PCB钻孔生产过程中经常出现故障详细分解

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描述

钻孔是PCB工艺中一道重要的工序,看起来很简单,但实际上却是一道非常关键的工序。在制造业中,不良品的产生离不开人、机、物、法、环五大因素。同样,钻孔工艺中也是如此,以下是用鱼骨图分列出影响钻孔的因素。

一、在众多影响钻孔加工阶段,对各项不同的项目施行检验,以下列举PCB板钻孔加工常见的检验类别及项目。

(1)、钻孔前基板检验,项目有:品名、编号、规格、尺寸、铜铂厚;不刮伤;不弯曲、不变形;不氧化或受油污染;数量;无凹凸、分层剥落及折皱。 

(2)、钻孔中操作员自主检验,项目为:孔径;批锋;深度是否贯穿;是否有爆孔;核对偏孔、孔变形;多孔少孔;毛刺;是否有堵孔;断刀漏孔;整板移。 

二、钻孔生产过程中经常出现故障详细分解   

1、断钻咀 

产生原因有:

主轴偏转过度;

数控钻机钻孔时操作不当;

钻咀选用不合适;钻头的转速不足,进刀速率太大;

叠板层数太多;板与板间或盖板下有杂物;

钻孔时主轴的深度太深造成钻咀排屑不良发生绞死;

钻咀的研磨次数过多或超寿命使用;

盖板划伤折皱、垫板弯曲不平;

固定基板时胶带贴的太宽或是盖板铝片、板材太小;

进刀速度太快造成挤压;

补孔时操作不当;盖板铝片下严重堵灰;

焊接钻咀尖的中心度与钻咀柄中心有偏差。 

解决方法: 

(1)  通知机修对主轴进行检修,或者更换好的主轴。  

(2)  A、检查压力脚气管道是否有堵塞;        

B、根据钻咀状态调整压力脚的压力,检查压力脚压紧时的压力数据,正常为7.5公斤;  

C、检查主轴转速变异情况及夹嘴内是否有铜丝影响转速的均匀性;       

D、钻孔操作进行时检测主轴转速变化情况及主轴的稳定性;(可以作主轴与主轴之间对比)        

E、认真调整压力脚与钻头之间的状态,钻咀尖不可露出压脚,只允许钻尖在压脚内3.0mm处;        

F、检测钻孔台面的平行度和稳定度。

平行度和稳定度。 

(3) 检测钻咀的几何外形,磨损情况和选用退屑槽长度适宜的钻咀。   (4) 选择合适的进刀量,减低进刀速率。

(5) 减少至适宜的叠层数。 

(6) 上板时清洁板面和盖板下的杂物,保持板面清洁。 

(7) 通知机修调整主轴的钻孔深度,保持良好的钻孔深度。(正常钻孔的深度要控制在0.6mm为准。)   

(8) 控制研磨次数(按作业指导书执行)或严格按参数表中的参数设置。   

(9) 选择表面硬度适宜、平整的盖、垫板。 

(10) 认真的检查胶纸固定的状态及宽度,更换盖板铝片、检查板材尺寸。   

(11 )适当降低进刀速率。 

(12) 操作时要注意正确的补孔位置。   

(13) A、检查压脚高度和压脚的排气槽是否正常;         

B、吸力过大,可以适当的调小吸力。   

(14) 更换同一中心的钻咀。   

2、孔损 

产生原因为:

断钻咀后取钻咀;

钻孔时没有铝片或夹反底版;

参数错误;

钻咀拉长;

钻咀的有效长度不能满足钻孔叠板厚度需要;

手钻孔;

板材特殊,批锋造成。 

解决方法:                      

(1) 根据前面问题1,进行排查断刀原因,作出正确的处理。                      

(2) 铝片和底版都起到保护孔环作用,生产时一定要用,可用与不可用底版分开、方向统一放置,上板前再检查一次。                      

(3) 钻孔前,必须检查钻孔深度是否符合,每支钻咀的参数是否设置正确。 

(4) 钻机抓起钻咀,检查清楚钻咀所夹的位置是否正确再开机,开机时钻咀一般不可以超出压脚。 

(5) 在钻咀上机前进行目测钻咀有效长度,并且对可用生产板的叠数进行测量检查。 

(6) 手动钻孔切割精准度、转速等不能达到要求,禁止用人手钻孔。 

(7) 在钻特殊板设置参数时,根据品质情况进行适当选取参数,进刀不宜太快。 

3、孔位偏、移,对位失准                     

产生原因为:

钻孔过程中钻头产生偏移;

盖板材料选择不当,软硬不适;

基材产生涨缩而造成孔位偏;

所使用的配合定位

工具使用不当;

钻孔时压脚设置不当,撞到销钉使生产板产生移动;

钻头运行过程中产生共振;

弹簧夹头不干净或损坏;生产板、面板偏孔位或整叠位偏移;

钻头在运行接触盖板时产生滑动;

盖板铝片表面划痕或折痕,在引导钻咀下钻时产生偏差;

没有打销钉;

原点不同;

胶纸未贴牢;

钻孔机的X、Y轴出现移动偏差;

程序有问题。 

解决方法:  

(1) A、检查主轴是否偏转;        

B、减少叠板数量,通常双面板叠层数量为钻头直径的6倍而多层板叠层数量为钻头直径的2~3倍;        

C、增加钻咀转速或降低进刀速率;       

D、检查钻咀是否符合工艺要求,否则重新刃磨; 

E、检查钻咀顶尖与钻咀柄是否具备良好同中心度; 

F、检查钻头与弹簧夹头之间的固定状态是否紧固;        

G、检测和校正钻孔工作台板的稳定和稳定性。          

(2) 选择高密度0.50mm的石灰盖板或者更换复合盖板材料(上下两层是厚度0.06mm的铝合金箔,中间是纤维芯,总厚度为0.35mm)。          

(3) 根据板材的特性,钻孔前或钻孔后进行烤板处理(一般是145℃±5℃,烘烤4小时为准)。          

(4) 检查或检测工具孔尺寸精度及上定位销的位置是否有偏移。          

(5) 检查重新设置压脚高度,正常压脚高度距板面0.80mm为钻孔最佳压脚高度。          

(6) 选择合适的钻头转速。          

(7) 清洗或更换好的弹簧夹头。          

(8) 面板未装入销钉,管制板的销钉太低或松动,需要重新定位更换销钉。       (9) 选择合适的进刀速率或选抗折强度更好的钻头。          

(10) 更换表面平整无折痕的盖板铝片。          

(11) 按要求进行钉板作业。          

(12) 记录并核实原点。          

(13) 将胶纸贴与板边成90o直角。          

(14) 反馈,通知机修调试维修钻机。          

(15) 查看核实,通知工程进行修改。   

4、孔大、孔小、孔径失真 

产生原因为:

钻咀规格错误;

进刀速度或转速不恰当;

钻咀过度磨损;

钻咀重磨次数过多或退屑槽长度底低于标准规定;

主轴本身过度偏转;

钻咀崩尖,钻孔孔径变大;

看错孔径;

换钻咀时未测孔径;

钻咀排列错误;

换钻咀时位置插错;

未核对孔径图;主轴放不下刀,造成压刀;

参数中输错序号。 

解决方法:

(1) 操作前应检查钻头尺寸及控制系统是否指令发生错误。   

(2) 调整进刀速率和转速至最理想状态。   

(3) 更换钻咀,并限制每支钻咀钻孔数量。通常按照双面板(每叠四块)可钻3000~3500孔;高密度多层板上可钻500个孔;对于FR-4(每叠三块)可钻3000个孔;而对较硬的FR-5,平均减小30%。   

(4) 限制钻头重磨的次数及重磨尺寸变化。对于钻多层板每钻500孔刃磨一次,允许刃磨2~3次;每钻1000孔可刃磨一次;对于双面板每钻3000孔,刃磨一次,然后钻2500孔;再刃磨一次钻2000孔。钻头适时重磨,可增加钻头重磨次数及增加钻头寿命。通过工具显微镜测量,在两条主切削刃全长内磨损深度应小于0.2mm。重磨时要磨去0.25mm。定柄钻头可重磨3次;铲形钻头重磨2次。 

