PCB電路板微小孔加工技術現狀及存在的問題分析

概況
                     
    目前，制造業中微小孔加工鉆頭的直徑一般為φ100～φ300μm，刀具材料為超細晶粒硬質合金，WC粒徑大致在90～1000nm左右。過去由于硬質合金韌性不足，鉆頭加工可靠性較差，現在這些缺陷已基本消除，工具的抗折斷性能、剛性和耐磨性等均遠比高速鋼鉆頭優越。微型鉆頭主要用于印刷電路板、燃料噴嘴(內燃機)、化纖細絲噴嘴等的微小孔加工。被加工材料為GFRP、合金鋼、不銹鋼、特殊陶瓷等。

 趨勢
                     
    隨著移動電話功能的增多，印刷電路板線路分布日益向密集方向發展，電路板的微孔直徑也更加細小，加工難度進一步增大。內燃機燃料噴嘴的發展趨勢也大致如此。化纖絲噴嘴的噴出孔小直徑約10μm，噴嘴材料為不銹鋼，要求在不銹鋼上加工出數百至數千個噴出孔，加工難度極大。
                     
    高精度制作微型鉆頭的技術要求很高，直徑越小，制作越困難。目前，市場上可見到的硬質合金微型鉆頭中，經過研磨的麻花鉆小直徑為φ30μm，扁鉆為φ10μm。據報道，在研究室里采用電解磨削方式，可制作出φ5μm的極小直徑鉆頭。

工具材料
                     
    隨著鉆頭小直徑的微細化，要求工具的抗彎強度、剛性、刃尖鋒利度、硬度及斷裂韌性均應較高，因此，工具廠商不斷研究如何使硬質合金晶粒更加微細化，而且已取得可喜的成果。
 存在的問題
                     
    目前市場上銷售的φ100μm以下的微型鉆頭中，尺寸、形狀的偏差極不均勻。例如，對市場上φ20μm的31支鉆頭進行測試的結果，直徑的平均值為20.1μm，標準偏差1.5μm；芯厚平均值為6.3μm，標準偏差為1.7μm，偏差值明顯偏大。當然制造出這樣的鉆頭已經很不容易，但進一步縮小偏差值，仍是微孔加工需要解決的問題。

    超細晶粒硬質合金的機械性能

    WC粒徑：300nm；硬度：1902Hv；縱彈性模量E：570GPa

    WC粒徑：90nm；硬度：2361Hv；縱彈性模量E：600GPa
                     
    另外，在抑制加工孔出口處的毛刺方面，目前還沒有非常理想的方法，特別是內燃機燃料噴嘴，要除去微孔出口處的毛刺極其困難，制造商只能在鉆孔加工后，采用電解磨削方式，將孔出口處周圍的毛刺去掉，否則將嚴重影響噴射效果。

今后的課題

    （1）進一步細化WC晶粒，以提高微型鉆頭的剛性、硬度和韌性。
                     
    （2）采用ELID磨削等新技術，使鉆頭表面達到鏡面水平，從而使切削刃更加鋒利，切削阻力進一步減小，工具壽命大幅度延長。
                     
    （3）采用超聲波振動切削，提高加工效率。小孔加工，尤其是微孔加工，對鉆頭施以超聲波振動，可減小切削力，實現高速回轉，提高切削效率，并可取得排屑流暢和提高鉆入處孔精度的良好效果。目前的超聲波振動技術，尚不能很好滿足微孔加工要求，今后應開發新型聲波振動技術，并使之在微孔加工中得到廣泛應用。
                     
    （4）抑制毛刺的產生。孔出口處的毛刺和交叉孔加工的毛刺均極難去除，必須對鉆頭形狀加以更大改進和調整加工孔出口處的切削條件，才能有效抑制毛刺的產生。
                     
    （5）開發減小鉆頭振動的夾持系統。鉆頭安裝在機床主軸夾具上，應保證振擺精度在1μm以內。鉆頭直徑越小，剛性越低，振擺失控將大幅度縮短工具壽命。因此，必須開發減振性能良好的夾具，將其與微型鉆頭相配合，以提高微小孔加工的精度和延長工具壽命。