印制电路板孔边发白的分析

郭志伟 余小丰 杨 俊 徐 杰

（惠州中京电子科技有限公司，广东 惠州 516029）

1 背景说明

2021年6月某客户邮件告知：H566系列产品PCB发现非化学镀铜孔孔边发白现象（如见图1所示）,目视观察孔边白块与导体已相连,客户认为此孔边发白存在品质风险,希望我公司针对此问题以专案形式进行分析改善。从不良板观察,有明显的基材碎裂和微小分层裂开现象,全部出现在孔边缘,因此可以分析为主要因素是由机械钻孔加工时所产生。为此我公司组织团队展开专项分析改善,极力减小此次客诉对我公司产生的影响。

2 原因分析

孔边发白现象为在机械加工的孔周围呈现泛白晕圈,通常由机械加工钻孔造成。机械钻孔孔边发白鱼骨图分析如图2所示。

通过鱼骨图分析排查,在机械钻孔加工时影响孔边发白的因素主要涉及PCB基材质、钻头质量和钻头参数问题,这些都会导致孔边发白,这三项为影响孔边发白的主要因子。

3 实验验证

3.1 实验方案

依据分析设计了以下实验改善方案：

（1）使用不同材质的板料和烤板进行对比验证；

（2）使用涂层钻头实验验证其对孔边发白的影响程度；

（3）在孔内设计不同的引钻孔减轻钻头下钻阻力验证分析；

（4）优化钻孔参数：设置不同的转速和进刀速进行验证分析。

3.2 实验设备和材料

（1）实验设备：大族钻机（型号：HANS-F6M）、视频显微镜（型号：HD-1080）。

（2）实验材料：常规ST型Φ3.2 mm×12 mm未涂层钻头和有涂层钻头,板料类别：FR-4、Tg（玻璃化强度）150 ℃、1.5 mm厚,盖垫板0.16 mm厚度铝片、2.5 mm厚度木浆板。

（3）为降低实验数据的误差对实验钻孔机台保养后各项性能检测（如表1所示）。

表1 实验机台性能检测表

3.3 不同材质的板料和烤板对比

玻璃布板材2116型号（发白问题板）和7628型号各2片,各有1片做了烘烤（温度140 ℃,时间60 min）。

钻头为常规ST型Φ3.2 mm×12 mm未涂层钻头。钻孔参数：转速22 kr/min,进刀速1.4 m/min,回刀速12 m/min,寿命200 hit,叠板1块。

测试结果孔边仍有发白,且发白位置与导体相连不合格。结果表明,此两种材质的板料对孔边发白没有明显的改善区别,目视观察两种材质板料烤板的孔边白区域大小要优于未烤板的,白块仍延伸到了导体（大于设计间距150 μm）不能满足品质要求。说明此板料材质和烘烤不是造成孔边发白的主要原因。

3.4 涂层钻头与非涂层钻头对比

使用ST型Φ3.2 mm×12 mm的涂层钻头和未涂层钻头,在相同的钻孔参数（第3.3节中钻孔参数）和相同的板材条件下进行钻孔,各钻100孔和200孔。验证结果表明：从孔边白块大小和数量上看,未涂层钻头有3块大面积发白,涂层钻头最多有2块发白位置与导体连接,虽涂层钻头略优于未涂层钻头,但仍不能满足品质要求。

3.5 孔内设计不同引钻孔验证分析

为减小钻头下钻时的切削阻力对边发白的影响,设计了3种类型引钻孔（见图3所示）。通过验证分析确认加1个引钻孔的孔边发白最为严重,其次是加3个引钻孔的,加5个引钻孔的要优于其他两种方案,但仍不能满足品质要求。

图3 三种类型引钻孔图

3.6 钻孔参数验证分析

在钻孔过程中,钻头的外沿线速度是很高的,钻头越大线速度越大,但其钻头的中心点是线速度很小的,也就是说,孔中心的钻头阻力是最大的,就像钻头中心是硬挤进去的,所以钻头的进刀速度不能太大,进刀速度太大的话,类似铁钉去钻铁皮,避免不了会造成孔口及孔壁问题,为找到最佳参数做如下验证分析,设定参数和结果如表2所示。

表2 钻孔参数验证分析数据表

试验结果表明,在使用相同板材、相同钻头、不加引钻孔的条件下,降低进刀速度和转速可改善孔边发白问题,以3.2 mm孔径为例,表2参数1最佳,效果如图4所示。

图4 钻头参数优化后改善效果图

4 结语

通过钻孔前烤板、使用涂层钻头、在孔内加5个对称引钻孔等措施,对孔边发白有一定程度的改善作用,但仍不能满足品质要求。通过优化钻孔参数,以3.2 mm孔径为例,转速20 kr/min、进刀速度0.6 m/min、寿命200孔效果最佳,对此类板材改善效果较为明显。经过优化参数后跟进批量生产,未发现孔边发白现象,客户也未再投诉此问题。