(5) 反馈给维修进行动态偏转测试仪检查主轴运行过程的偏转情况,严重时由专业的供应商进行修理。   

(6) 钻孔前用20倍镜检查刀面,将不良钻咀刃磨或者报废处理。

(7) 多次核对、测量。 

(8) 在更换钻咀时可以测量所换下钻咀,已更换钻咀测量所钻第一个孔。  

(9) 排列钻咀时要数清楚刀库位置。   

(10) 更换钻咀时看清楚序号。 

(11) 在备刀时要逐一核对孔径图的实际孔径。 

(12) 清洗夹咀,造成压刀后要仔细测量及检查刀面情况。 

(13) 在输入刀具序号时要反复检查。 

5、漏钻孔           

产生原因有:

断钻咀(标识不清);

中途暂停;

程序上错误;

人为无意删除程序;

钻机读取资料时漏读取。   

解决方法: 

(1) 对断钻板单独处理,分开逐一检查。 

(2) 在中途暂停后再次开机,要将其倒退1~2个孔继续钻。   

(3) 一旦判定是工程程序上的错误,要立即通知工程更改。 

(4) 在操作过程中,操作员尽量不要随意更改或删除程序,必要时通知工程处理。   

(5) 在经过CAM读取文件后,换机生产,通知机修处理。   

6、批锋 

产生原因有:

参数错误;

钻咀磨损严重,刀刃不锋利;

底板密度不够;基板与基板、基板与底板间有杂物;

基板弯曲变型形成空隙;

未加盖板;

板材材质特殊。 

解决方法: 

(1) 在设置参数时,严格按参数表执行,并且设置完后进行检查核实。   

(2) 在钻孔时,控制钻咀寿命,按寿命表设置不可超寿命使用。   

(3) 对底板进行密度测试。 

(4) 钉板时清理基板间杂物,对多层板叠板时用碎布进行板面清理。   

(5) 基板变形应该进行压板,减少板间空隙。 

(6) 盖板是起保护和导钻作用。因此,钻孔时必须加铝片。(对于未透不可加铝片钻孔)   

(7) 在钻特殊板设置参数时,根据品质情况进行适当选取参数,进刀不宜太快。 

7、孔未钻透(未贯穿基板) 

产生原因有:

深度不当;

钻咀长度不够;

台板不平;

垫板厚度不均;

断刀或钻咀断半截,孔未透;

批锋入孔沉铜后形成未透;

主轴夹嘴松动,在钻孔过程中钻咀被压短;

未夹底板;

做首板或补孔时加了两张垫板,生产时没更改。 

解决方法: 

(1) 检查深度是否正确。(分总深度和各个主轴深度)   

(2) 测量钻咀长度是否够。 

(3) 检查台板是否平整,进行调整。 

(4) 测量垫板厚度是否一致,反馈并更换垫板。   

(5) 定位重新补钻孔。 

(6) 对批锋来源按前面进行清查排除,对批锋进行打磨处理。   

(7) 对主轴松动进行调整,清洗或者更换索嘴。   

(8) 双面板上板前检查是否有加底板。 

(9) 作好标记,钻完首板或补完孔要将其更改回原来正常深度。   

8、面板上出现藕断丝连的卷曲形残屑 

产生原因有:

未采用盖板或钻孔工艺参数选择不当。   

解决方法: 

(1) 应采用适宜的盖板。

(2) 通常应选择减低进刀速率或增加钻头转速。   

9、堵孔(塞孔) 

产生原因有:

钻头的有效长度不够;

钻头钻入垫板的深度过深;

基板材料问题(有水份和污物);

垫板重复使用;

加工条件不当所致,如吸尘力不足;

钻咀的结构不行;

钻咀的进刀速太快与上升搭配不当。 

解决方法: 

(1) 根据叠层厚度选择合适的钻头长度,可以用生产板叠板厚度作比较。   

(2) 应合理的设置钻孔的深度(控制钻咀尖钻入垫板0.5mm为准)。 

(3) 应选择品质好的基板材料或者钻孔前进行烘烤(正常是145℃±5烘烤4小时)。 (4) 应更换垫板。 

(5) 应选择最佳的加工条件,适当调整钻孔的吸尘力,达到7.5公斤每秒。   

(6) 更换钻咀供应商。 

(7) 严格根据参数表设置参数。   

10、孔壁粗糙 

产生原因有:

进刀量变化过大;

进刀速率过快;

盖板材料选用不当;

固定钻头的真空度不足(气压);

退刀速率不适宜;

钻头顶角的切削前缘出现破口或损坏;

主轴产生偏转太大;

切屑排出性能差。 

解决方法: 

