厚PTFE陶瓷基板钻孔参数的优化探讨

张 霞 陈晓宇

（深圳市景旺电子股份有限公司, 广东 深圳 518102）

1 前言

陶瓷基板是一种陶瓷粉填充的热固性树脂聚合物材料，主要应用于功放、滤波器、小型天线等电子产品中，由于该材料热膨胀系数低、具有良好的热导性、硬度大、平整度好等优点。尤其是高导热陶瓷材料比普通陶瓷材料的填充陶瓷的比例多，因此导热值高两倍多，而且由于其中有聚四氟乙烯（PTFE）热塑性树脂，所以其材料在钻孔受热时，极易发生变形，切削力不够时，就会影响孔壁质量，出现崩孔或披峰问题。高导热陶瓷材料比普通陶瓷材料性能见表1。

文章通过优化钻孔参数，进而改善其孔壁及孔口质量。

表1 性能列表

表2 样板使用钻孔参数

2 目前钻孔情况及原因分析

试板钻孔后发现所有Φ3.35mm大孔孔口的披峰非常严重，如图1。

图1 钻孔披峰

表2为样板使用的钻孔参数（也为材料供应商建议参数）。

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，对于刀具的磨损非常严重，同时材料中还含有聚四氟乙烯（PTFE）成分，当钻孔条件不利于材料的加工时，其切削力必然会下降。

（2）钻孔参数：参数设置不合理，如转速快、下刀速度慢可能都会导致切削量下降，产生崩孔或披峰问题。所以必须选用合理的转速及下刀速度。

（3）其它：钻孔过程中是选用公司性能最佳的20kr/min的Hitachi钻机，使用没有缺口或其它问题的全新钻头，垫盖板都是使用高频板加工要求的酚醛树脂及冷冲板，所以此影响都可忽略。

为了验证是否是参数太慢导致的，下面我们将针对钻孔参数进行优化，从而找到产生孔口披峰的真实原因，并最终改善。

3 试验设计

3.1 材料

使用和样板材料一样的PTFE陶瓷填充材料A，厚度2.5 mm，铜厚OZ/1OZ。

3.2 试验流程

钻孔→等离子处理→沉铜→板电→板电加厚。

3.3 钻孔参数

在板内设计1.0 mm、2.0 mm、3.0 mm共三种孔径，分为一种转速快，进刀速度快，另一种转速慢，进刀速度慢（样板使用参数），两种不同的钻孔参数进行对比试验：

表3 钻孔参数

备注：

（1）S 11 ＞S 2 1，S 1 2 ＞S 2 2，S 1 3 ＞S 2 3，F11＞F21,F12＞F22,F13＞F23，参数1的切削量（chipload）明显＞参数2；

（2）使用全新钻头，1块/叠，除钻孔参数外，其它所有条件一样。

3.4 不同参数和盖板组合对比

表4 不同参数和盖板组合对比

表5 外观检查披峰情况

4 试验结果

4.1 外观检查披峰情况

备注：无、轻微以及明显以目视基板表面判断。

从以上数据可以看到：

（1）参数2+光板相比前两种情况钻孔后的表面披峰情况更为严重，即便是在钻头寿命只有200或400时；

（2）参数1使用冷冲板和光板作为盖板相比，表面情况相差不大；

（3）样板在使用参数2钻孔，孔限设置很低（＜250孔）时即有披峰问题，此试验结果和样板制作情况一致，说明参数使用应该是样板披峰产生的主要原因。

4.2 切片观察孔壁及孔口情况

（1）参数1+冷冲板

情况见表6。数据可以看到，孔壁粗糙度最大都＜25 μm，且孔口情况良好，无披峰，说明此参数和条件可以满足此高导热陶瓷材料的钻孔要求。

（2）参数1+FR-4光板

情况见表7。数据可以看到，孔壁粗糙度最大也都＜25 μm，且孔口情况良好，无披峰，说明此条件也可满足其钻孔要求。

（3）参数2+FR-4光板

情况见表8。数据可以看到，相同钻孔条件下，参数2+FR-4光板的孔壁粗糙度最大已有55 μm（1.0mm孔径），及60 μm（2.0mm孔径）。

通过以上数据分析可知：

a. 参数1（转速快，下刀速快）比参数2（转速慢，下刀速慢）的孔壁质量明显要好。

b. 在设置孔限内，孔壁质量相差不大。

c. 除孔壁质量对比外，三种方式的钻孔条件进行对比，孔口质量也有明显不同。参数2+光板孔口的铜明显未被切除，而是在钻孔受热时被挤压到孔壁两侧形成披峰，或在孔口形成铜瘤等其它问题。

d. 同种参数，冷冲板和光板两种不同盖板钻孔后孔口情况进行对比，相差不大；

5、总结

通过对厚PTFE陶瓷板钻孔条件比较，对原来所用的慢转速、慢进刀速度和快转速、快进刀速度，两种不同钻孔参数的孔壁质量和孔口情况进行了对比分析。从结果来看，对厚PTFE陶瓷板钻孔慢转速、慢进刀速度，容易出现孔口铜被挤压形成披峰或铜瘤的问题。所以在此类板的钻孔加工时，钻孔参数一定要选用合适的转速和进刀速度，从而保证一定的切削量，避免发生孔披峰、铜瘤或崩孔等问题。

表6 参数1+冷冲板孔壁结果

表7 参数1+光板孔壁结果

表8 参数2+光板孔壁结果

[1]杨朝志. 浅谈TMM厚陶瓷基板的机械加工[C]. 第九届全国印制电路学术年会,2012,10.

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