外形加工与钻孔

印制板的外形和各种各样的孔 （引线孔、 过孔、 机械安装孔、 定位孔、 检测孔等） 都是通过机械加工完成的。 印制电路板机械加工的对象是敷铜板。 敷铜板是采用黏合剂将绝缘材料和铜箔通过热压制成的。 无论是纸基板还是玻璃纤维布板， 其机械加工性能都比较差。它们都具有脆性和明显的分层性， 硬度较高， 对机械加工的刀具磨损大， 板内含有未完全固化的树脂， 加工过程中机械摩擦产生的热会使未完全固化的树脂软化呈黏性， 增加摩擦阻力， 括断刀具， 同时产生腻污， 影响加工质量。 为了提高加工质量， 需要采用硬质合金刀具和大进给量的切削加工， 才可以保证加工质量。

印制板机械加工方法通常有冲、 钻、 剪、 铣、 锯等。 由于印制板的孔和外形加工质量都直接影响印制板的机械装配性能和电器连接性能， 从而影响到印制板的质量， 因此机械加工是印制板加工中重要的步骤之一。

1. 外形加工

外形加工有毛坯加工和精加工， 毛坯加工一般采用剪和锯。 精加工用于印制板成品的外形加工， 加工的方法有剪、 锯、 冲、 铣。 精加工中， 剪和锯的成本最低， 适用于多品种小批量， 精度要求低的场合； 冲的方法在大批量生产时是最经济的加工方法， 适用于精度要求不高、 元件安装密度不高的单面印制板， 以及一些对外形精度要求不高的双面和多层印制板。

（1） 剪切加工。

剪切加工这种加工方法是采用剪床进行的。 剪切加工可用于下料， 也可用于外形加工。用剪床加工印制板外形时， 以边框线作为加工基准， 剪切加工只能加工直线外形， 异形部分可用冲床和铣床加工。 对于品种多， 数量少， 对外形尺寸要求不高的印制板常采用这种方法。 它的缺点是精度差， 有时加工后还需要砂纸磨光。

（2） 冲床落料加工。

冲床落料加工根据所加工印制板的厚度、 外形尺寸合理地设计冲头和凹模之间的间隙，可得到具有一定精度的外形尺寸。 冲床落料加工生产效率高， 加工印制板的一致性好， 适合于大批量生产， 冲压加工通常要求定位精度高。

（3） 铣床加工。

铣床加工这种加工方法比较灵活， 适用于自动化生产。 由于铣刀是圆柱形的， 所以在设计印制板外形和异形孔时， 必须允许转角处的过度圆弧要大于或等于最小铣刀半径。 数控铣床可加工印制板外形， 加工精度高， 可加工各种形状、 尺寸的板子。 数控铣适用于生产批量大， 形状复杂， 精度要求高的印制板铣削。 工作台或转轴的移动由程序自动控制， 操作者只需按外形尺寸编制程序和往数控工作台上装卸印制板。

2. 钻孔

钻孔的目的是， 在板料上钻出客户要求的孔， 孔的位置及大小均需满足客户的要求； 实现层与层间的导通， 以及将来的元件插焊； 为后工序的加工做出定位或对位孔。 常用的钻孔方法有： 手工操作的单轴钻床钻孔、 数控钻床钻孔和激光钻孔。 在选择印制板孔加工方法的时候， 必须根据实际情况综合考虑印制板的质量要求及经济性， 在保证印制板质量的基础上追求最大的经济利益。 钻床钻孔示意图， 如图5－28所示。

图5－28 钻孔示意图

（1） 钻孔的质量要求。

无论手工操作的单轴钻床钻孔、 数控钻床钻孔还是激光钻孔， 都必须保证钻孔质量， 通常金属化孔的质量要求更高， 应满足如下的要求。

1） 孔壁应光滑， 无毛刺， 孔边缘无翻边， 基材无分层。

2） 钻出的孔与焊盘应保证一定的公差， 钻出的孔必须在焊盘中心位置上， 如果孔位不准确， 就有可能产生电路图像对位不准， 严重时甚至短路或断路。

3） 对于需要金属化的孔， 尤其是对多层板的孔有更高的钻孔要求。 除了满足第一项要求外， 还要求内层铜箔无钉头和环氧钻污。

（2） 印制电路板钻孔用钻头。

1） 直柄麻花钻头大多在单轴钻床上使用， 装夹在可调节的夹头上， 用于加工简单的印制电路板和精度要求不高的印制电路板。

2） 定柄麻花钻头适合在多轴钻床上使用， 装夹在专用夹头上， 可实行自动装夹。 专用夹头直径和定柄直径相同， 有ϕ2mm， ϕ3mm或ϕ3.175mm。 使用定柄装夹方便并能提高钻头定位精度。 一般印制电路板钻孔用麻花钻头以ϕ3.175mm为定柄直径。

3） 铲形钻头是在定柄麻花钻头基础上对钻头刃部进行修磨， 保留0.6～1.0mm棱刃长度， 其余被磨去， 使钻头在钻孔时减少棱刃与孔壁的摩擦， 降低热量的累积， 适用于多层印制电路板的钻孔。

