响。

关键词PCB 材料性能钻孔质量刀具使用寿命

1.1 PCB基板材料

PCB板基板材料业已累积了近百年的历史。基板材料业的每一阶段的发展，都受到电子整机产品、半导体制造技术、电子安装技术、电子电路制造技术的革新所驱动。20世纪初至20世纪40年代末，是PCB基板材料业发展的萌芽阶段。它的发展特点主要表现在：此时期基板材料用的树脂、增强材料以及绝缘基板大量涌现，技术上得到初步的探索。这些都为印制电路板用最典型的基板材料——覆铜板的问世与发展，创造了必要的条件。另一方面，以金属箔蚀刻法(减成法)制造电路为主流的PCB制造技术，得到了最初的确立和发展。它为覆铜板在结构组成、特性条件的确定上，起到了决定性的作用。

覆铜板在PCB生产中真正被规模地采用，最早于1947年出现在美国PCB业。PCB基板材料业为此也进入了它的初期发展的阶段。在此阶段内，基板材料制造所用的原材料——有机树脂、增强材料、铜箔等的制造技术进步，对基板材料业的进展予以强大的推动力。正因如此，基板材料制造技术开始一步步走向成熟。

集成电路的发明与应用，电子产品的小型化、高性能化，将PCB基板材料技术推上了高性能化发展的轨道。PCB产品在世界市场上需求的迅速扩大，使 PCB 基板材料产品的产量、品种、技术，都得到了高速的发展。此阶段基板材料应用，出现了一个广阔的新领域——多层印制电路板[2]。同时，此阶段基板材料在结构组成方面，更加发展了它的多样化。

1.2 印刷电路板的分类

按印刷电路板的层数，我们可以将其分为三类：单层（面）印刷电路板、双层（面）印刷电路板以及多层印刷电路板。

单层电路板是指导线分布在绝缘基板的一面上，几乎都采用纸质酚醛基材。

双层电路板即双面都印有线路图形，即绝缘基板两面都有电路，再通过孔的金属化进行双面互连形成的印刷电路板。

多层印刷电路板是利用传统多层板逐次压合的观念，在以双层和四层板为基础的核心基板的板外，逐次增加绝缘层和导体层，一层一层个别制作，在绝缘层上制造导体线路，达到多层结构的功能。

另外，电路板也可以根据基板的硬度分为刚性基板电路板和柔性基板电路板，根据基材的材料可以分为纸质基板、复合基板、玻璃纤维布基等等。

2 PCB机械钻孔的研究方法

在线路板上钻孔的常用方法有数控机械钻孔方法和激光钻孔方法等，现阶段以机械钻孔方法使用最多。随着高密度增层法线路板的普及，对盲孔的需求增加，激光钻孔加工方法应用有增加的势头。但是激光钻孔加工对被加工材料适应性较差、设备成本高及孔壁质量较低等原因，使得目前近90％的PCB孔由机械钻孔机来实现[3]。

在对印刷电路板的钻削过程中，钻头需要经过盖板、多层PCB电路板以及垫板，不同的层的材料不同，所以，在钻削过程中，钻头的磨损以及孔的质量是不同的，综合各种因素，以其找到最优的钻削方法，故对其钻削过程应进行深入的研究。

2.1 印刷电路板钻削过程中的钻削力[4]

钻削力是印刷电路板钻削过程中的重要物理参数之一，它的大小决定了钻削过程中所消耗的功率，切削变形，它还导致了钻削热的产生，并进一步影响钻头的磨损，对加工精度和加工质量有着重要的影响。

在钻削过程中通过安装的测试系统来测试不同的加工参数和钻头的几何参数对钻削力的影响，进而导出钻削力的经验公式。根据钻削力的经验公式，综合刀具使用寿命，孔加工质量，成本等因素，得出最优的钻削方案。

2.2 印刷电路板钻削过程中钻屑的显微观察

切屑分为带状切屑、挤裂切屑、单位切屑和崩碎切屑等[5]，不同的切屑形状包含了不同的加工信息，影响因素有加工参数的不同、刀具几何参数的不同等。由于在钻削过程中，钻头需要通过盖板、多层电路板和垫板，每层的材料不同，故钻屑的形状也不同，通过高速显微观察不同时期不同材料的钻屑的形状和毛刺情况，并分析钻屑对钻削过程的影响。

2.3 印刷电路板钻削过程中钻头的磨损研究

观察高速钻削印刷电路板时钻头磨损，比较不同的进给速度对钻头磨损的影响，分析钻头磨削机理，采用单因素实验，选择不同的刀具几何参数，逐个分析其对刀具磨损的影响，用显微镜对刀具的磨损情况进行分析，得出刀具磨损图形，综合不同的刀具磨损参数的特征，确定磨损机理。

2.4 印刷电路板钻削过程中的钻削温度的测量以及孔加工

质量的研究

采用非接触式红外测温的方法来测量印刷电路板在钻削过程中钻削加工区域的温度场变化。应用测温软件，测量不同时刻温度场中各点或各区域的温度，绘制等温线。

研究印刷电路板钻削加工中，孔径超差、毛刺、孔壁粗糙度等加工质量问题。印刷电路板钻削加工中，孔径超差、毛刺、孔壁粗糙度均是钻孔质量的评价指标。

3 我国PCB工业的发展现状和发展前景

PCB工业的发展与进步主要是受世界主导经济而决定（制约）着的，也就是说，当前和今后的世界主导经济——知识经济的状况将决定着PCB工业的发展与进步！尽管世界经济多次反复的波动（经济危机、特别是2008年发生的金融海啸，至今还处在缓慢“复苏”之中）会给PCB工业带来市场和生产上的很大起落变化。但是，当今世界的主导经济——知识经济仍然没有改变，这意味着PCB工业仍将继续大力（特别是PCB生产工业技术、产品结构和升级等）向前发展着[6]。

随着电子工业的迅速发展, 特别是表面安装技术和计算机的飞速进展, 我国印制电路技术已逐渐进入成熟时期.当然,也应该看到我国印制电路技术同世界先进水平相比, 还有不少差距[7]。尽管改革开放30多年来使我国PCB工业从小到大走上了世界产量首位、产值第一的大国，但是仍然属于中、低档产品为主体的“劳动密集型”的产业。同时，我国PCB工（产）业和其它工（产）业一样，面临着发达国家走过的“刘易斯转变点”——无限提供劳动力到有限提供劳动力变化的问题，在这种情况下。我国PCB工业要积极应对：转变生产方式提高生产效率；进行产品结构调整和优化升级；创新生产工艺和产品体系等，使我国PCB 工业从生产大国走向生产强国！

世界PCB的发展技术以日本和英国为领袖，日本的电子设备产品以采用高密度安装和轻薄短小化的方向性而著称于世，处于高度优势。。实现各种功能的电子设备安装中，PCB是决定电子设备特性的重要部件之一。今后高性能化的要求仍将继续，特别是在便携型电子设备的安装中，各种功能并行发展，适应各种功能的PCB开发支撑和高性能的实现[9]。相比于这些发展国家，我国的发展技术稍显青涩，过去我国PCB产业的状大和发展主要是依靠广大农村的“剩余劳动力”，由于现在劳动力相对短缺，也就造成了我国PCB行业的滞后，在未来的日子我们采用自动化的方法。这样做既可增加产品自动化生产程度，又能够提高产品质量与生产效率，达到降低生产成本、提高企业效益！