1、半金屬化槽/孔的成型加工技術控討深南電路有限公司518053 梁飛、孫俊杰摘要：半而金屬化槽/孔在成型加工過程中的毛刺和銅皮翻起問題是pcb機械加工中的一個難點，傳 統的改良方法，即更改走刀方向、下刀點以及定位方式很難完全消除這些問題，繼而在后續焊接過程屮出 現虛焊、橋接矩路等問題。本文在對比總結灌錫銃、止反鉆、正反銃工藝的同時，提出了機械加工和化學 加工相結合的最優解決方案帶錫銃。一、前言1. 1背景所謂半金屬化槽/孔，多指在pcb外形線上只留有半個金屬化槽/孔的設計，而另一半要在成型加工 時將其銃掉。這種半金屬化槽/孔的設計多用于電源板、個人消費品，背板上亦有此類設計，但是不多見。 焊接加

2、工吋，有些半金屬化槽/孔的側面作為壓接連接的一個配合面，如fig.l、fig. 2所示，但多數情況 下是做為母板的一個子板，子板的半金屬化槽/孔與母板或元器件的引腳焊接到一起以增強焊接性能。如果這些半金屬化單元內殘留有銅絲、毛刺，將導致焊腳不牢、虛焊甚至橋接短路等問題。然而究竟 如何得到斷面齊整、光潔、pth鍍層保存完好的半金屬化槽/孔著實是pcb成型加工的一個難題。目前，對半金屬化槽孔的加工，除了對要求較低的產品采用模具沖型外，切的方式，下面僅就數控銃 工藝來分析毛刺、銅皮起翹的產生機理。1.2毛刺、銅皮起翹的產生機理。一般情況下，數控銃床的主軸總是順時針旋轉的，在銃切過程中，板 子側面會產

3、生一個切削力，在切削力作用下，銃刀將多余的板料銃削下來。在加工半金屬化槽/孔吋，鍍 銅層與基材層之間的結合力、銃刀切削性能、半金屬化單元圖形的設計特點以及銃切方式等因索都會影響 半金屬化單元的成型加工質量，使得在一次性錐切金屬化槽/孔的過程中，若不增加任何輔助丄藝，就必 然會產住毛刺、銅絲，這是目前銃切加工h身難以克服的弊端。如fig. 3所示為俯視觀察銃刀銃切半金屬化孔的剖面圖，主軸順時針方向旋轉、逆銃走刀。那么當銃 刀切削至a位置和b位置時，a點與b點均受到一個向右的明切力ft,所不同的是：在a點，銃刀先切到 基材層，將基材層切斷后繼續切削鍍銅層，而鍍銅通孔上的銅是連續性的結品體，有非常良

4、好的延展性， 在ft的作用下，銅鍍層在a點又恰好有一個延展空間，于是a點處的鍍銅層便順著銃刀的行進方向延展, 直至ft戰勝其晶體間的結合力，至此，毛刺也就形成了，如果鍍銅層與基材的結合力不好，不足以抵抗 ft的作用，則a點處靠圖形區一側的孔壁鍍銅層還會部分脫離棊材，形成銅皮起翹；而在b點，銃刀是先 切到鍍銅層，在ft的作用下將其壓向b處的基材層，使其喪失了延展的空間，從而有效地防上了鍍銅層 的延展以及鍍銅層與孔壁的脫離，可以得到齊整、光潔的斷口。但是銃刀在切斷b點的時候，在走刀方向 上是有進給的，如果b點與下一個pth孔的距離很小，就很可能在下一個pth孔的和應“a”點處產生毛 刺、銅皮起翹的

5、問題。綜上分析，得到半金屬化單元在銃切加工吋產生毛刺、銅皮起翹的機理：（1）半金屬化單元內壁的雙 層結構使得其結合力成為一個重耍影響因素；（2）半金屬化單元的內輪廓在成型加工前已經完成，使得“a”點區域的鍍銅層冇了足夠的延展空間， 加z鍍銅層本身良好的延展性，助長了毛刺的形成;銃切加工自身的特點，如主軸固定的旋向、逆銃的走刀方向等也使得毛刺的產牛難以避免。以上分析是在銃刀刀齒鋒利、銃切參數合理的前提下進行的，而在實際加工屮，銃刀是逐漸磨損的， 很難恒定的保持理想的加工條件，若銃刀磨損嚴重、銃切力不足，那么a點、b點處均會產生毛刺、銅皮 起翹。二、傳統工藝2.1內層設計優化丄藝2.1.1改善機理

