厚铜板钻孔的孔限计算方法及厚铜板钻孔的孔限数学模型的建立方法

摘要

本发明公开了一种厚铜板钻孔的孔限计算方法及厚铜板钻孔的孔限数学模型的建立方法，所述厚铜板钻孔的孔限计算方法包括以下步骤：查询厚铜板的铜箔叠层结构，获取各层铜箔的单层铜厚；计算厚铜板包含的所有半固化片的玻璃纤维布的总厚度∑玻纤厚度；计算厚铜板包含的所有半固化片的树脂的总厚度∑树脂厚度；计算厚铜板孔壁质量符合标准的情况下的钻刀磨损值Y；将上述获取的数值带入厚铜板钻孔的孔限数学模型中，计算得到孔限。所述厚铜板钻孔的孔限计算方法及厚铜板钻孔的孔限数学模型的建立方法，能够预测厚铜板优化的孔限，在保证孔壁质量的前提下提升生产效率，减少生产成本。

说明书

技术领域

本发明涉及PCB钻削加工领域，尤其涉及一种厚铜板钻孔的孔限计算方法及厚铜板钻孔的孔限数学模型的建立方法。

背景技术

PCB钻削是钻刀交替切削铜箔、玻璃纤维和树脂材料的过程。铜箔硬度较高，树脂具有脆性和分层性等特点，树脂在钻削过程中会因热量增大而发生软化产生粘性，与新生的玻纤切屑和铜箔切屑混合在一起粘附在横刃上。因此，PCB钻削过程会导致钻刀磨损。对于厚铜板(总铜厚＞20OZ或单层铜厚＞2OZ)来说，由于铜厚和板厚的增加，钻刀与板件摩擦在板件局部会产生大量热量，使得钻刀磨损会更严重。

钻刀磨损后，钻尖外侧两刃角崩损磨圆，对玻纤的切削转化为挤压，不能有效地切断孔壁玻纤，玻纤容易产生裂纹而断裂脱落，会导致孔壁粗糙度和晕圈增大。并且，钻刀磨损后会产生和累积更多的热量，导致基材的软化程度和范围增大，铜箔的形变范围增大，进而导致钉头增大。因此，钻刀磨损会导致孔壁质量恶化，厚铜板钻孔生产过程中更易出现晕圈、孔粗、钉头和孔金属化后微短等品质问题。

传统的，为了改善钻孔质量，通过调整钻孔参数如降低进刀速和转速，以及减少孔限(又称钻孔限数，钻刀寿命参数，表示钻刀的极限值钻孔次数)来进行改进。但是，进刀速和转速在一定范围内对孔壁质量的影响并不显著，而盲目减少钻孔限数在很大程度上会影响生产效率，增加生产成本。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种在保证钻孔质量的基础上，提升生产效率、减少生产成本的厚铜板钻孔的孔限计算方法及厚铜板钻孔的孔限数学模型的建立方法。

其技术方案如下：

一种厚铜板钻孔的孔限计算方法，包括以下步骤：

S1：查询厚铜板的铜箔叠层结构，获取各层铜箔的单层铜厚；

S2：计算厚铜板包含的所有半固化片的玻璃纤维布的总厚度∑玻纤厚度；

S3：计算厚铜板包含的所有半固化片的树脂的总厚度∑树脂厚度；

S4：计算厚铜板孔壁质量符合标准的情况下的钻刀磨损值Y；

S5：将上述获取的数值带入厚铜板钻孔的孔限数学模型中，计算得到孔限，所述厚铜板钻孔的孔限数学模型为：孔限＝钻刀磨损值Y/{∑[(k₁+k₂×单层铜厚)×单层铜厚×35]+k₃×∑玻纤厚度+k₄×∑树脂厚度}，k₁＝(0.95～1.05)×4.926×10^-9，k₂＝(0.95～1.05)×7.772×10^-9，k₃＝(0.95～1.05)×4.8319×10^-10，k₄＝(0.95～1.05)×2.3046×10^-10，其中，∑代表求和运算，单层铜厚的单位是OZ，玻纤厚度的单位是μm，树脂厚度的单位是μm。

