對(duì)影響鉆孔偏孔因素探討-初版V01解讀

1、PCB板鉆孔加工精度提升之研究華新 加工中心 顧建明 李志勇 甲上咨詢 周佛鼎 一：背景PCB 板與鉆孔的介紹 線路板鉆孔的原理：利用鉆咀在高轉(zhuǎn)速和落速情況下，在線路板鉆成所須的孔 鉆孔的作用：線路板的鉆孔適用于線路板的元件焊接及層與層之間導(dǎo)通之用，另外為后工序定位的孔。對(duì)鉆孔工序的一般要求 : 孔位準(zhǔn)確、孔壁質(zhì)量好和生產(chǎn)效率高。而生產(chǎn)效率又分為三個(gè)部分：進(jìn)刀速、退刀速以及X、Y平面移動(dòng)速度。本研究主要關(guān)注孔位的精度問題。因?yàn)樵诂F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中，孔位精度不良引起的品質(zhì)損失為最嚴(yán)重。鉆孔加工精度的問題點(diǎn)隨著 PCB 行業(yè)的發(fā)展，鉆孔工藝的要求越來越高。高速的，微徑，高精度已經(jīng)成為普遍要求。特別是孔

2、位的精度問 題，因?yàn)橐粋€(gè)孔的偏位，會(huì)導(dǎo)致整張板的報(bào)廢。在過去的經(jīng)驗(yàn)中，我們主要通過鉆針研次的管控，鉆孔機(jī)的保養(yǎng)以及嚴(yán)格的AOI 測(cè)試（畫像檢查 Cpk精度管理 ）等手段來進(jìn)行控制和預(yù)防。但是管理，改善的成果沒有數(shù)據(jù)化的有效性證明，新員工在對(duì)待偏孔問題上，還是會(huì)重復(fù)發(fā)生問題。本次研究的目 的，除了通過數(shù)據(jù)化的科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法來找出偏孔的原因和對(duì)策之外，還想建立出一套行之有效的管理辦法，并進(jìn)行 標(biāo)準(zhǔn)化，讓每個(gè)員工都掌握。圖 2 ：偏孔示意圖二：關(guān)于 PCB制作的流程21 PCB 制造工藝 PCB是印制線路板的簡(jiǎn)稱。工序多，工藝復(fù)雜，可參考下面的工藝步驟。 開料 磨邊 鉆孔 去毛刺沉銅圖轉(zhuǎn)電鍍蝕刻阻焊

3、字符成型檢驗(yàn)OSP包裝本次研究的主要步驟是其中的鉆孔工序。22：鉆孔工藝流程介紹 鉆孔工藝主要靠設(shè)備完成。在這個(gè)過程中，主要由以下的步驟組成。 資料讀取加速位置對(duì)準(zhǔn)下壓鉆孔復(fù)位 23：鉆孔設(shè)備介紹231 鉆針鉆針是鉆孔的最直接工具。鉆針的主要參數(shù)可參考下面的圖三。圖 3：鉆針結(jié)構(gòu)示意圖鉆針雖小，但是其本身也是也個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)。鉆孔中，通常采購鉆針。所以本次研究不把鉆針作為主要對(duì)象。232 鉆針的研磨 雖然鉆針本身不作為主要研究對(duì)象，但是，鉆針在使用過程中，通常會(huì)經(jīng)過 管控成為生產(chǎn)單位不可或缺的重點(diǎn)管理。在實(shí)驗(yàn)前，對(duì)所用鉆針都進(jìn)行檢查，(1) 検査方法用 20-40 倍顯微鏡目視確認(rèn)刀刃情況，

4、也會(huì)用專用設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。4-5 次的研磨加工。對(duì)于研磨質(zhì)量的 100%確保鉆頭質(zhì)量。(2) 檢查項(xiàng)目圖 4：鉆針研磨后檢查項(xiàng)目233 鉆孔加工機(jī)介紹在華新加工中心車間內(nèi)，使用的大多是日本產(chǎn)日立牌加工機(jī)。234 主軸單元介紹 主軸（馬達(dá)）是由線圈、轉(zhuǎn)子、夾頭、主要部件構(gòu)成，稍作詳細(xì)介紹。 主軸與機(jī)器的定位，鉆針與主軸的定位，圖片：氣 管卻管鉆孔定位主軸吸塵管路- 4 -235 平臺(tái)驅(qū)動(dòng) 機(jī)臺(tái)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)：主要由馬達(dá)、絲桿、光柵尺、導(dǎo)軌主要部件構(gòu)成 圖片：Y絲桿軸絲桿236 冷卻系統(tǒng)237 吸塵系統(tǒng)2.3.8 上板過程（ SOP）：指令）、三：基本機(jī)能定義對(duì)于鉆孔加工這種由設(shè)備控制， 通過程序控制

5、的臺(tái)面移動(dòng)， 進(jìn)行定位的加工方式， 通?？紤]， 輸入是圖紙信息 （ 輸出是實(shí)際的孔位（通過實(shí)際測(cè)量得知） 。我們希望的理想狀態(tài)時(shí)，實(shí)際的孔位與圖紙信息完全一致。所以建立以下的 基本技能模型。四：因子的定義信號(hào)因子本次實(shí)驗(yàn)用 PCB板的型號(hào)是 411U098，他需要加工 28800 個(gè)孔；其中直徑 0.3 的孔有 22000 個(gè)。本次實(shí)驗(yàn)考慮的實(shí)驗(yàn)的 成本與時(shí)間，在其中選擇 12 個(gè)孔位，定義為信號(hào)因子。這 12 個(gè)孔，使用 4 中鉆針完成，分別是新針、研 1 針、研 2 針、研 3 針。每種鉆針加工 3000孔（因?yàn)楝F(xiàn)行的壽命管理是 3500次）。取第一孔，第 1500 孔和第 3000孔的數(shù)

