摘要：文章以新型外形加工高精密設(shè)備為基礎(chǔ)，結(jié)合CAM設(shè)計、工藝參數(shù)優(yōu)化，研發(fā)新的高精度，高穩(wěn)定性的半金屬化孔制作方法，保證半金屬孔板一次直接成型，不扯銅、無披鋒、無毛刺，孔邊左右對稱，提高生產(chǎn)效率及成品良率。

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前言

印制電路板（PCB）實現(xiàn)成品板邊的半金屬化孔工藝經(jīng)過同業(yè)者不斷研發(fā)改進，在PCB 加工中已經(jīng)是成熟工藝。目前加工半金屬化孔最有效地消除孔內(nèi)殘留披鋒的做法是：圖電鍍錫+半孔成型+堿性蝕刻。其是利用圖形電鍍工序中的鍍錫工藝保護線路和孔銅，然后通過增加二次鉆孔或銑板將半金屬化孔成型，再采用堿性蝕刻的方法將半金屬化孔裸露銅面的披鋒給蝕刻掉。其他地方有錫保護不會被蝕刻。從制作成本的角度來看，增加的二次鉆孔或銑板的流程延長了生產(chǎn)的制作周期，制作成本也成倍增加。同時二次鉆孔或銑板對位精度、PCB加工過程中的漲縮容易造成半金屬化孔偏位，影響加工良率。

近年來，隨著皮秒激光切割機、反轉(zhuǎn)銑板機等高精密設(shè)備的研發(fā)，以新型外形加工高精密設(shè)備為基礎(chǔ)，利用這些設(shè)備的新功能，結(jié)合CAM（計算機輔助制造）設(shè)計、工藝參數(shù)優(yōu)化，已成功開發(fā)半金屬化孔一次直接成型的新制作工藝。以下設(shè)計兩種直接成型制作方案進行比較。

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工藝優(yōu)化方案

1.1 皮秒激光切割法相對于傳統(tǒng)納秒激光（10-9s），采用皮秒激光加工材料，具有加工精度高、熱效應(yīng)極小、加工邊緣無毛刺等優(yōu)點。采用高功率激光器的皮秒激光切割機（如圖1所示），對厚度2mm以下的陶瓷基板或薄金屬片均可進行切割鉆孔。借鑒于之前陶瓷基板和金屬基板的切割經(jīng)驗，通過優(yōu)化激光切割參數(shù)，對FR4材質(zhì)上的半金屬化孔進行直接切割加工。皮秒激光切割機具備CCD（電荷耦合器件）視覺自動抓靶定位功能，重復(fù)精度1μm，定位精度≤3μm，可以很好解決漲縮偏位，半孔不對稱問題。

1.2 反轉(zhuǎn)主軸銑板法銑機主軸順時針旋轉(zhuǎn)稱為正轉(zhuǎn)，逆時針旋轉(zhuǎn)稱為反轉(zhuǎn)。銑機上安裝主軸正反轉(zhuǎn)交換機及智能控制軟件，實現(xiàn)刀具主軸可以改變轉(zhuǎn)動方向，使刀具的主軸轉(zhuǎn)動方向與銑板方向保持一致。分別按照銑板CAM資料中的銑板路徑進行加工，銑板加工過程中通過控制刀具主軸的旋轉(zhuǎn)方向，使主軸旋轉(zhuǎn)作用在加工面的力和刀具行進作用在加工面的力方向一致，確保切割半金屬孔時不產(chǎn)生毛刺。采用反轉(zhuǎn)（主軸逆時針旋轉(zhuǎn)）主軸銑板法，在刀具和銑帶資料上需要做特別的優(yōu)化設(shè)計。 1.2.1 刀具選擇銑機主軸順時針正向旋轉(zhuǎn)時，選用常規(guī)的右旋轉(zhuǎn)銑刀；逆時針反向旋轉(zhuǎn)時，選用特殊的左旋轉(zhuǎn)銑刀（如圖2所示），通過左螺旋的刀刃將切削粉屑向下排出。如圖3所示，假定一個半金屬化孔在PCB外形邊上，A、B兩點是它們的交點，銑刀行進方向如圖3所示。銑刀在切割A(yù)點時正向旋轉(zhuǎn)，不會產(chǎn)生毛刺，在切割B點時反向旋轉(zhuǎn)，同時使用左旋轉(zhuǎn)銑刀，由于向下按壓基板的力的作用，表面不會產(chǎn)生毛刺，并且基板的尺寸精度變化也小。

