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【摘 要】随着信息化向高集成化的迅猛发展，PCB机械微钻针得到了广泛应用。然而如何让微钻针满足应用越来越多的High-TG板料和无卤素板料，则成了行业同仁又一新的工艺研究方向。本文针对微钻针的外型设计差异，通过试验测试，验证了不同外型设计的微钻针对钻孔孔粗、钉头、CPK、断针率的影响。通过本文的试验比较、微钻针外型设计差异化比对，总结出了微钻针设计差异对钻孔品质影响的规律。
【关键词】微钻针；High-TG板料；无卤素板料；CPK；断针率
一、前言
进入二十一世纪，科技迅猛发展，信息化电子产品日新月异，越来越轻、薄、短、小和多功能化。与此相应，PCB行业技术迅速发展，产品结构越来越多样化，高多层板、大尺寸背板、盲埋孔板、特种基材板、HDI/BUM、FPC等新兴PCB产品被广泛应用。面对诸多的新兴PCB种类，机械微钻针的设计和应用也出现了差异化，那么差异化的设计到底对钻孔品质有何影响呢？
本文通过对微钻针构造的理论分析和实际不同设计的微钻针比较，找出了微钻针影响钻孔品质的关键因素，希望这些结论能为行业同仁在微钻针使用选择上起到抛砖引玉的作用。
二、微钻针的定义和基本构造
2.1 微钻针的定义
微钻针是根据钻针直径进行定义的，按照IPC要求，直径小于等于0.35mm以下小钻针统称为微型钻针。目前，PCB行业常用的微型钻针按设计不同分为ST（Straight Type）型和UC（Undercut Type ）型，随着PCB对孔壁品质要求越来越高，当前以UC型微钻针为主流市场，其与ST型微钻针的设计差异如图1所示。
2.2 微钻针的构造
微钻针是由钻柄夹持部分、螺旋槽排屑部分、切削部分组成，其作用及构造分别如下。
（1） 钻柄夹持部分
包括微钻针柄部（固定直径为3.175mm）和过度锥部分，主要作用是起夹持钻针和传送动力，如图2所示。
（2） 螺旋槽排屑部分
是指微钻针有螺旋排屑槽的整体部分，由螺旋槽、钻芯、刃带组成，起导向排屑作用，也是切削的后备部分，此部分螺旋角、沟径比、芯斜度、钻芯锥度是微钻针设计中至关重要的参数，如图3所示。
（3） 切削部分
是指微钻针具有切削刃的部分，由前刀面和后刀面、副后刀面构成，前刀面是螺旋面，后刀面具有一定的角度，一般在12○～30○之间，副后刀面是刃带楞面，可以近似为圆柱面，前刀面与刃带相交的楞边为副切削刃。主切削刃为直线，横切削刃近似直线，副切削刃为螺旋面。芯厚是此部分微钻针设计的重要参数，如图4所示。
通过对微钻针的构造进行分析，微钻针的芯厚、螺旋角、沟径比、钻尖角是微钻设计的主要变化因素，那么，这些变化会带来什么质量上的变化呢，本文将通过实例进行举证。
三、不同微钻针设计对钻孔品质影响对比
3.1 微钻针设计对比
目前业界应用比较普遍的微钻针为0.25mm和0.3mm，文章选取五种不同设计的0.25mm微钻针进行对比试验，其钻针设计参数如表1所示。
3.2 微钻针试验条件选取
层次与板料选择：根据公司平均8层板的订单结构，选取8层板作为试验板层次，用High-TG板料进行对比测试，各种钻针各试验50支；试板压合结构：板厚1.5mm，总铜厚7OZ，如图5所示。
3.3 试验参数（见表2）
四、微钻针试验结果
4.1 试验结果（见表3）
4.2 微钻针试验结果分析
（1） A类型微钻针因芯厚设计大，钻孔定位好，因此反映出来的CPK和孔粗较好；但螺旋角设计大，微钻针刚性差，断针严重，如表4所示。