（3） 上、 下垫板。

印制板钻孔时使用上、 下垫板有利于提高印制板的质量， 提高成品率。 虽然使用这种辅助材料有一定花费， 但由于上述原因， 事实上是降低了成本。

1） 对钻孔用上垫板的要求是， 有一定表面硬度， 防止孔上表面产生毛刺， 但又不能太硬而磨损钻头。 要求上垫板本身成分不含树脂， 否则钻孔时将腻污孔。 要求导热系数大， 能迅速将钻孔时产生的热量带走， 降低钻孔温度。 要有一定的刚性， 防止提钻时板材颤动， 又要有一定弹性， 在钻头下钻接触的瞬间立即变形， 使钻头精确地对准钻孔的位置， 保证钻孔位置精度。 如果上垫板表面又硬又滑， 钻头可能打滑偏离原来的孔位。

目前国内使用的上垫板主要是0.3～0.5mm的酚醛纸胶板、 环氧纸胶板和铝箔。 铝箔导热性好， 对钻头有一定散热作用， 能降低钻孔温度。 与酚醛板、 环氧板相比， 不会因为所含树脂而腻污孔。

2） 下垫板也是造成钻头折断的原因之一。 下垫板材质不均匀， 有硬点或软点不规则分布， 易卡住钻头。 含有高树脂的下垫板， 其树脂黏结在钻头棱刃上或排屑槽中， 往往使钻头卡住。 下垫板的杂质成分含量高， 易使钻头产生不稳定的磨损或折断。 综上所述， 对下垫板的要求是， 硬度适宜， 树脂含量或其他杂质成分含量少， 固化程度好， 平整度好， 不变形，不吸水， 有利于钻头散热或冷却。

目前国内使用的下垫板主要有酚醛纸胶板、 环氧玻纤布板和PVC板、 纤维板和铝板。这些材料都不符合下垫板的要求。 国外较普遍使用的是高密度纤维板。 其优点是硬度适宜，即能防毛刺又不磨损钻头。 由于不含树脂， 避免产生孔壁腻孔， 价格也便宜。

目前国外为了提高多层板的钻孔质量， 采用了铝合金箔波纹板作下垫板。 其结构是， 两是铝合金箔， 中间是铝合金波纹板， 胶接而成平整、 光滑的复合板。

（4） Create－DCM3030数控钻床钻孔。

数控钻床能根据Protel DXP2004SP2生成的PCB文件自动识别钻孔数据， 并快速、 精确地完成终点定位、 钻孔等任务。 用户只需将设计好的PCB文件直接导入数控钻后台软件即可自动完成批量钻孔。

使用Create－DCM3030数控钻床进行钻孔， 其主要操作流程如下：

1） 连接手柄。

通过数据线将手柄与电脑连接。

2） 打开文件。

点击【打开】 按钮， 打开由Protel生成的任意一个文件， 将原理图导入Create－DCM软件， 如图5－29所示。

打开Gerber文件后， 主界面编辑窗口显示PCB图， 如图5－30所示。 可点击右键将原理图缩小， 点击左键将原理图放大。

3） 选择钻头。

单击 【钻孔】按钮， 系统将弹出 【钻孔刀具选择】 对话框， 如图5－31所示。

图5－29 导入文件

图5－30 打开Gerber文件的主界面

图5－31 【钻孔刀具选择】 对话框

根据当前文件孔径， 选择好钻孔钻头直径， 单击 【》】 按钮， 输出已选好刀具， 如需重新设置钻孔钻头直径， 可点击【《】 按钮重新设置。 根据敷铜板的厚度选择板厚。 如图5－32所示。

4） 生成G代码。

设置完钻孔刀具后， 在 【钻孔刀具选择】 对话框中单击 【G代码】 生成钻孔UOO路径文件， 如图5－33、 图5－34所示。

注意： 每个孔径将单独生成UOO路径文件。

图5－32 钻孔刀具和板厚设置

图5－33 生成钻孔UOO路径文件

图5－34 生成G代码

5） 输出钻孔文件。

生成UOO文件后， 单击 【加工】 按钮， 选择需加工的钻孔文件， 将文件发送至手柄。

6） 安装刀具。

在数控钻床上安装与钻孔文件匹配的钻头。

7） 手柄操作钻孔。

a. 移动X，Y，Z三轴到指定位置， 再按 【XY→0】 键和 【Z→0】 键清零以确定工作原点。

b. 按 【运行】 键， 出现 【选择文件】 项， 移动光标选择文件类型， 按 【确定】 键进入U盘文件列表或内部文件列表。 对于U盘文件列表中文件， 【X＋】 和 【X－】 移动光标至目标文件， 再按 【确定】 键开始加工； 对于内部文件列表中文件， 按文件前相应的数字键选出要加工的文件， 按 【菜单】 键翻页查找文件。

c. 选择加工文件后， 出现加工参数配置项， 按 【X＋】 和 【X－】 移动光标选择不同参数， 按 【确定】 键进入数值设置。 数值修改时， 输入错误按 【删除】 键删除错误输入， 输入完成后按 【确定】 键确认新数值， 按 【取消】 键回归原有数值。 用户必须结合机床的实际情况和加工需要修改上述配置参数， 否则会造成加工错误。

d. 加工参数设置完备后， 按 【取消】 键退出加工参数修改。 系统开始检查加工代码，检查完毕后， 按 【确认】 键开始加工。

e. 加工过程中， 按 【Y＋】 【Y－】 键更改速度倍率， 按 【Z＋】 【Z－】 键更改主轴速度。