对影响钻孔偏孔因素探讨-初版V01解读

1、PCB板钻孔加工精度提升之研究华新 加工中心 顾建明 李志勇 甲上咨询 周佛鼎 一：背景PCB 板与钻孔的介绍 线路板钻孔的原理：利用钻咀在高转速和落速情况下，在线路板钻成所须的孔 钻孔的作用：线路板的钻孔适用于线路板的元件焊接及层与层之间导通之用，另外为后工序定位的孔。对钻孔工序的一般要求 : 孔位准确、孔壁质量好和生产效率高。而生产效率又分为三个部分：进刀速、退刀速以及X、Y平面移动速度。本研究主要关注孔位的精度问题。因为在现场实际生产中，孔位精度不良引起的品质损失为最严重。钻孔加工精度的问题点随着 PCB 行业的发展，钻孔工艺的要求越来越高。高速的，微径，高精度已经成为普遍要求。特别是孔

2、位的精度问 题，因为一个孔的偏位，会导致整张板的报废。在过去的经验中，我们主要通过钻针研次的管控，钻孔机的保养以及严格的AOI 测试（画像检查 Cpk精度管理 ）等手段来进行控制和预防。但是管理，改善的成果没有数据化的有效性证明，新员工在对待偏孔问题上，还是会重复发生问题。本次研究的目 的，除了通过数据化的科学的实验方法来找出偏孔的原因和对策之外，还想建立出一套行之有效的管理办法，并进行 标准化，让每个员工都掌握。图 2 ：偏孔示意图二：关于 PCB制作的流程21 PCB 制造工艺 PCB是印制线路板的简称。工序多，工艺复杂，可参考下面的工艺步骤。 开料 磨边 钻孔 去毛刺沉铜图转电镀蚀刻阻焊

3、字符成型检验OSP包装本次研究的主要步骤是其中的钻孔工序。22：钻孔工艺流程介绍 钻孔工艺主要靠设备完成。在这个过程中，主要由以下的步骤组成。 资料读取加速位置对准下压钻孔复位 23：钻孔设备介绍231 钻针钻针是钻孔的最直接工具。钻针的主要参数可参考下面的图三。图 3：钻针结构示意图钻针虽小，但是其本身也是也个非常复杂的系统。钻孔中，通常采购钻针。所以本次研究不把钻针作为主要对象。232 钻针的研磨 虽然钻针本身不作为主要研究对象，但是，钻针在使用过程中，通常会经过 管控成为生产单位不可或缺的重点管理。在实验前，对所用钻针都进行检查，(1) 検査方法用 20-40 倍显微镜目视确认刀刃情况，

4、也会用专用设备进行自动测量。4-5 次的研磨加工。对于研磨质量的 100%确保钻头质量。(2) 检查项目图 4：钻针研磨后检查项目233 钻孔加工机介绍在华新加工中心车间内，使用的大多是日本产日立牌加工机。234 主轴单元介绍 主轴（马达）是由线圈、转子、夹头、主要部件构成，稍作详细介绍。 主轴与机器的定位，钻针与主轴的定位，图片：气 管却管钻孔定位主轴吸尘管路- 4 -235 平台驱动 机台传动结构：主要由马达、丝杆、光栅尺、导轨主要部件构成 图片：Y丝杆轴丝杆236 冷却系统237 吸尘系统2.3.8 上板过程（ SOP）：指令）、三：基本机能定义对于钻孔加工这种由设备控制， 通过程序控制

5、的台面移动， 进行定位的加工方式， 通常考虑， 输入是图纸信息 （ 输出是实际的孔位（通过实际测量得知） 。我们希望的理想状态时，实际的孔位与图纸信息完全一致。所以建立以下的 基本技能模型。四：因子的定义信号因子本次实验用 PCB板的型号是 411U098，他需要加工 28800 个孔；其中直径 0.3 的孔有 22000 个。本次实验考虑的实验的 成本与时间，在其中选择 12 个孔位，定义为信号因子。这 12 个孔，使用 4 中钻针完成，分别是新针、研 1 针、研 2 针、研 3 针。每种钻针加工 3000孔（因为现行的寿命管理是 3500次）。取第一孔，第 1500 孔和第 3000孔的数

