印制电路板钻孔晕圈改善

俞建星 李铸宇 刘吉庆 陈 光

( 金洲精工科技（昆山）有限公司，江苏 昆山 215345 )

1 晕圈问题

近年来随着电子行业的快速发展，对印制电路板（PCB）制造也提出了更高的要求，机械钻孔作为印制电路板制造的一道关键工序，既是实现层间互联的基本纽带，也是部分元器件的插接点，对可靠性及钻孔品质都有非常严格的要求，随着新材质及新工艺的变化，钻孔晕圈问题也越发凸显。

常规PCB钻孔制程中经常会出现 “晕圈”的现象，也被称之“孔口发白”，是由于机加工引起板材表面的碎裂或分层现象，造成内部树脂被撞击而破碎或微小分层裂开，通常表现为在孔的周围或其他机加工的部位呈现泛白区域。

当相邻两孔较接近且设计是镀覆孔，经过长时间高温、高湿、板材内层破损等综合影响后，孔晕圈会加剧阳极丝迁移（CAF）的产生，铜离子会通过破损的板材移动，形成丝状金属，将两相邻孔连通，造成电路板微短路的严重品质问题。

2 改善思路

钻孔晕圈产生的原因有很多，包括钻孔流程设计、板材特性、钻孔参数、钻头切削冲击力等，都会引起不同程度的晕圈问题。目前业界晕圈问题主要集中在2.0 mm以上中大钻头直径，小直径钻头晕圈问题相对轻微（如图1所示），表明晕圈大小有随钻头切削力变大而恶化的趋势。

因此从降低钻头切削冲击力方面考量改善思路，一方面从钻头设计优化，另一方面从钻孔参数优化，目的都是降低钻孔时钻头对板材的机械冲击。

3 测试方案

经过对钻孔晕圈影响因子的综合分析，确定基板材质、钻头设计、钻孔参数为测试因子，选定不同Tg（玻璃化转变温度）值板材，在相同钻孔条件下，验证不同设计钻头及不同钻孔参数的晕圈水准。

测试材质：Tg230、Tg150；板厚：0.50 mm；铜厚：18 μm

测试设备：Schmoll 20万转机台、基恩士检测机、百倍放大镜、金相显微镜。

测试流程：钻孔孔口品质确认→表铜蚀刻孔口晕圈确认→切片确认

测试方案：如表1所示方案进行测试验证。

表1 测试方案表

4 测试结果

4.1 钻头设计验证

相同钻孔参数，对比不同钻尖角产品钻孔晕圈差异，三种产品刀面磨损轻微，均处于正常水准以内，差异不明显。验证状况如图2所示，晕圈有随钻尖角变小而减小的趋势。

4.2 钻孔参数验证

选定130°钻头，对比不同进刀速率（落速）的晕圈差异（如表2所示i）。发现进刀速度低可有效减小晕圈范围，1.0 m/min晕圈范围相对最小，晕圈有随落速降低而减小的趋势。

表2 不同进刀速率的晕圈表

4.3 基板材质对比

相同条件下，对比不同Tg值板材产品晕圈差异（如表3所示），发现高Tg值板材晕圈相对较小。同时发现，当晕圈严重时，板材破裂有向内层扩大的趋势，可影响到下层板材，甚至板材中心层（如图3所示）。

表3 不同Tg值板材的晕圈表

5 小结

综合以上测试结果，针对PCB常规板材2.0 mm孔径钻孔，孔口晕圈改善可通过如下措施：

（1）使用小钻尖角钻头（130o）；

（2）适当降低进刀速率；

（3）选用高Tg基材。

基金项目：2021年度第一批昆山市双创人才项目，微小精密刀具先进制造装备的研发和产业化。