(1) 保持最佳的进刀量。 

(2) 根据经验与参考数据调整进刀速率与转速,达到最佳匹配。   

(3) 更换盖板材料。 

(4) 检查数控钻机真空系统(气压)并检查主轴转速是否有变化。   

(5) 调整退刀速率与钻头转速达到最佳状态。   

(6) 检查钻头使用状态,或者进行更换。   

(7) 对主轴、弹簧夹头进行检查并进行清理。   

(8) 改善切屑排屑性能,检查排屑槽及切刃的状态。   

11、孔口孔缘出现白圈(孔缘铜层与基材分离、爆孔)

产生原因:

钻孔时产生热应力与机械力造成基板局部碎裂;

玻璃布编织纱尺寸较粗;

基板材料品质差(纸板料);

进刀量过大;

钻咀松滑固定不紧;

叠板层数过多。 

解决方法: 

(1) 检查钻咀磨损情况,然后再更换或是重磨。   

(2) 选用细玻璃纱编织成的玻璃布。   

(3) 更换基板材料。 

(4) 检查设定的进刀量是否正确。 

(5) 检查钻咀柄部直径大小及主轴弹簧夹的夹力是否足够。 

(6) 根据工艺规定叠层数据进行调整。 

以上是钻孔生产中经常出现的问题,在实际操作中应多测量多检查。同时,严格规范作业对控制钻孔生产品质故障有很大的益处,对改善产品质量、提高生产效益,也有很大的帮助。

12.影响钻孔的孔位精度与孔壁品质的主要因素

一、孔内玻纤突出(Fiber Proturusion in Hole)  

1.可能原因:退刀速率过慢    对策:增快退刀速率。  

2.可能原因:钻头过度损耗  

对策:重新磨利钻尖,限制每只钻尖的击数,例如上线定位1500击。  

3.可能原因:主轴转速(RPM)不足  

对策:调整进刀速率和转速的关系到最佳的状况,检查转速变异情况。  

4.可能原因:进刀速率过快  

对策:降低进刀速率(IPM)。

二、孔壁粗糙(Rough hole walls) 

1.可能原因:进刀量变化过大  

对策:维持固定的进刀量。  

2.可能原因:进刀速率过快  

对策:调整进刀速率与钻针转速关系至最佳状况。  

3.可能原因:盖板材料选用不当  

对策:更换盖板材料。  

4.可能原因:固定钻头所使用真空度不足  

对策:检查钻孔机台真空系统,检查主轴转速是否有变异。  

5.可能原因:退刀速率异常  

对策:调整退刀速率与钻头转速的关系至最佳状况。  

6.可能原因:针尖的切削前缘出现破口或算坏 

对策:上机前先检查钻针情况,改善钻针持取习惯。  

三、孔形真圆度不足  

1.可能原因:主轴稍呈弯曲  

对策:更换主轴中的轴承(Bearing)。  

2.可能原因:钻针尖点偏心或削刃面宽度不一  

对策:上机前应放大40倍检查钻针。  

四、板叠上板面发现藕断丝连的卷曲形残屑 

1.可能原因:未使用盖板  

对策:加用盖板。  

2.可能原因:钻孔参数不恰当  

对策:减低进刀速率(IPM)或增加钻针转速(RPM)。  

五、钻针容易断裂

1.可能原因:主轴的偏转(Run-Out)过度  

对策:设法将的主轴偏转情况。  

2.可能原因:钻孔机操作不当  

对策:  

1)检查压力脚是否有阻塞(Sticking)  

2)根据钻针尖端情况调整压力脚的压力。  

3)检查主轴转速的变异。  

4)钻孔操作进行时间检查主轴的稳定性。  

3.可能原因:钻针选用不当  

对策:检查钻针几何外型,检验钻针缺陷,采用具有适当退屑槽长度的钻头。 

4.可能原因:钻针转速不足,进刀速率太大  

对策:减低进刀速率(IPM)。  

5.可能原因:叠板层数提高     

对策:减少叠层板的层数(Stack Height)。  

六、空位不正不准出现歪环破环

1.可能原因:钻头摇摆晃动  

对策:  

