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回路基板複合材料の微細穴の穴あけ

回路基板複合微小孔の数種類の穴あけ
プリント基板の仕様は複雑であり、多くの種類の製品があります。
プリント回路基板で最も広く使用されているエポキシ樹脂ベースの複合材料は、微細穴(直径0.6 mm以下の小さな穴と直径0.3 mm以下の微細な穴)です。
複合回路基板は、高い脆性、高い硬度、高い繊維強度、高い靭性、低い層間せん断強度、異方性、低い熱伝導率、および繊維と樹脂の熱膨張係数の大きな違いを持っています。 切断温度が高いと、切断ゾーンの周囲の繊維と基板の界面に熱応力が発生しやすくなります。
温度が高すぎると、樹脂が溶けて刃先に付着し、加工と切りくずの除去が困難になります。


穿孔された複合材料の切削力は非常に不均一であり、層間剥離、バリ、亀裂などの欠陥を引き起こしやすく、加工品質を確保することは困難です。この材料は工具に対して非常に摩耗性が高く、工具の摩耗は非常に深刻です。 工具の摩耗は、さらに大きな切削力と発熱をもたらします。 時間内に熱を放散できない場合、PCB材料の低融点成分が溶融し、複合層と層の間で剥離します。したがって、PCB複合材料は非金属複合材料の処理が難しく、処理メカニズムは金属材料の処理メカニズムとはまったく異なります。

PCB材料を機械的に穿孔する場合、処理効率が高く、穴の位置が正確で、穴の品質も高くなります。 ただし、微細な穴を開けるときは、ドリルビットの直径が小さすぎるため、破損しやすくなります。 材料の層間剥離、穴の壁の損傷、バリ、汚れなどの欠陥も、掘削プロセス中に発生する可能性があります。

まず、掘削力

機械的穴あけ中に発生するさまざまな問題は、軸力と切削トルクに直接または間接的に関連しています。 軸方向の力とトルクに影響を与える主な要因は、送り速度、切断速度、繊維束の形状、および軸方向の力とトルクにも影響する事前に形成された穴の有無です。 軸方向の力とトルクは、送り速度と切削速度の増加とともに増加します。送り速度が増加すると、切断層の厚さが増加し、切断速度が増加すると、単位時間あたりの切断繊維の数が増加し、工具の摩耗量が急速に増加するため、軸方向の力とトルクが増加します。

軸力は、静的分力FSと動的分力FDに分けることができます。軸方向の力の分力は、刃先にさまざまな影響を及ぼし、軸方向の力の静的な分力FSは、チゼルエッジの切断に影響します。 動的分力FDは主に主切れ刃の切削に影響し、動的分力FDは静的分力FSよりも表面粗さに大きな影響を及ぼします。軸方向の力は送り速度とともに増加し、軸方向の力に対する切削速度の影響は明らかではありません。さらに、プレハブ穴の場合、開口部が0.4 mm未満の場合、静的成分力FSは開口部の増加とともに急激に減少し、動的成分FDは平坦化傾向で減少します。


複合マトリックスと強化繊維の処理特性が異なるため、マトリックス樹脂と繊維は機械的穴あけ中の軸方向の力に異なる影響を及ぼします。 Khashabaは、軸力とトルクに対するマトリックスと繊維のタイプの影響を研究しました。
繊維束の形状は軸力に大きな影響を及ぼし、マトリックス樹脂の種類は軸力にほとんど影響を与えないことがわかった。

第二に、ドリルビットの摩耗と破損

PCB複合マイクロドリル摩耗には、化学摩耗と摩擦摩耗が含まれます。 化学的摩耗は、マイクロドリル材料WC-Co超硬合金のCoバインダー上のPCB材料から放出される熱分解生成物の化学的攻撃によって引き起こされます。 約300°Cで、この侵食反応がより明確になりました。 150 mm / min未満の掘削速度では、化学的摩耗は摩耗の主な形態ではなくなり、摩擦と摩耗が摩耗の主な形態になります。 PCBマイクロドリルの摩耗は、切断速度、送り速度、ビット半径と繊維束幅の比にも関係しています。井上らの研究は次のことを示しています。ドリルの半径と繊維束(ガラス繊維)の幅の比率は工具寿命に大きな影響を与え、比率が大きいほどカッターの繊維束幅が大きくなり、工具の摩耗が大きくなります。実際の用途では、新しいドリルビットは研削用に最大2,500個の穴を開けます。
ドリルビットを初めて研削し、最大2000個の穴を開けて、再度研削します。
ドリルビットの2回目の研削、つまり最大1500穴の穴あけは、再度研削する必要があります。
3回目のドリルビットのドリルでは、最大1000個の穴が開けられ、ドリルビットは廃棄されました。