6、提高半金屬化單元內壁鍍銅層的結合力， 改善銅皮翻起在pth槽廳l內層的允許空間上加銅盤，使其在與孔壁垂直的方向產生一個拉住內壁鍍銅層的力最， 以增強內壁鍍銅層結合力，從而抵抗切削力，改善銅皮拉脫、翹起問題。2. 1. 2試驗加工結果試驗設計了內層有盤pth孔和內層無盤pth孔兩種圖形，并在多種銃切參數下一次性銃切。結果發現, 內層有盤ptii孔的銅皮翻起長度比無盤孔的銅皮翻起長度小約20%,有盤ptii孔的銅屑銜接界面比無盤 pth孔更明晰、更易于修補,修補時間短且修補后界面更光滑,見fig. 4和fig. 5。通過內層增加銅盤雖然對半金屬化孔的銃切有明顯輔助作用，但是在一次性銃切時不能杜絕銅

7、皮翻起 的問題。2. 2灌錫填孔工藝2.2.1改善機理切斷銅鍍層的延展空間由上文分析，我們知道a點會產牛毛刺，而b點一般不會產生，主要原因是a點的孔壁鍍層有延展空 間。那么通過在半金屬化槽仔l中灌錫填孔的方法，町以封住ay孔壁銅皮的延展空間，強迫銅層斷裂。2.2.2加丄流程及加工效果 加工流程：hasl （噴錫不開風刀）一銃半金屬化槽/孔一hasl（噴錫吹孔） 一外形加工。加工效果：由于槽仔l內填滿了錫，有效的阻止了孔壁銅皮的延展，可以得到較理想的加工效果。2. 2. 3局限性及弊端這種灌錫填孔的工藝方法僅適用于表面涂敷方式為hasl的板件，而且由于此類板件經過了兩次熱沖擊, 容易造成后續焊接

8、失效，特別是對于厚度較高、內層銅厚較厚的板，兩次熱沖擊更是致命。2.3正反鉆/正反銃工藝2.3.1改善機理一一反向置板，將原有銃切問題點“a”轉換消除如fig. 3所示，a點為一次性銃切半金屬化單元的問題點，如果通過一些輔助工藝方法，事先解決這個 問題點，然后再正常銃外形，就可以滿足工藝要求了。2.3.2消除問題點“a”的兒種工藝方法2.3.2. 1反鉆法如fig. 6)所示，在a點處預先鉆出一個npth孔，將a點的金屬化單元側壁預先切斷。山于數控鉆機 的主軸旋轉方向也是順時針的，若按銃外形的置板方向來鉆這個預鉆孔，問題點不仍消除。因此，需要按 照fig. 6(b)所示的方向，即與銃外形相反的

9、方向置板鉆預鉆孔，稱為反鉆法。預鉆孔孔徑以及位置的設計要充分考慮半金屬化單元外層焊盤的尺寸、形狀特點，板件的漲縮變化以 及錐床的成型精度和對位精度等因素。如fig. 6(c)所示，預鉆孔加在與半金屬化單元內壁相切的位置，則 其外層焊盤仍冇f段尚未鉆掉，在銃外形時仍冇可能被銃刀帶起，產生毛刺。而r在工藝允差下，冇時 銃刀路線可能會切進設計圖形，則內壁區域的銅鍍層仍有產生毛刺的可能，為了徹底消除a點隱患，需將 預鉆孔切進圖形0. 05 0. 08mm,如圖(d)所示。2. 3. 2. 2正反鉆法由1. 2的分析，我們認為by的止常銃切不會產生毛刺、銅皮翻起問題。但是，若半金屬化單元設計 有外層焊盤且焊盤尺寸很小，焊盤在垂直方向上仍有延展空間，也可能會有毛刺、銅皮翻起現象。fig. 7 (a) 是只在“a”點加了預鉆孔的半金