印制电路板钻孔毛刺的产生原因与改善探讨

李 磊 秦伟鹏 江庭富

（深圳市金洲精工科技股份有限公司，广东 深圳 518000）

在印制电路板（PCB）钻孔过程中，板件孔口周圈不可避免会产生不同程度的毛刺。轻微的披锋经过沉铜前处理磨板可以处理掉，过大的毛刺则很难处理，会产生很大的品质隐患。尤其是一些要求较高的PCB终端客户不允许打磨，或者薄板不能打磨，这就对钻孔带来了更大挑战。钻孔工序必须摸索出适合的工艺方法，从而将毛刺控制在合理范围内。本文对毛刺的种类、产生的原因进行分析，阐述了毛刺的危害和一些常见的毛刺改善措施、处理方法，并分享一些披锋改善的实际案例。

1 毛刺的种类及其产生原因分析

PCB钻孔过程中，钻机主轴夹持钻头下钻贯穿盖板、被加工板，并在下垫板上下钻设定深度，从而在板材特定位置形成需要的通孔（见图1所示）。这个过程中，在被加工板材的上下两面孔口位置，即入刀口和出刀口容易形成毛刺。

图1 钻孔示意图

铜箔和内层基材（PP）靠压合制程黏结在一起，其结合力会因基材种类不同而有区别。铜箔和基材的结合力，即剥离强度，不同树脂体系的板子其剥离强度也有差异。XPC、FR-1、FR-2板材，其为酚醛树脂生产，所用铜箔为涂胶铜箔，剥离强度一般在10 N/cm～18 N/cm；普通FR-4用粗化铜箔，剥离强度一般在20 N/cm以上。近年来，随着信号传输高频高速化的应用需求，低粗糙度铜箔的应用也越来越多，带来的负面影响就是会降低铜箔与基材之间的结合力，从而导致在钻孔时产生较大的毛刺。

由于铜箔和基材的结合力因板材差异而有不同，再加之铜箔本身的延展性较好，主轴在下降过程中，钻头下钻对出刀口铜箔产生下钻冲击力，就容易形成出刀口毛刺。出刀口毛刺最为明显也最为常见。

钻头下钻过程中会对入刀口铜箔产生挤压，钻孔产生的粉屑向上排出时对孔口的向上作用力，以及钻头回刀时的拉扯，就会产生入刀口。正常情况下，入刀口毛刺比较轻微，不需要特别关注。但是在某些场合下，入刀口毛刺也比较显著，需要改善。

随着5G技术的成熟普及，应用于基站、服务器的高厚径比板材占比日益提高，通常厚度都在3 mm以上，甚至达到6 mm。由于板太厚，压合板厚均匀性不好控制、板翘曲度大，压力脚无法将其压紧，造成出刀口铜箔悬空不受力，钻头在下钻时极易产生较大的毛刺。同样的刚挠结合板由于其加工特点，表面平整性差，高低不平，也容易产生钻孔毛刺的问题。

2 毛刺的危害及常见改善方法

钻孔后的板在沉铜前进行前处理时会进行磨板，但毛刺过大，磨板时极易将毛刺磨到孔内，形成孔内毛刺影响孔径。另外过大的毛刺在后面线路制作贴干膜后，容易刺破干膜从而造成孔无铜。因此我们需要采取措施防止过大的毛刺产生。

2.1 选用合适硬度的盖垫板

钻孔垫板是钻孔必须用到的辅材，其作用主要有两个：一是确保钻头贯穿被加工板并且不钻到机器台面；二是抑制钻孔毛刺的产生。垫板的硬度越高，那么其对毛刺的抑制作用越好。

选用硬度高的垫板，可以有效地预防出刀口毛刺的产生。常见的垫板种类有高密度木垫板、密胺垫板、酚醛树脂板，其特性如表1所示。

表1 常见垫板种类特性表

对于要求高的板件，就需要选用硬度更高的密胺板甚至酚醛树脂垫板。比如，挠性板由于板厚比较薄、柔软的特性不能打磨，为了防止毛刺，钻孔时一般用两张酚醛板包住被加工板，可以最大限度地抑制披锋的产生，酚醛板一般厚度在0.5～1.0 mm之间。

较多厂家钻孔采用0.15 mm厚度的普通铝片作为盖板，其优点是比较经济实惠。当遇到入刀口毛刺问题，可以尝试使用更厚的铝片，比如0.18 mm或者0.2 mm，更厚的铝片可以提供更有力的支撑，从而抑制毛刺的产生。

2.2 调整加工参数、降低使用寿命

不同类型的板材，需要不同的钻孔参数。不合理的钻孔参数，会导致毛刺。一般来说，过快的进刀速度容易导致入刀口毛刺过大。实际操作中，需要根据具体情况进行调整，寻找出合适的钻孔参数。

