铝基板键盘钻孔品质改善

俞建星 李铸宇 刘吉庆 陈 光

(华伟纳精密工具(昆山)有限公司，江苏 昆山 215345)

0 前言

铝材因其密度小、质量轻、防氧化、散热好、价格便宜等特点，被越来越多的电子产品作为第一选择，受到广泛应用。随之而来的铝基板相关钻孔品质也是必须面对和需要克服的难题，本文通过分析铝基板（6063型）钻孔生产难点，验证不同设计的钻头配合不同涂层、钻孔参数在铝基板键盘上的钻孔品质，从而找出适合铝基板键盘钻孔的钻头设计、涂层及钻孔参数，成功改善了相关断刀、缠丝、毛刺等品质问题。

1 铝基板键盘钻孔工艺及难点

1.1 钻孔工艺

不同于常规PCB产品，铝基板键盘（见图1所示）类似于压铸件，其钻孔目的通常是增加键盘两侧散热孔，通过特制的模具（见图2所示）加以固定，最终使用钻机、钻头钻出所需散热孔。

图1 铝基板键盘示意图

图2 铝基板键盘加工模具及设备

1.2 钻孔难点

铝基板钻头常有粘屑、缠丝、断刀等品质问题，普通印制电路板板材多由玻纤布、树脂和铜箔组成，钻孔过程中产生较多的是细小的粉尘，而铝基板是纯铝材质，在钻孔时产生的是金属碎屑，与粉尘相比铝屑难以被快速排出，而且容易粘在钻尖部位影响定位，同时还会经常遇到钻头螺旋槽缠丝影响排屑甚至断刀的问题。

铝基板钻孔出口端毛刺问题，由于此类键盘钻孔，加工夹具使用的固定挡条通常作业4～6 h才更换一次，而每趟钻孔只有几分钟，导致二次钻孔后出口端支撑越来越差，在钻头向下力的带动下，结合铝基材本身的延展性，出口端往往产生不同程度的毛刺问题，对后工序加工产生较大困扰。

2 改善思路

2.1 钻头设计

根据铝基板特性，设计开发不同款钻头，验证各自钻孔综合性能，初步筛选出适合铝基板钻孔的钻头设计。

2.2 涂层工艺

对选定的钻头，配合不同家涂层工艺，进一步验证钻头+不同涂层组合，在铝基板上的钻孔综合性能。

2.3 钻孔参数

在确定钻头设计及涂层工艺后，进一步验证钻孔参数对毛刺的影响，以期找到铝基板钻孔毛刺最优解决方案。

3 测试方案

（1）基于不同影响因子，设计相关产品，进行钻头开发测试，设计因子见图3所示。

图3 钻头相关设计因子

（2）对比同款钻头配合不同厂家涂层，铝基板钻孔综合品质；

（3）测试不同钻孔参数，对应铝基板钻孔品质。

4 测试结果

4.1 钻头设计验证

选定0.40 mm直径，针对不同设计钻头（未涂层，A、B……H、I），铝基板钻孔均存在明显毛刺问题（如图4所示），同时存在断刀问题。其中H款样品（钻尖角130°、横刃斜角45°、沟背比0.8∶1.0、传统ST、B材质）及小量测试无断刀问题，其他设计均存在断刀问题，如图5所示，初步选定钻头H款设计。

图4 钻孔后毛刺

图5 钻头(未涂层)铝基板测试结果

4.2 涂层工艺验证

确定相关钻头设计后，配合不同家涂层工艺，进一步验证。进一步切片分析量化毛刺数值，无涂层（白刀）毛刺高度平均0.085 mm，涂层后毛刺高度平均0.008 mm（如图6所示），不同涂层间也存在较大的差异，涂层方案初步可满足品质要求。H款钻头搭配不同款涂层后，相同条件下，均无断刀不良，外观来看钻孔毛刺差异明显（如图7所示）。

图6 毛刺切片分析

图7 H款+不同涂层钻孔后毛刺、钻头、钻孔数、水准图

4.3 钻孔参数验证

确定相关钻头设计及涂层工艺后，配合不同钻孔参数，进一步验证钻孔后品质差异。发现当转速过低及落速过快时，都容易发生断刀问题；另外高转速也会带来缠丝过多的问题。中等转速及落速测试，钻孔整体品质较好，无断刀及缠丝问题，见图8、图9所示。

图8 钻孔参数验证

图9 不同转速时缠丝表现

5 小结

在分析铝基板键盘钻孔难点的基础上，首先开发了适用的钻头，接着验证不同涂层工艺对铝基板毛刺的改善效果，最后进一步测试不同参数间的钻孔品质差异，从而最终解决铝基板键盘钻孔断刀、缠丝及毛刺等品质问题，相继通过了多家客户认证，实现量产交付。