在其中一个实施例中，所述步骤S4包括以下步骤：

S41：查询孔壁的孔粗极限值，根据孔粗极限值确定一个钻刀磨损值Y₁；

S42：查询孔壁的钉头极限值，根据钉头极限值确定一个钻刀磨损值Y₂；

S43：查询孔壁的晕圈极限值，根据晕圈极限值确定一个钻刀磨损值Y₃；

S44：比较Y₁、Y₂和Y₃，取三者中的最小值作为钻刀磨损值Y。

在其中一个实施例中，所述步骤S41的具体步骤为：

S411：进行实验分析并对实验数据进行拟合，得到孔粗与钻刀磨损值之间的线性函数关系式y₁＝k₁₁+K₂₂×Y，其中y₁表示孔粗值，k₁₁＝(0.95～1.05)×5.70975，k₂₂＝(0.95～1.05)×722.7711；

S412：将所述孔粗极限值带入所述线性函数关系式y₁中，计算得到所述钻刀磨损值Y₁。

在其中一个实施例中，k₁₁＝5.70975，k₂₂＝722.7711。

在其中一个实施例中，所述步骤S42的具体步骤为：

S421：进行实验分析并对实验数据进行拟合，得到钉头与钻刀磨损值之间的线性函数关系式y₂＝k₃₃+K₄₄×Y，其中y₂表示钉头值，k₃₃＝(0.95～1.05)×0.93045，k₄₄＝(0.95～1.05)×33.65609；

S422：将所述钉头极限值带入所述线性函数关系式y₂中，计算得到所述钻刀磨损值Y₂。

在其中一个实施例中，k₃₃＝0.93045，k₄₄＝33.65609。

在其中一个实施例中，所述步骤S43的具体步骤为：

S431：进行实验分析并对实验数据进行拟合，得到晕圈与钻刀磨损值之间的线性函数关系式y₃＝k₅₅+K₆₆×Y，其中y₃表示晕圈值，k₅₅＝(0.95～1.05)×41.01324，k₆₆＝(0.95～1.05)×2064.54；

S432：将所述晕圈极限值带入所述线性函数关系式y₃中，计算得到所述钻刀磨损值Y₃。

在其中一个实施例中，k₅₅＝41.01324，k₆₆＝2064.54。

在其中一个实施例中，k₁＝4.926×10^-9，k₂＝7.772×10^-9，k₃＝4.8319×10^-10，k₄＝2.3046×10^-10。

一种上述所述的厚铜板钻孔的孔限数学模型的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定厚铜板钻孔中影响钻刀磨损的因素，建立钻刀磨损值Y的数学模型，钻刀磨损值Y＝(厚铜板包含的铜箔对钻刀磨损的影响M₁+厚铜板包含的玻璃纤维布对钻刀磨损的影响M₂+厚铜板包含的树脂对钻刀磨损的影响M₃)×孔限；

获取M₁与单层铜厚之间的函数关系、M₂与玻纤厚度之间的函数关系，M₃与树脂厚度之间的函数关系；

获取厚铜板孔壁质量符合标准的情况下的钻刀磨损值Y；

建立与单层铜厚、玻纤厚度、树脂厚度有关的孔限数学模型。

本发明的有益效果在于：

所述厚铜板钻孔的孔限计算方法，通过建立厚铜板钻孔的孔限数学模型，表示了孔限与钻刀磨损值Y、单层铜厚、∑玻纤厚度、∑树脂厚度之间的关系，其中，单层铜厚、∑玻纤厚度、∑树脂厚度均是厚铜板已知的结构参数，最大的钻刀磨损值Y也可通过查询标准计算获取，实际应用时，通过查询对应类型的厚铜板的单层铜厚、∑玻纤厚度和∑树脂厚度，并计算确定厚铜板孔壁质量符合标准的情况下的钻刀磨损值Y，将上述数值带入所述厚铜板钻孔的孔限数学模型中，即可确定该类型的厚铜板钻孔的最优化的孔限。所述厚铜板钻孔的孔限计算方法，方法简单，能够快速、有效地预测出对应类型的厚铜板优化的孔限，对实际生产中的厚铜板钻孔提供指导意义，在保证孔壁质量的前提下提升生产效率，减少生产成本。