如果板材Tg值比较高、填料比例大，对钻头刀面的磨损就会大。如果设置寿命偏高，钻头磨损严重其切割能力就会大大下降，也会造成毛刺过大。这种情况，就需要适当下调孔限，从而确保钻头的切削能力。钻头刀面磨损过大，对入刀口、出刀口毛刺均有不利影响。

2.3 选用合适的刀具

对于一些加工难度大或者终端客户品质要求高的板件，可以选用螺旋角大、芯厚更薄的钻头来解决毛刺问题，因其切割更加锋利。比如汽车板加工，我们推荐金洲USF系列钻头，为双刃单槽设计，切削锋利度非常好，同时具有优异的排尘能力。

槽孔加工一般利用G85指令，槽刀连续下钻加工出需要尺寸的槽孔。由于槽刀的连续下钻冲击，经常会有入刀口毛刺过大的情况。对于这种问题，我们可以选用金洲125RA系列槽刀，侧刃设计具有切削功能，切削性能更加优异。

2.4 压合后烘板

对待钻孔的板件进行烘板处理，通过一定时长的高温可以使板材内部树脂分子交联、固化更加完全，同时增强板子铜箔和基材的结合力，在加工工程中支撑强度也相应加强，能防止毛刺扩大。

2.5 特殊表面处理

有些PCB厂家会在钻孔前对板件进行特殊处理、比如在板件表面镀上锡保护层，或者将特殊油墨用网印工艺涂覆在板件表面，经UV光固化，然后再对板件进行钻孔，钻孔后再通过后处理工序将油墨层褪洗掉。这些办法可以有效抑制披锋的产生，但耗时又增加成本，这种工艺只应用在厚度大、附加值高的高厚径比背板上。

3 毛刺改善案例

3.1 垫板硬度影响

某PCB厂家，发现毛刺大导致电镀前处理磨板后孔口毛刺，经排查发现使用两种硬度有差异垫板。A垫板实测邵氏硬度75～80，硬度不均衡，钻孔板10倍镜观察，孔口毛刺较大。B垫板实测邵氏硬度84～85，硬度较高且均衡，钻孔板10倍镜观察，孔口毛刺小。

3.2 大钻头毛刺改善

某PCB厂家反馈加工表面铜厚≤35 μm的板，直径大于3.175 mm的孔毛刺严重。通过改变钻孔参数改善，见表2所示。

表2 钻孔原参数及优化参数表

钻孔后使用十倍镜观察板面孔口，优化参数的板毛刺轻微。

3.3 槽孔毛刺改善

某PCB厂家发现槽孔入刀口毛刺严重问题，所用槽刀为普通ST型，芯厚比较厚，切削能力、排尘能力较差。加工条件如下。

刀具型号：SD1.5×6.7

短槽规格：槽宽1.5 mm×槽长2.1 mm

加工参数：S36 kr/min，F0.5 m/min，R12 m/min H300

加工板材：联茂IT150，板厚1.9 5 mm×2片/叠

辅材：0.18 mm普通铝片+2.5 mm普通垫板

钻机：大族20万转六轴机

改用金洲125RA系列刀具，其为整支钨钢，侧刃设计具有切削功能。加工效果良好，毛刺得到明显改善，如图2所示。

图2 不同刀具加工效果

4 钻孔后毛刺的处理

毛刺是钻孔过程中的一个令人讨厌的副产物，但是任何改善方法只能减小毛刺的程度，却无法完全消除毛刺的存在，从经济性、实践性上考量也无必要去追求钻孔完全没有毛刺。

通常比较轻微的毛刺，钻孔后是可接受的，并会采取一定的补救办法来处理毛刺。比如，使用砂纸人工手动打磨，8 μm铜箔可以使用800～1000目砂纸，18 μm以上的铜箔可以使用600目砂纸，35 μm以上的铜箔可以使用400目砂纸。现在还有厂家推出自动打磨机，根据需要可选用300～1500目砂纸，代替人工作业节省人力，效率提高不少，但效果上来说还是手动打磨比较好。自动打磨机内设置吹风管，去除研磨后板面的粉尘杂质。

沉铜的前处理线一般都有磨板，磨刷的类型有不织布刷轮、陶瓷刷、针刷等。根据不同的铜厚，通过调整刷辊的转速、磨板方向等获得最佳的磨板效果。

5 结语

印制电路板钻孔加工过程中的孔口毛刺问题，是一个PCB加工中普遍存在的问题，是钻孔机械加工中难以完全避免的顽疾。如果毛刺过大后制程没有处理好，会对PCB品质产生较大的隐患。本文提供了一些常见的改善毛刺的思路和方法，并分享一些实际工作中的改善毛刺的案例和对毛刺进行处理的方法，以期对PCB钻孔生产起到一定的启示。