PCBの微細孔処理中、軸方向の力とトルクは、送り速度と穴あけ深さの増加とともに増加します。主な理由は、切りくず除去状態に関連しています。穴あけ深さが増すにつれて、切りくず排出が困難になります。この場合、切断温度が上昇し、樹脂材料が溶融し、ガラス繊維と銅箔片をしっかりと結合して、丈夫な切断体を形成します。この切断体は、PCBマトリックス材料と親和性があります。 このような切削体が生成されると、切りくずの排出が停止し、軸方向の力とトルクが急激に増加し、それによって微孔性ドリルビットが破損します。 PCBの微小穴ドリルビットの破壊形状には、座屈、ねじれ破壊、および座屈とねじれ破壊があり、一般に両方が共存します。破壊条件は、主に切りくず詰まりであり、これが穿孔トルクの増加を引き起こす重要な要因です。軸力と切削トルクを減らすことは、微小穴ドリルの破損を減らす鍵です。

第三に、の形で掘削損傷
1、レイヤー

GFRP(ガラス繊維強化)ラミネートの機械的穴あけ中にさまざまな損傷が発生する可能性があります。これらの中で最も深刻なのは層間剥離であり、これにより、細孔壁の周りの材料特性が急激に低下し、ドリルチップによって発揮される軸方向の力が剥離の主な原因です。レイヤー化は、掘削層間剥離と掘削剥離に分けることができます。ドリル層間剥離は、ドリルビットの刃先がラミネートプレートに接触しているときであり、周方向に周方向に作用する切削力は、ドリルビットの切削溝によって層から分離され、ラミネートプレートの表面に層状領域を形成します。 層間剥離の穴あけは、ドリルビットがラミネートの底に近づいたときです。未切断材料の厚さがますます薄くなるため、変形に抵抗する能力がさらに低下し、積層体間の接着力を超える荷重で層化が発生します。これは、ラミネートがドリルスルーされる前に発生しました。軸方向の力が層間剥離の主な原因であり、切断速度、基材、および繊維束の種類も層間剥離に影響します。エポキシ複合材料の穴あけおよび穴あけ剥離は、穴あけ速度の増加とともに減少し、層間剥離損傷の程度は穴あけよりも大きくなります。成層を減らすための主な手段は次のとおりです。
可変フィードテクノロジー、プリセットガイドホール、およびパディングが使用されます。 支持されていない掘削では、粘性ダンパーなどが使用されます。

2、穴壁の損傷
微細孔は複合PCBに開けられ、穴の周囲で発生するさまざまな形の損傷により、穴間の絶縁が低下し、穴の金属化後に穴の銅層が破損します。 切断方向と繊維方向の相対的な角度、穴の壁のガラス繊維束の厚さ、ガラスクロスのドリルポイントの位置などはすべて、穴の壁の損傷に異なる影響を及ぼします。ガラス繊維/エポキシ複合材料は、5000rpmの速度で直径1.0mmのドリルビットで穴を開けられた(90°ずらした8層、層当たり0.2mm)。テストでは、各穴の周囲の損傷の程度が異なり、繊維のしわの第1、第3、第5、第7、および第8層が大きく、最大突出部が30μmであることが示されています。繊維のしわの2、4、および6層は目立たず、最小は5μm未満です。横糸と縦糸の重なり領域では、繊維束の厚さが繊維角度45°で最大になり、穴壁の損傷幅が最大になります。中央領域では、最大損傷幅はファイバの角度に対して約90°の角度で発生します。


機械加工された穴の壁の表面粗さに対する工具の主な偏角の影響:主な偏角が30°の場合、細孔壁の表面粗さは最大で、最大50μmです。

3、汚れ
複合材料を機械的に掘削するとき、チゼルエッジと複合材料、リバースコーンと穴の壁の間の摩擦。 樹脂溶融物との摩擦によって発生する回転切削熱の多数有するドリルビット及びドリル孔の壁との間に小さなエッジチップに埋め込まれました。 銅箔と中間層の穴壁または複合材の穴に接着して、汚れを形成します。 マイクロドリルの適切な切断と研削は、汚れの発生を減らし、汚れ指数を減らすことができます。

4、バリ
複合材料に穴を開けるとき、応力の移動により、ドリルビットが穴の底に到達しないと、補強材料とドリルビットの前の基板に多くの亀裂が発生し、補強材料が基板から脱ガムされます。 引き出しの外観が表示され、補強材が根元から切り離されないようにします。根から切り取られていないこれらの補強材は、穴を開けるときに切りくずとともに除去することはできませんが、穴の端に向かって注がれます。 マトリックスは柔らかくなり、流れ、穴の縁に注がれた補強材に再凝縮してバリを形成します。出口バリのサイズは、主に掘削力と掘削温度の影響を受けます。超硬ドリルによるドリル、工具の形状と構造の変更、振動ドリル技術により、複合ドリルのバリを減らすことができます。

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