（2） E类型微钻针因芯厚设计小，钻孔定位差，因此反映出来的CPK最低；且钻针磨损严重，但排屑效果好，如表5所示。
（3） C、D类型微钻针所体现出来的数据均比较居中，孔位精度CPK、孔粗、钻针磨损均在中值；
（4） 关于钉头部分五种不同设计的微钻针均有不同程度的超标，在此针对钉头作特别说明：
1） 针对钉头1.5倍内层铜厚要求是源自于军标MIL-PRF-55110F中“A3.6.12”有明确定义为不超过1.5倍；
2） 但”IPC-600H 3.4.2”中对钉头有作另外一种定义并且在IPC-6012的3.6.2.17中也作说明，“钉头：没有证据表明钉头影响功能，钉头的存在可以认为是制程警示或设计的变异，但不能作为拒收的理由”；
3） 根据上述标准描述，对普通PCB板钻孔钉头要求不以1.5倍内层铜厚管控，经过多次试验验证建议以小于1.8倍内层铜厚进行管控，如是军用品，则按军标小于1.5倍内层铜厚要求管控。
五、结论
（1） 微钻针芯厚设计越大，则孔位精度越好，但排屑效果会变差；
（2） 微钻针芯厚越大，刀面磨损相对较小；微钻针芯厚越小，刀面磨损相对较大，但排屑效果较好；
（3） 微钻针钻孔后钉头超过1.5倍内层铜厚的机率相当大，但钉头不是影响品质的主要因素，应根据不同产品进行标准界定；
（4） 企业进行微钻针评估选用时应根据不当产品要求进行差异化选择，是优先保证孔位精度，还是保证孔壁品质，必须进行定向选择，只有确定好方向，才会在微钻针评估选用中事半功倍。
参考文献：
[1] 刘 兰.主轴转速对钻孔的影响分析[J].印制电路信息，2011（S1）.
[2] 付连宇.极细微钻开发的几个关键问题[J].印制电路信息，2011（S1）.
作者简介：
周洁峰，2002年毕业于重庆大学，本科学历，应用电子专业，曾在国内多家大型PCB企业从事线路板技术研发和工艺改进工作，拥有丰富的PCB技术研发和现场管理经验。2009年加入深圳崇达多层线路板有限公司从事工艺技术工作。
【关键词】微钻针；High-TG板料；无卤素板料；CPK；断针率
一、前言
进入二十一世纪，科技迅猛发展，信息化电子产品日新月异，越来越轻、薄、短、小和多功能化。与此相应，PCB行业技术迅速发展，产品结构越来越多样化，高多层板、大尺寸背板、盲埋孔板、特种基材板、HDI/BUM、FPC等新兴PCB产品被广泛应用。面对诸多的新兴PCB种类，机械微钻针的设计和应用也出现了差异化，那么差异化的设计到底对钻孔品质有何影响呢？
本文通过对微钻针构造的理论分析和实际不同设计的微钻针比较，找出了微钻针影响钻孔品质的关键因素，希望这些结论能为行业同仁在微钻针使用选择上起到抛砖引玉的作用。
二、微钻针的定义和基本构造
2.1 微钻针的定义
微钻针是根据钻针直径进行定义的，按照IPC要求，直径小于等于0.35mm以下小钻针统称为微型钻针。目前，PCB行业常用的微型钻针按设计不同分为ST（Straight Type）型和UC（Undercut Type ）型，随着PCB对孔壁品质要求越来越高，当前以UC型微钻针为主流市场，其与ST型微钻针的设计差异如图1所示。
2.2 微钻针的构造
微钻针是由钻柄夹持部分、螺旋槽排屑部分、切削部分组成，其作用及构造分别如下。
（1） 钻柄夹持部分
包括微钻针柄部（固定直径为3.175mm）和过度锥部分，主要作用是起夹持钻针和传送动力，如图2所示。
（2） 螺旋槽排屑部分
