摘要：半金屬化孔成型后的孔壁銅皮翹起、披鋒殘留問(wèn)題一直是PCB板件機(jī)械加工中的一個(gè)難題。殘留在半金屬化孔內(nèi)的銅絲和披鋒在下游的smt廠家的焊接過(guò)程中，容易出現(xiàn)焊點(diǎn)不牢、虛焊、橋接短路等問(wèn)題。因此半金屬化孔的銅皮翹起和披鋒一般不為大多smt廠家的IQC所接受。本文介紹了從CAM／CAD設(shè)計(jì)上以及加工技巧上有效的控制、減小半金屬化孔的銅皮翹起和披鋒的幾種方法，同時(shí)評(píng)估各種加工方法對(duì)成本控制和制作周期的影響。

前言

如何控制半金屬化孔成型后的孔壁銅皮翹起、披鋒殘留的產(chǎn)生一直是PCB板件機(jī)械加工中的一個(gè)難題。這是因?yàn)橐话愕腜CB成型的機(jī)械加工方式無(wú)外乎數(shù)控鑼床鑼板、機(jī)械沖床沖切等方式，這些方式在切斷PTH孔銅的時(shí)候，無(wú)可避免的會(huì)導(dǎo)致余下部分PTH孔的斷面上殘留下銅絲披鋒，嚴(yán)重的甚至有孔壁銅皮翹起現(xiàn)象。如下圖所示。

象上圖這樣單元邊整排有半金屬化孔的PCB，個(gè)體都比較小，多用于載板上，作為一個(gè)母板的子板，通過(guò)這些半金屬化孔與母板以及元器件的引腳焊接到一起。所以如果這些半金屬化孔內(nèi)殘留有銅絲披鋒，在smt廠家進(jìn)行焊接的時(shí)候，將導(dǎo)致焊腳不牢、虛焊；嚴(yán)重的造成兩引腳之間的橋接短路。多數(shù)smt廠家不易接受此類PCB缺陷，而據(jù)筆者所知，現(xiàn)在多數(shù)PCB廠家是以人工修理作為應(yīng)對(duì)方案。

機(jī)械加工原理：下面我們從機(jī)械加工的原理來(lái)分析披鋒的成因。由于機(jī)械沖床沖切方式幾乎不大可能應(yīng)用到半金屬化孔的外形加工上，在此只針對(duì)數(shù)控鑼床鑼外形的原理進(jìn)行分析介紹。我們知道，一般的數(shù)控鑼床的SPINDLE的旋轉(zhuǎn)方向都是順時(shí)針的，習(xí)慣上稱為右旋刀。如下圖(一)，假定一個(gè)金屬化孔在PCB單元外形上，A、B兩點(diǎn)是它們的交點(diǎn)，鑼板方向如圖所示。那么當(dāng)右旋的鑼刀在鑼到B點(diǎn)的時(shí)候，B點(diǎn)受到一個(gè)向右的剪切力F。理想狀況下剪切力F將B處切斷。但是附著在孔壁上的銅是具有延展性和韌性的，鑼刀在切到孔壁以銅為主的金屬化層的時(shí)候，會(huì)由于以下原因產(chǎn)生披鋒殘留：

1、鑼刀由于轉(zhuǎn)速不夠和磨損的原因，造成鑼刀的切割力不足；
2、孔銅與孔壁結(jié)合力不足，在F的作用下，斷口附近孔銅脫離；
3、孔銅的延展性，特別是熱風(fēng)整平或沉金等表面處理后，又增加了金屬層的厚度和延展性及韌性，造成切割不斷；
 