1)减少待钻板的叠放的层数。  

2)增加转速(RPM),减低进刀速(IPM)。  

3)重磨及检验所磨的角度与同心度。  

4)注意钻头在夹筒上位置是否正确。  

5)退屑槽长度不够。  

6)校正及改正钻机的对准度及稳定度。  

2.可能原因:盖板不正确  

对策:选择正确盖板,应选均匀平滑并具有散热与钻针定位功能者。  

3.可能原因:基板中玻璃布的玻璃丝太粗  

对策:改用叫细腻的玻璃布。  

4.可能原因:钻后板材变形使孔位偏移  

对策:注意板材在钻前钻后的烘烤稳定。  

5.可能原因:定位工具系统不良  

对策:检查工具孔的大小及位置。  

6.可能原因:程序带不正确或损毁  

对策:检查城市带及读带机。  

七、孔径有问题,尺寸不正确

1.可能原因:用错尺寸的钻头  

对策:钻头在上机前要仔细检查并追究钻机的功能是否正确。  

2.可能原因:钻头过度损伤  

对策:换掉并定出钻头使用的对策。

3.可能原因:钻头重磨次数太多造成退屑槽长度不够  

对策:明订钻头使用政策,并检查重磨的品质。  

4.可能原因:主轴损耗  

对策:修理或换新  

八、胶渣(Smear)太多

1.可能原因:进刀及转速不对  

对策:按材料性质来做钻孔及微切片试验以找出最好的情况。  

2.可能原因:钻头在孔中停留时间太长  

对策:  

1)改变转速计进刀速以减少孔中停留时间。  

2)降低叠板的层数。  

3)检查钻头重磨的情况。  

4)检查转速是否减低或不稳。  

3.可能原因:板材尚彻底干固  

对策:钻孔前基板要烘烤。  

4.可能原因:钻头的击数使用太多  

对策:减少钻头使用的击数,增加重磨频率。  

5.可能原因:钻头重磨次数太多,以致退屑槽长度不够  

对策:限定重磨次数,超过则废弃之。  

6.可能原因:盖板及垫板有问题  

对策:改换正确的材料。  

九、孔壁有纤维突出

1.可能原因:钻头退刀速太慢  

对策:增加退刀速率。  

2.可能原因:钻头受损

3.可能原因:钻头有问题  

对策:按钻头条件的改变以及孔壁微切片检验的配合,找出合适的条件。  

十、内层铜箔出现钉头  

1.可能原因:钻头退刀速太慢  

对策:增加钻头退刀速度。  

2.可能原因:切屑量(Chip Load亦即进刀量)不正确  

对策:对不同材料做不同的切屑量的试验,以找出最正确的排屑情况。  

3.可能原因:钻头受损  

对策:  

1)重磨钻头并定出每支钻头应有的击数。  

2)更换钻头的设计。  

4.可能原因:主轴(Spindle)转动  

对策:  

1)做实验找出最好的切屑量。  

2)检查主轴速度的变异。  

十一、孔口出现白圈?  

1.可能原因:发生热机应力  

对策:  

1)换掉或重磨钻头。  

2)减少钻头留在孔中的时间。  

2.可能原因:玻璃纤维组织太粗  

对策:改换为玻璃较细的胶片。  

十二、孔壁出现毛头(Burr即毛刺) 

1.可能原因:钻头不利  

对策:  

1)换掉或重磨钻头。  

2)定出每支钻头的击数。  

3)重新评估各种品牌的耐用性。  

2.可能原因:堆叠中板与板之间有异物  

对策:改用板子上机操作的方式。  

3.可能原因:切屑量不正确  

对策:使用正确的切屑量。  

4.可能原因:盖板太薄,使上层钻板发生毛头  

对策:改用较厚的盖板。  

5.可能原因:压力脚不正确,造成朝上的孔口发生毛头  

对策:修理钻机的主轴。  

6.可能原因:垫板不正确,使朝下的孔口发生毛头  

对策:  

1)使用平滑坚硬的垫板。  

2)每次钻完板叠后要换掉垫板或翻面。  

十三、孔形不圆

1.可能原因:主轴性能有问题  

对策:更换主轴的轴承(Bearing)。  

2.可能原因:钻针的尖点偏心或钻刃(Lip)宽度不对  

对策:检查钻头或更换之。  

十四、为什么叠板最上层孔口出现圆圈卷状钻屑附连?  

1.可能原因:未使用盖板  

对策:板叠的最上层要加用铝质盖板。  

2.可能原因:钻孔条件不对 

对策:降低进刀速率或转速。

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