6、據(jù)。4 中鉆針就有 12 個(gè)數(shù)據(jù)，圖下表所示：孔號(hào)孔1 實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)值UPDOWNNoXY誤差 X誤差 Y誤差 X誤差 Y144.09-0.000-0.006129.2570.0060.001555新針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由于鉆孔加工時(shí)多層同時(shí)加工的，而

8、底層的偏孔程度比表層還厲害。所以本次實(shí)驗(yàn)僅采用底層板的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評(píng) 價(jià)。關(guān)于信號(hào)的定義：M1：孔與孔的距離M2：孔與孔的距離M3：孔與孔的距離M11：孔與孔 12 的距離M12：孔與孔的距離M13：孔與孔的距離M66：孔 11 與孔 12 的距離 合計(jì)共定義信號(hào)因子 66 個(gè)。誤差因子由于信號(hào)因子已經(jīng)很多，故這次沒有設(shè)置誤差因子。4.3 控制因素水準(zhǔn)控制因素123 壓腳氣壓大小 鉆速 Speed慢基準(zhǔn)快 進(jìn)刀量（ m/min）小中大 退刀量（ m/min）小中大 吸塵力（ Mpa）140016001800 鋁片厚度無中大G 貼片方式ABCH 壓腳新舊新小磨損大磨損因子 A 壓腳氣壓介紹 :

9、 起固定板子保持平行精確定位 如何設(shè)定：大的氣缸壓力為 2.6psi, 小的氣缸壓力為 2.2psi因子 B 鉆速介紹： 0.3mm 鉆頭實(shí)驗(yàn)鉆速 如何設(shè)定：慢的設(shè)定 13 萬轉(zhuǎn) /分基準(zhǔn)的設(shè)定 14 萬轉(zhuǎn) /分 快的設(shè)定 15 萬轉(zhuǎn)/ 分五：數(shù)據(jù)的計(jì)算與分析數(shù)據(jù)的整理數(shù)據(jù)分析第一步是將數(shù)據(jù)整理成一定的格式。所以從自動(dòng)測(cè)量 AOI 設(shè)備中，提出數(shù)據(jù)后，整理成以下的格式。 表：原始數(shù)據(jù)一次整理孔號(hào)程式1 實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)值UPDOWN序號(hào)XY誤差 X誤差 Y誤差 X誤差 Y新針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將上面的數(shù)據(jù)變化記錄形式，整理成下面的格式。表 ：數(shù)據(jù)的二次整理M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12信號(hào) 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信號(hào) 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 ：數(shù)據(jù)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(jì)算 通過二乘和的分解，計(jì)算出如下表的結(jié)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) 比最適條件 現(xiàn)狀條

21、件： A2B2C2D2E2F2G2H2最適條件： A2B3C3D3E2F1G1H1確認(rèn)実験的結(jié)果 単位：推定確認(rèn)最適條件38.3336.50初期條件33.2133.50利得5.123.00、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 , 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，轉(zhuǎn)速越高進(jìn)度速越快鉆孔的精度越高。通過再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)，基本確定了實(shí)驗(yàn)的再現(xiàn)性 雖然根據(jù) SN比的計(jì)算，推定有 5.12db 的利得，但是在實(shí)際的確認(rèn)實(shí)驗(yàn)中，只確認(rèn)到3db。根據(jù)再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)當(dāng)時(shí)的條件，因子 E的吸塵力只設(shè)定到 1450Mpa；而 L18 實(shí)驗(yàn)過程中，都是設(shè)定的 1500Mpa。通過實(shí)驗(yàn)可以確認(rèn)到的事實(shí)找出的因子中，最重要的因子是“吸塵力” 。 這個(gè)因子在因子效果圖中，顯示出

22、非常明顯的山形，也就是說小也不好，大也不好，中間值最為理想。這個(gè)結(jié) 論與現(xiàn)場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)也是一致的。如過吸力過小，會(huì)導(dǎo)致鉆針上殘留粉塵，影響鉆針定位精度。 而吸力過大的話，會(huì)導(dǎo)致鉆針擺動(dòng)增大，直接影響鉆針定位精度。雖然我們根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，要求設(shè)定在 1400-1500 的范圍內(nèi)，但是由于鉆機(jī)過多，吸力分配不均，導(dǎo)致大多數(shù)鉆機(jī) 的吸塵力實(shí)際只有 1200 左右。- 13 -所以要求現(xiàn)場(chǎng)把吸塵力作為日常點(diǎn)檢的一個(gè)項(xiàng)目，規(guī)范點(diǎn)檢的手法，嚴(yán)格管控。第二重要的是因子 B 鉆孔速度與因子 C 進(jìn)刀量， 通常來講，鉆速與進(jìn)刀量有一個(gè)配合。從本次實(shí)驗(yàn)來講，鉆速取最高的 150k 鉆，C 因子取最大的 2.8M/m；同 樣得到再現(xiàn)。另外 G因子貼片方式也很重要 雖然在現(xiàn)場(chǎng)的貼片， 不會(huì)有實(shí)驗(yàn)過程中這樣大的差異， 本次本著驗(yàn)證貼片手法不同到底對(duì)加工精度有多大影響， 故特意放大差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)還是很明顯的。 這點(diǎn)讓我們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的管理重點(diǎn)更清晰地把握。對(duì)于作業(yè)員貼板的手法