大多數(shù)情況下，披鋒只在B點(diǎn)而不會(huì)在A點(diǎn)產(chǎn)生。這是因?yàn)殍尩对谇懈畹紸點(diǎn)的斷面的時(shí)候，先切割到A點(diǎn)的孔壁金屬化層。A點(diǎn)金屬化層同B點(diǎn)的孔壁金屬化層一樣，會(huì)由于金屬的延展性發(fā)生形變，但A點(diǎn)斷面背靠著基材層，有效地防止了金屬層的延伸以及金屬層與孔壁的脫離。只要鑼刀沒(méi)有嚴(yán)重磨損，切割力足夠，A點(diǎn)鑼后的斷面會(huì)很平滑，沒(méi)有披鋒產(chǎn)生。從原理分析中，我們很容易想到只要我們先將板件反轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，還是用原來(lái)的鑼板方向，先把B點(diǎn)處的銅絲鑼斷，再按正常情況鑼板，就能防止披鋒的產(chǎn)生。不過(guò)此種方法只適用于單個(gè)金屬化孔在外形線上，而且孔徑比較大的情況?，F(xiàn)時(shí)常規(guī)小直徑的鑼刀是中0．80mm，如果我們面對(duì)的是一整排的類似郵票孔的半金屬化孔，并且孔間距比較小、孔徑也比較小的時(shí)候，我們應(yīng)該怎么做呢?如下圖(二)所示。

 
設(shè)計(jì)和加工方法
一、二次鉆法

設(shè)計(jì)方法：
按鑼板方向在半金屬化孔的B點(diǎn)處在PTH后加鉆一個(gè)適當(dāng)?shù)腘PTH孔，預(yù)先切斷B點(diǎn)斷面。這里要注意幾個(gè)細(xì)節(jié)。

1、 NPTH孔的孔徑的選擇：

2、一般數(shù)控鉆機(jī)的S P I NDL E的旋轉(zhuǎn)方向也是順時(shí)針的，將PCB板件翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)鉆孔；并且應(yīng)選用槽形鉆嘴鉆孔。所以要切斷B點(diǎn)的孔銅，必須考慮到PCB板件的漲縮變化和二次鉆以及鑼機(jī)的對(duì)位精度，NP TH孔應(yīng)該在鉆帶中設(shè)計(jì)為削入板件內(nèi)2-4mil ；

3、如果按下面的堿性蝕刻流程，需要把半金屬化孔的焊盤單元外的部分削入外形線2-4mil如 果采用下面的酸性蝕刻流程，則單元外的焊盤要保留單邊比孔大5mil以上。

生產(chǎn)流程：

l. 堿性蝕刻流程：板件→一次鉆孔→PTH→外層圖形轉(zhuǎn)移→圖形電鍍→退膜→堿性蝕刻→二次鉆孔→退錫→感光阻焊→表面處理→字符印刷→鑼外形

2. 酸性蝕刻流程：板件→一次鉆孔→PTH直接加厚孔銅→外層圖形轉(zhuǎn)移→酸性蝕刻→二次鉆孔→感光阻焊→表面處理　　加工效果 ：下面是我們采用上述兩種流程批量生產(chǎn)某板件后采集的數(shù)據(jù)。每個(gè)流程的量產(chǎn)數(shù)量是350個(gè)PANAL，4200個(gè)出貨拼板單元，16800個(gè)PCS。二次鉆孔時(shí)采用兩塊／疊生產(chǎn)，按出貨單元計(jì)量比例。(如果按PCS計(jì)量，比例更低。)改善效果十分明顯。

 　　優(yōu)劣分析：從制作成本的角度來(lái)看，增加的二次鉆孔流程延長(zhǎng)了生產(chǎn)的制作周期，鉆孔成本也成倍增加。這是因?yàn)橐ＷC加鉆孔有效的切斷孔銅，需要使用特殊槽形鉆嘴并且鉆孔參數(shù)需要調(diào)整，鉆孔疊數(shù)也不可能多。同時(shí)二次鉆法對(duì)后面工序的影響也不可忽視。首先二次鉆后在半PTH孔內(nèi)將殘留部分板粉，必須采用高壓水洗的方法予以清除，以免對(duì)綠油和表面處理帶來(lái)不利的影響。同時(shí)對(duì)綠油工序而言，在加鉆孔位置必須要加單邊比孔大2mil左右的綠油開(kāi)窗，防止綠油殘留在半金屬化孔里。采用堿蝕二次鉆法注意盡量避免對(duì)板件錫面的擦花。使用之前鉆機(jī)機(jī)臺(tái)要清潔干凈。堿蝕二次鉆法的外層線路菲林削焊盤之后也存在著在圖形電鍍時(shí)孔內(nèi)上錫不良的潛在缺點(diǎn)。不過(guò)相對(duì)于人工修理給交期帶來(lái)的巨大影響和工時(shí)成本增加，二次鉆法在大批量生產(chǎn)時(shí)不失為一個(gè)可行方法。