厚PTFE陶瓷基板鉆孔參數(shù)的優(yōu)化探討

張 霞 陳曉宇

（深圳市景旺電子股份有限公司, 廣東 深圳 518102）

1 前言

陶瓷基板是一種陶瓷粉填充的熱固性樹脂聚合物材料，主要應(yīng)用于功放、濾波器、小型天線等電子產(chǎn)品中，由于該材料熱膨脹系數(shù)低、具有良好的熱導(dǎo)性、硬度大、平整度好等優(yōu)點。尤其是高導(dǎo)熱陶瓷材料比普通陶瓷材料的填充陶瓷的比例多，因此導(dǎo)熱值高兩倍多，而且由于其中有聚四氟乙烯（PTFE）熱塑性樹脂，所以其材料在鉆孔受熱時，極易發(fā)生變形，切削力不夠時，就會影響孔壁質(zhì)量，出現(xiàn)崩孔或披峰問題。高導(dǎo)熱陶瓷材料比普通陶瓷材料性能見表1。

文章通過優(yōu)化鉆孔參數(shù)，進而改善其孔壁及孔口質(zhì)量。

表1 性能列表

表2 樣板使用鉆孔參數(shù)

2 目前鉆孔情況及原因分析

試板鉆孔后發(fā)現(xiàn)所有Φ3.35mm大孔孔口的披峰非常嚴(yán)重，如圖1。

圖1 鉆孔披峰

表2為樣板使用的鉆孔參數(shù)（也為材料供應(yīng)商建議參數(shù)）。

主要可能原因分析：

（1）材料特性：因此板材料中含有大量陶瓷粉，硬度高，脆性大，對于刀具的磨損非常嚴(yán)重，同時材料中還含有聚四氟乙烯（PTFE）成分，當(dāng)鉆孔條件不利于材料的加工時，其切削力必然會下降。

（2）鉆孔參數(shù)：參數(shù)設(shè)置不合理，如轉(zhuǎn)速快、下刀速度慢可能都會導(dǎo)致切削量下降，產(chǎn)生崩孔或披峰問題。所以必須選用合理的轉(zhuǎn)速及下刀速度。

（3）其它：鉆孔過程中是選用公司性能最佳的20kr/min的Hitachi鉆機，使用沒有缺口或其它問題的全新鉆頭，墊蓋板都是使用高頻板加工要求的酚醛樹脂及冷沖板，所以此影響都可忽略。

為了驗證是否是參數(shù)太慢導(dǎo)致的，下面我們將針對鉆孔參數(shù)進行優(yōu)化，從而找到產(chǎn)生孔口披峰的真實原因，并最終改善。

3 試驗設(shè)計

3.1 材料

使用和樣板材料一樣的PTFE陶瓷填充材料A，厚度2.5 mm，銅厚OZ/1OZ。

3.2 試驗流程

鉆孔→等離子處理→沉銅→板電→板電加厚。

3.3 鉆孔參數(shù)

在板內(nèi)設(shè)計1.0 mm、2.0 mm、3.0 mm共三種孔徑，分為一種轉(zhuǎn)速快，進刀速度快，另一種轉(zhuǎn)速慢，進刀速度慢（樣板使用參數(shù)），兩種不同的鉆孔參數(shù)進行對比試驗：

表3 鉆孔參數(shù)

備注：

（1）S 11 ＞S 2 1，S 1 2 ＞S 2 2，S 1 3 ＞S 2 3，F(xiàn)11＞F21,F12＞F22,F13＞F23，參數(shù)1的切削量（chipload）明顯＞參數(shù)2；

（2）使用全新鉆頭，1塊/疊，除鉆孔參數(shù)外，其它所有條件一樣。

3.4 不同參數(shù)和蓋板組合對比

表4 不同參數(shù)和蓋板組合對比

表5 外觀檢查披峰情況

4 試驗結(jié)果

4.1 外觀檢查披峰情況

備注：無、輕微以及明顯以目視基板表面判斷。

從以上數(shù)據(jù)可以看到：

（1）參數(shù)2+光板相比前兩種情況鉆孔后的表面披峰情況更為嚴(yán)重，即便是在鉆頭壽命只有200或400時；

（2）參數(shù)1使用冷沖板和光板作為蓋板相比，表面情況相差不大；

（3）樣板在使用參數(shù)2鉆孔，孔限設(shè)置很低（＜250孔）時即有披峰問題，此試驗結(jié)果和樣板制作情況一致，說明參數(shù)使用應(yīng)該是樣板披峰產(chǎn)生的主要原因。

4.2 切片觀察孔壁及孔口情況

（1）參數(shù)1+冷沖板

情況見表6。數(shù)據(jù)可以看到，孔壁粗糙度最大都＜25 μm，且孔口情況良好，無披峰，說明此參數(shù)和條件可以滿足此高導(dǎo)熱陶瓷材料的鉆孔要求。

（2）參數(shù)1+FR-4光板

情況見表7。數(shù)據(jù)可以看到，孔壁粗糙度最大也都＜25 μm，且孔口情況良好，無披峰，說明此條件也可滿足其鉆孔要求。

（3）參數(shù)2+FR-4光板

情況見表8。數(shù)據(jù)可以看到，相同鉆孔條件下，參數(shù)2+FR-4光板的孔壁粗糙度最大已有55 μm（1.0mm孔徑），及60 μm（2.0mm孔徑）。

通過以上數(shù)據(jù)分析可知：

a. 參數(shù)1（轉(zhuǎn)速快，下刀速快）比參數(shù)2（轉(zhuǎn)速慢，下刀速慢）的孔壁質(zhì)量明顯要好。

b. 在設(shè)置孔限內(nèi)，孔壁質(zhì)量相差不大。

c. 除孔壁質(zhì)量對比外，三種方式的鉆孔條件進行對比，孔口質(zhì)量也有明顯不同。參數(shù)2+光板孔口的銅明顯未被切除，而是在鉆孔受熱時被擠壓到孔壁兩側(cè)形成披峰，或在孔口形成銅瘤等其它問題。

d. 同種參數(shù)，冷沖板和光板兩種不同蓋板鉆孔后孔口情況進行對比，相差不大；

5、總結(jié)

通過對厚PTFE陶瓷板鉆孔條件比較，對原來所用的慢轉(zhuǎn)速、慢進刀速度和快轉(zhuǎn)速、快進刀速度，兩種不同鉆孔參數(shù)的孔壁質(zhì)量和孔口情況進行了對比分析。從結(jié)果來看，對厚PTFE陶瓷板鉆孔慢轉(zhuǎn)速、慢進刀速度，容易出現(xiàn)孔口銅被擠壓形成披峰或銅瘤的問題。所以在此類板的鉆孔加工時，鉆孔參數(shù)一定要選用合適的轉(zhuǎn)速和進刀速度，從而保證一定的切削量，避免發(fā)生孔披峰、銅瘤或崩孔等問題。

表6 參數(shù)1+冷沖板孔壁結(jié)果

表7 參數(shù)1+光板孔壁結(jié)果

表8 參數(shù)2+光板孔壁結(jié)果

[1]楊朝志. 淺談TMM厚陶瓷基板的機械加工[C]. 第九屆全國印制電路學(xué)術(shù)年會,2012,10.

[2]李海等. PTFE PCB的加工[J]. 印制電路信息,2003,5.