所述厚铜板钻孔的孔限数学模型的建立方法，通过确定厚铜板钻孔中影响钻刀磨损的因素M₁、M₂、M₃，可初步建立钻刀磨损值Y与孔限之间的关系，然后通过实验分析获取M₁与单层铜厚之间的函数关系、M₂与玻纤厚度之间的函数关系、M₃与树脂厚度之间的函数关系，再确定对应类型的厚铜板孔壁质量符合标准的情况下的钻刀磨损值Y，可建立孔限与单层铜厚、玻纤厚度以及树脂厚度之间的数学模型，即建立孔限与对应类型的厚铜板已知的结构参数之间的数学模型。采用该方法建立的厚铜板钻孔的孔限数学模型设计合理，仅与厚铜板已知的结构参数有关，通过查询厚铜板的结构即可求得孔限，预测的孔限准确，能够为厚铜板钻孔提供指导意义，在保证孔壁质量的前提下提升生产效率，减少生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例所述的厚铜板钻孔的孔限计算方法的流程示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明：

如图1所示，一种厚铜板钻孔的孔限计算方法，包括以下步骤：

S1：查询厚铜板的铜箔叠层结构，获取各层铜箔的单层铜厚；

S2：计算厚铜板包含的所有半固化片的玻璃纤维布的总厚度∑玻纤厚度；

S3：计算厚铜板包含的所有半固化片的树脂的总厚度∑树脂厚度；

S4：计算厚铜板孔壁质量符合标准的情况下的钻刀磨损值Y；

S5：将上述获取的数值带入厚铜板钻孔的孔限数学模型中，计算得到孔限，所述厚铜板钻孔的孔限数学模型为：孔限＝钻刀磨损值Y/{∑[(k₁+k₂×单层铜厚)×单层铜厚×35]+k₃×∑玻纤厚度+k₄×∑树脂厚度}，k₁＝(0.95～1.05)×4.926×10^-9，k₂＝(0.95～1.05)×7.772×10^-9，k₃＝(0.95～1.05)×4.8319×10^-10，k₄＝(0.95～1.05)×2.3046×10^-10，其中，∑代表求和运算，单层铜厚的单位是OZ，玻纤厚度的单位是μm，树脂厚度的单位是μm。其中，(0.95～1.05)是指可以在0.95～1.05范围内浮动变化，例如可以取为0.95、0.98、0.985、0.99、1、1.01、1.02、1.05等。本实施例中，k₁＝4.926×10^-9，k₂＝7.772×10^-9，k₃＝4.8319×10^-10，k₄＝2.3046×10^-10，所述厚铜板钻孔的孔限数学模型较为准确，求出的孔限较为精确。

所述厚铜板钻孔的孔限计算方法，通过建立厚铜板钻孔的孔限数学模型，表示了孔限与钻刀磨损值Y、单层铜厚、∑玻纤厚度、∑树脂厚度之间的关系，其中，单层铜厚、∑玻纤厚度、∑树脂厚度均是厚铜板已知的结构参数，最大的钻刀磨损值Y也可通过查询标准计算获取，实际应用时，通过查询对应类型的厚铜板的单层铜厚、∑玻纤厚度和∑树脂厚度，并计算确定厚铜板孔壁质量符合标准的情况下的钻刀磨损值Y，将上述数值带入所述厚铜板钻孔的孔限数学模型中，即可确定该类型的厚铜板钻孔的最优化的孔限。所述厚铜板钻孔的孔限计算方法，方法简单，能够快速、有效地预测出对应类型的厚铜板优化的孔限，对实际生产中的厚铜板钻孔提供指导意义，在保证孔壁质量的前提下提升生产效率，减少生产成本。

具体的，所述步骤S4包括以下步骤：

S41：查询孔壁的孔粗极限值，根据孔粗极限值确定一个钻刀磨损值Y₁；

所述步骤S41的具体步骤为：

S411：进行实验分析并对实验数据进行拟合，得到孔粗与钻刀磨损值之间的线性函数关系式y₁＝k₁₁+K₂₂×Y，其中y₁表示孔粗值，k₁₁＝(0.95～1.05)×5.70975，k₂₂＝(0.95～1.05)×722.7711。本实施例中，k₁₁＝5.70975，k₂₂＝722.7711，孔粗y₁与钻刀磨损值Y之间的函数关系最为准确。

