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铜基板的小孔加工改善研究

作者:利升体育登录 时间:2021-02-23 19:13
本文摘要:随着大功率电子元器件对PCB风扇能力的剔除率降低,市场对金属基板的需求也在上升,对铜基板产品的加工剔除率也明确提出了更高的要求。特别是在钻孔中,更多的铜基板拒绝钻小于0.5毫米的通孔,并且在用常规钻孔方法加工时很难经常折断刀具。本文对铜基板的钻孔机理进行了研究,并提出了一些改进钻孔工艺的方案,以提高铜基板小孔的加工成品率。 铜基板钻孔难点分析由于客户对风扇或板材的市场需求更加多样化,市场上用作铜基板的铜材料种类繁多,不同种类的铜基板硬度不同。

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随着大功率电子元器件对PCB风扇能力的剔除率降低,市场对金属基板的需求也在上升,对铜基板产品的加工剔除率也明确提出了更高的要求。特别是在钻孔中,更多的铜基板拒绝钻小于0.5毫米的通孔,并且在用常规钻孔方法加工时很难经常折断刀具。本文对铜基板的钻孔机理进行了研究,并提出了一些改进钻孔工艺的方案,以提高铜基板小孔的加工成品率。

铜基板钻孔难点分析由于客户对风扇或板材的市场需求更加多样化,市场上用作铜基板的铜材料种类繁多,不同种类的铜基板硬度不同。目前主流的铜基板采用含铜量较高的紫铜制作,其特点是塑性较好,强度和硬度略低,其风扇性能是各种铜基板中最差的。从PCB钻孔的角度来看,铜块同时具有“软”和“硬”的特点[1]。一方面,铜块比FR-4等有机材料或有机复合材料软得多,加工钻具时工件的可玩性大大增加,更容易因过度磨损造成刀具破损;另一方面,铜块具有一定的塑性,因此钻孔时铜屑可能会粘附在刀头上,如下图1右图所示,更容易因切屑不当而造成刀具破损。

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特别是钻孔刀具直径大于0.7mm时,承受的纵向切削力和轴向力有限,发黑掉屑能力弱,给钻孔带来很大挑战。图1粘铜钻头的自由选择以上是加工铜基孔过程中不存在的几个主要问题:磨损大、断刀困难、无风扇。虽然这些问题比较混乱,但是需要通过自由选择必要的钻头来有效缓解这些情况,从而改善铜基体铁环小孔的各个方面。

铁环刀具易磨损问题的解决首先是大磨损问题。从硬度来看,铜块比常规板材软很多,这就需要钻具对这些材料进行一定程度的加工。肯定是软铜块对钻具磨损小。为了延长钻具的使用寿命,有必要提高钻具的耐磨性。

虽然现有的高速钢或硬质合金钻具具有高硬度,但它们的材料强度已经很高,并且具有良好的可加工性。因此,在提高耐用度方面,行业的广泛做法不是更换钻具材料,而是减少现有钻具上的涂层[2],从而超出了提高工具表面硬度、增加摩擦系数、降低工件温度的目的。硬质合金与各种涂层技术的硬度对比如下:表1,右图。表1硬质合金与各种涂层技术的技术对比表明,涂层刀具的表面硬度提高,大大提高了产品的耐磨性,而摩擦系数的降低不利于降低钻具的工作温度,提高钻孔质量的稳定性。

铁环刀具易断问题的解决办法是不易断。加工铜基板时,铜屑容易被切掉,小铁环刀具排屑空间小,往往更容易被堆积的铜屑切掉。为了解决这个问题,我们可以尝试优化钻具的结构,以提高其排屑能力,从而增加铜屑切割钻具的复发率。钻具的结构参数很多,涉及到铁环的尖角、螺旋角、铁环芯的厚度、芯厚的锥度、钻头的前角和前角、钻头横刃的斜角等。

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但考虑到所有参数必须同时优化,所以必须制作大量刀具,进行大量试验。这里,选择对切削刀具影响第二大的两个参数进行结构调整 业内很多厂家采用倒酒精加热铜基板钻孔的方案,但是操作人员很难配合。本质上,铜基板可以通过特定的方法钻孔来处理,如下图2右图所示。

钻孔的具体方法可以为钻头和扇形板获得较长的时间,同时有助于及时将铜屑带出,防止钻头缠绕铜断刀。虽然加工效率不会更低,但提高钻孔风扇能力可以有效防止钻孔中的铜卡,不仅缩短了钻具的寿命,而且更好地保证了钻孔质量,从而降低了钻孔的不良率。图2具体方法钻孔示意图思考铜基的钻孔参数自由选择必要的工具后,必须思考铜基的钻孔参数,以检验钻孔效果是否满足要求。这里以0.5mm的钻具为例,定制一个145尖角、40螺旋角的涂层钻具加工铜基体,其他参数按照常规设计。

该工具如图3右侧所示。图3定制0.5mm涂层刀具扭矩区间的思考为了防止其他参数影响扭矩调整对钻孔质量的影响,将钻机的进给速度调整到小于0.1 m/min,从低于钻速逐渐增大,并检查合适的扭矩区间。不同扭矩设置下的钻井测试结果如下图表3所示。表3进给速度为0.1米/分钟的各种扭矩的切削刀具表明,在10k转/分钟至20k转/分钟范围内的扭矩需要满足0.5毫米钻具铁环铜块的废品率。

但在扭矩较大的情况下,往往会发生断刀,在断刀的孔位往往会出现崩孔,如下图4右图所示。


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