1.2.2 銑帶制作銑帶資料中設(shè)計分粗銑、精修；第一次粗銑采用常規(guī)右旋轉(zhuǎn)銑刀在PCB板的板邊沿順時針方向進行直線切型得到半孔槽體，銑刀所走的路徑與半孔槽體的輪廓線之間保留0.05mm~0.1mm的間距；精修采用左旋轉(zhuǎn)銑刀沿著半孔槽體的輪廓線以波浪式走刀方式進行切型，銑刀的直徑比半孔的孔徑大0.2mm~0.3mm。

02實驗設(shè)計以一個8層PCB，板厚度1.0mm。設(shè)計成品半金屬化孔徑0.5mm，鉆頭直徑0.6mm，孔間距1.3mm，連接盤寬0.9mm，如圖4所示。分別采用皮秒激光切割法和反轉(zhuǎn)主軸銑板法兩種方案進行測試，數(shù)量各4PNL，孔數(shù)16920個/PNL。

2.1 皮秒激光切割法實驗2.1.1 制作流程首先需要選擇皮秒激光切割機，具有皮秒級超短脈寬、重復(fù)頻率可調(diào)、脈沖能量高等特點，可以對在制板進行冷燒蝕，減少切割后產(chǎn)生碳化現(xiàn)象，且加工精度高。可以靈活選擇堿性蝕刻流程或者酸性蝕刻流程制作。

（1）堿性蝕刻流程：在制板一次鉆孔→PTH（鍍銅孔）→外層圖形轉(zhuǎn)移→圖形電鍍→退膜→堿性蝕刻→激光切割→感光阻焊→字符印刷→電鍍→銑外形

（2）酸性蝕刻流程：在制板一次鉆孔→PTH→整板電鍍→外層圖形轉(zhuǎn)移→酸性蝕刻→激光切割→感光阻焊→字符印刷→電鍍→銑外形 其中，激光切割加工步驟如表1所示。

2.1.2 實驗結(jié)果皮秒激光器加工重復(fù)頻率10kHz至1000kHz，功率8W~15W，根據(jù)PCB實際板厚調(diào)整，可加工板厚范圍0.3mm~3.0mm。加工對位精度±0.025mm。 通過調(diào)整脈沖頻率和激光功率，激光切割后，可以徹底地消除半金屬化孔的電鍍殘留（切割效果見圖5所示），避免了人工修理的麻煩。且激光通過CCD對位系統(tǒng)抓取板件內(nèi)光學(xué)點圖像對位，不受板件漲縮因素影響，半金屬化孔左右兩邊對稱無偏位。

2.2 反轉(zhuǎn)主軸銑板法實驗2.2.1 制作流程在制板按正常制作流程完成阻焊和電鍍工序后進入銑外形工序，按照表2步驟進行。

2.2.2 實驗結(jié)果根據(jù)槽寬和半金屬化孔徑，選擇加工參數(shù)。切割效果見圖6所示。

03量產(chǎn)測試

按照上述兩種實驗方案，分別批量制作同類半金屬化孔電路板，對比毛刺、偏位改善，結(jié)果見表3所示。從量產(chǎn)的結(jié)果來看，激光切割法表現(xiàn)最佳，激光對位精度高，切割效果好，完全可以做到無毛刺，孔邊左右對稱。

反轉(zhuǎn)主軸銑板法量產(chǎn)時考慮提升效率，加工疊數(shù)較多，不可避免受到在制板漲縮及銑刀磨損等因素的影響，產(chǎn)生比例很低的毛刺和偏位，而毛刺清洗可除掉，處理難度不大，整體良率完全可以滿足生產(chǎn)要求。

04

總結(jié)

通過優(yōu)化設(shè)計和生產(chǎn)工藝的改進，半金屬化孔一次直接成型的工藝已經(jīng)取得了質(zhì)的突破。實驗后通過量產(chǎn)測試的判定：半金屬孔板一次直接成型，不扯銅、無毛刺，孔邊左右對稱，滿足品質(zhì)要求，且縮短了制作流程，節(jié)省加工成本。

審核編輯 ：李倩