6、据。4 中钻针就有 12 个数据，图下表所示：孔号孔1 实验标准值UPDOWNNoXY误差 X误差 Y误差 X误差 Y144.09-0.000-0.006129.2570.0060.001555新针145.73145.81-0.022-0.0291500920.008640.00082109.48-0.017-0.012-0.0323000175.2510.004153108.97-0.0303001376.9660.0095-0.0220.00487研1111.25361.87-0.00145009940.004-0.010.0129159.96271.37-0.002-0.009-0.01

7、2-0.0246000391626160.91270.936001650.00950.00080.01990.0115研2136.04397.81-0.007-0.0067500920.0124550.0098482.34-0.006-0.018-0.004900032.366322-0.0121357.71480.61-0.014-0.004-0.0109001960.0054328研3357.15169.2210500580.00590.00760.03930.0195320.32-0.001-0.009-0.00612000557.979610.01691由于钻孔加工时多层同时加工的，而

8、底层的偏孔程度比表层还厉害。所以本次实验仅采用底层板的数据进行分析和评 价。关于信号的定义：M1：孔与孔的距离M2：孔与孔的距离M3：孔与孔的距离M11：孔与孔 12 的距离M12：孔与孔的距离M13：孔与孔的距离M66：孔 11 与孔 12 的距离 合计共定义信号因子 66 个。誤差因子由于信号因子已经很多，故这次没有设置误差因子。4.3 控制因素水準控制因素123 压脚气压大小 钻速 Speed慢基准快 进刀量（ m/min）小中大 退刀量（ m/min）小中大 吸尘力（ Mpa）140016001800 铝片厚度无中大G 贴片方式ABCH 压脚新旧新小磨损大磨损因子 A 压脚气压介绍 :

9、 起固定板子保持平行精确定位 如何设定：大的气缸压力为 2.6psi, 小的气缸压力为 2.2psi因子 B 钻速介绍： 0.3mm 钻头实验钻速 如何设定：慢的设定 13 万转 /分基准的设定 14 万转 /分 快的设定 15 万转/ 分五：数据的计算与分析数据的整理数据分析第一步是将数据整理成一定的格式。所以从自动测量 AOI 设备中，提出数据后，整理成以下的格式。 表：原始数据一次整理孔号程式1 实验标准值UPDOWN序号XY误差 X误差 Y误差 X误差 Y新针1200929.25144.0970.0060.0015-0.0005-0.006515003508145.739145.812

10、0.0086-0.02240.0008-0.029230005008109.48175.2510.004-0.0171-0.0125-0.0323研130015009108.97376.9660.0095-0.0220.0048-0.030745006508111.259361.879-0.00140.004-0.010.012960008008159.963271.379-0.0021-0.0096-0.0122-0.0246研260018009160.916270.9350.00950.00080.01990.011575009508136.049397.8120.0124-0.0075-

11、0.00650.009890001100832.366482.343-0.0062-0.0182-0.012-0.0041研3900111009357.719480.6160.0054-0.0143-0.0042-0.01081050012508357.155169.2280.00590.00760.03930.01951200014008320.32557.979-0.0016-0.00910.0169-0.0061将上面的数据变化记录形式，整理成下面的格式。表 ：数据的二次整理M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12信号 29.250 145.739 1

12、09.481 108.973 111.259 159.963 160.916 136.049 32.366 357.719 357.155 320.3251出力 29.256145.723109.452108.956111.260159.948160.928136.04532.356357.709357.179320.3230.006-0.016-0.029-0.0170.001-0.0150.012-0.004-0.010-0.0100.024-0.002M1M2M3M4M5M6M7M8M9M10M11M12Y信号 144.10145.8175.2576.97361.88271.38270.

13、94397.81482.34480.62169.2357.981出力 144.11145.7875.2476.95361.91271.40270.93397.82482.33480.64169.2157.970.016-0.030-0.011-0.0140.0290.022-0.0070.005-0.0110.019-0.015-0.014M1=D（M1（x，y）；M2（x，y）表 ：数据的三次整理偏差 1116.502116.479116.508-0.028 2105.720105.712105.726-0.014 379.33279.32179.336-0.015 4104.222104.