是指微钻针有螺旋排屑槽的整体部分，由螺旋槽、钻芯、刃带组成，起导向排屑作用，也是切削的后备部分，此部分螺旋角、沟径比、芯斜度、钻芯锥度是微钻针设计中至关重要的参数，如图3所示。
（3） 切削部分
是指微钻针具有切削刃的部分，由前刀面和后刀面、副后刀面构成，前刀面是螺旋面，后刀面具有一定的角度，一般在12○～30○之间，副后刀面是刃带楞面，可以近似为圆柱面，前刀面与刃带相交的楞边为副切削刃。主切削刃为直线，横切削刃近似直线，副切削刃为螺旋面。芯厚是此部分微钻针设计的重要参数，如图4所示。
通过对微钻针的构造进行分析，微钻针的芯厚、螺旋角、沟径比、钻尖角是微钻设计的主要变化因素，那么，这些变化会带来什么质量上的变化呢，本文将通过实例进行举证。
三、不同微钻针设计对钻孔品质影响对比
3.1 微钻针设计对比
目前业界应用比较普遍的微钻针为0.25mm和0.3mm，文章选取五种不同设计的0.25mm微钻针进行对比试验，其钻针设计参数如表1所示。
3.2 微钻针试验条件选取
层次与板料选择：根据公司平均8层板的订单结构，选取8层板作为试验板层次，用High-TG板料进行对比测试，各种钻针各试验50支；试板压合结构：板厚1.5mm，总铜厚7OZ，如图5所示。
3.3 试验参数（见表2）
四、微钻针试验结果
4.1 试验结果（见表3）
4.2 微钻针试验结果分析
（1） A类型微钻针因芯厚设计大，钻孔定位好，因此反映出来的CPK和孔粗较好；但螺旋角设计大，微钻针刚性差，断针严重，如表4所示。
（2） E类型微钻针因芯厚设计小，钻孔定位差，因此反映出来的CPK最低；且钻针磨损严重，但排屑效果好，如表5所示。
（3） C、D类型微钻针所体现出来的数据均比较居中，孔位精度CPK、孔粗、钻针磨损均在中值；
（4） 关于钉头部分五种不同设计的微钻针均有不同程度的超标，在此针对钉头作特别说明：
1） 针对钉头1.5倍内层铜厚要求是源自于军标MIL-PRF-55110F中“A3.6.12”有明确定义为不超过1.5倍；
2） 但”IPC-600H 3.4.2”中对钉头有作另外一种定义并且在IPC-6012的3.6.2.17中也作说明，“钉头：没有证据表明钉头影响功能，钉头的存在可以认为是制程警示或设计的变异，但不能作为拒收的理由”；
3） 根据上述标准描述，对普通PCB板钻孔钉头要求不以1.5倍内层铜厚管控，经过多次试验验证建议以小于1.8倍内层铜厚进行管控，如是军用品，则按军标小于1.5倍内层铜厚要求管控。
五、结论
（1） 微钻针芯厚设计越大，则孔位精度越好，但排屑效果会变差；
（2） 微钻针芯厚越大，刀面磨损相对较小；微钻针芯厚越小，刀面磨损相对较大，但排屑效果较好；
（3） 微钻针钻孔后钉头超过1.5倍内层铜厚的机率相当大，但钉头不是影响品质的主要因素，应根据不同产品进行标准界定；
（4） 企业进行微钻针评估选用时应根据不当产品要求进行差异化选择，是优先保证孔位精度，还是保证孔壁品质，必须进行定向选择，只有确定好方向，才会在微钻针评估选用中事半功倍。
参考文献：
[1] 刘 兰.主轴转速对钻孔的影响分析[J].印制电路信息，2011（S1）.
[2] 付连宇.极细微钻开发的几个关键问题[J].印制电路信息，2011（S1）.
作者简介：
周洁峰，2002年毕业于重庆大学，本科学历，应用电子专业，曾在国内多家大型PCB企业从事线路板技术研发和工艺改进工作，拥有丰富的PCB技术研发和现场管理经验。2009年加入深圳崇达多层线路板有限公司从事工艺技术工作。