14、224104.228-0.004 578.04878.03578.052-0.017 61.7891.7831.789-0.006 7232.711232.721232.723-0.003 8218.801218.856218.8120.043 9286.634286.673286.6490.024 10284.922284.965284.9370.027 11182.446182.435182.456-0.021 12126.370126.422126.3770.045- 10 - 13202.521202.556202.5310.025 14200.989201.024200.9990.0

15、25 15102.773102.771102.779-0.008 16182.822182.810182.831-0.021 17126.040126.066126.0470.019 18202.331202.345202.3420.004 19200.804200.818200.8140.004 20103.618103.654103.6230.031 211.0511.0891.0510.037 22275.277275.262275.291-0.029 23252.186252.220252.2000.020 24323.653323.671323.6700.000 25321.9863

16、22.006322.0030.002 2643.65543.63243.657-0.025 27128.675128.655128.682-0.026 28129.291129.305129.2980.008 29338.260338.233338.278-0.045 30355.115355.131355.134-0.003 31414.332414.328414.353-0.025 32412.552412.554412.574-0.020 33143.999143.972144.007-0.034 34246.550246.519246.563-0.044 35247.424247.43

17、2247.437-0.005 36133.775133.770133.782-0.012 37470.252470.243470.277-0.033 38396.269396.314396.2900.024 39475.335475.370475.3600.011 40474.139474.171474.1640.007 41273.571273.557273.585-0.028 42287.902287.904287.917-0.013 43287.572287.576287.587-0.011 44236.631236.630236.643-0.013 45325.358325.35832

18、5.375-0.017 46328.867328.882328.884-0.002 47212.709212.750212.7200.030 48264.904264.952264.9180.034 49264.776264.815264.7900.024 50312.377312.422312.3930.029 51222.080222.132222.0920.041 52221.030221.044221.0410.003 53318.023318.056318.0400.017 54451.142451.170451.1660.004- 11 - 55311.389311.423311.

19、4050.018 56303.547303.548303.563-0.015 57195.435195.440195.446-0.006 58211.550211.577211.5610.015 59212.203212.218212.2140.004 60368.868368.901368.8880.013 61266.937266.974266.9510.022 62266.010266.007266.024-0.017 63386.580386.597386.600-0.004 64512.840512.847512.867-0.020 65424.288424.320424.3110.

20、010 66117.187117.194117.1930.000SN 比的計算 通过二乘和的分解，计算出如下表的结果。Source14949102.05164949102.05156650.03180.00049664949102.0834比33.11(db)1.0001L18 実験的 SN 比実験Sn比実験Sn比133.111033.11233.181132.53333.201236.75432.521332.95533.791432.06631.421534.18731.171635.36836.341734.48935.341835.35- 12 -要因効果図(db) 比最適条件 現状条

21、件： A2B2C2D2E2F2G2H2最適条件： A2B3C3D3E2F1G1H1確認実験的結果 単位：推定確認最適条件38.3336.50初期条件33.2133.50利得5.123.00、实验结果 , 从实验结果看，转速越高进度速越快钻孔的精度越高。通过再现实验，基本确定了实验的再现性 虽然根据 SN比的计算，推定有 5.12db 的利得，但是在实际的确认实验中，只确认到3db。根据再现实验当时的条件，因子 E的吸尘力只设定到 1450Mpa；而 L18 实验过程中，都是设定的 1500Mpa。通过实验可以确认到的事实找出的因子中，最重要的因子是“吸尘力” 。 这个因子在因子效果图中，显示出

22、非常明显的山形，也就是说小也不好，大也不好，中间值最为理想。这个结 论与现场的经验也是一致的。如过吸力过小，会导致钻针上残留粉尘，影响钻针定位精度。 而吸力过大的话，会导致钻针摆动增大，直接影响钻针定位精度。虽然我们根据经验值，要求设定在 1400-1500 的范围内，但是由于钻机过多，吸力分配不均，导致大多数钻机 的吸尘力实际只有 1200 左右。- 13 -所以要求现场把吸尘力作为日常点检的一个项目，规范点检的手法，严格管控。第二重要的是因子 B 钻孔速度与因子 C 进刀量， 通常来讲，钻速与进刀量有一个配合。从本次实验来讲，钻速取最高的 150k 钻，C 因子取最大的 2.8M/m；同 样得到再现。另外 G因子贴片方式也很重要 虽然在现场的贴片， 不会有实验过程中这样大的差异， 本次本着验证贴片手法不同到底对加工精度有多大影响， 故特意放大差异。结果发现还是很明显的。 这点让我们对现场的管理重点更清晰地把握。对于作业员贴板的手法