S412：将所述孔粗极限值带入所述线性函数关系式y₁中，计算得到所述钻刀磨损值Y₁。

采用上述步骤S411、S412，可快速、方便、准确地确定出孔壁满足孔粗质量要求下的最大的钻刀磨损值Y₁。

S42：查询孔壁的钉头极限值，根据钉头极限值确定一个钻刀磨损值Y₂；

所述步骤S42的具体步骤为：

S421：进行实验分析并对实验数据进行拟合，得到钉头与钻刀磨损值之间的线性函数关系式y₂＝k₃₃+K₄₄×Y，其中y₂表示钉头值，k₃₃＝(0.95～1.05)×0.93045，k₄₄＝(0.95～1.05)×33.65609。本实施例中，k₃₃＝0.93045，k₄₄＝33.65609，钉头y₂与钻刀磨损值Y之间的函数关系最为准确。

S422：将所述钉头极限值带入所述线性函数关系式y₂中，计算得到所述钻刀磨损值Y₂。

采用上述步骤S421、S422，可快速、方便、准确地确定出孔壁满足钉头质量要求下的最大的钻刀磨损值Y₂。

S43：查询孔壁的晕圈极限值，根据晕圈极限值确定一个钻刀磨损值Y₃；

所述步骤S43的具体步骤为：

S431：进行实验分析并对实验数据进行拟合，得到晕圈与钻刀磨损值之间的线性函数关系式y₃＝k₅₅+K₆₆×Y，其中y₃表示晕圈值，k₅₅＝(0.95～1.05)×41.01324，k₆₆＝(0.95～1.05)×2064.54。本实施例中，k₅₅＝41.01324，k₆₆＝2064.54，晕圈y₃与钻刀磨损值Y之间的函数关系最为准确。

S432：将所述晕圈极限值带入所述线性函数关系式y₃中，计算得到所述钻刀磨损值Y₃。

采用上述步骤S431、S432，可快速、方便、准确地确定出孔壁满足晕圈质量要求下的最大的钻刀磨损值Y₃。

S44：比较Y₁、Y₂和Y₃，取三者中的最小值作为钻刀磨损值Y。

具体的，孔壁质量标准在IPC-Ⅱ级标准下进行查询，所述孔粗极限值为20μm，钉头极限值为1.5，晕圈极限值为120μm，符合要求，满足实际生产需求。通过步骤S41、S42和S43，可得到不同标准下限定的最大的钻刀磨损值Y₁、钻刀磨损值Y₂、钻刀磨损值Y₃，通过步骤S44，取三者中最小的钻刀磨损值作为钻刀磨损值Y，最后得到的钻刀磨损值Y即可使三种孔壁质量表征都满足要求，通过该钻刀磨损值Y计算得到的孔限也可保证孔壁质量符合要求。

采用本实施例的厚铜板钻孔的孔限计算方法，对某一类型的厚铜板的孔限进行预测，并根据该预测孔限进行钻孔，将预测孔限与生产规定孔限的钻孔质量效果进行对比，结果如下：

上述结果表明，使用本发明预测的孔限和生产规定的孔限进行钻孔，两者的孔壁质量相差不大，均符合IPC-Ⅱ级标准。实施例所述的厚铜板钻孔的孔限计算方法，能够根据对应类型的厚铜板的已知结构参数来有效预测该类型厚铜板钻孔时的优化孔限，具有实际意义，可以在保证孔壁质量的前提下，提升生产效率，减少生产成本。

一种上述所述的厚铜板钻孔的孔限数学模型的建立方法，包括以下步骤：

确定厚铜板钻孔中影响钻刀磨损的因素，建立钻刀磨损值Y的数学模型，钻刀磨损值Y＝(厚铜板包含的铜箔对钻刀磨损的影响M₁+厚铜板包含的玻璃纤维布对钻刀磨损的影响M₂+厚铜板包含的树脂对钻刀磨损的影响M₃)×孔限。具体的，厚铜板钻孔是指钻刀重复交替钻削铜箔、树脂、浸过树脂的玻璃纤维布三种不同材料的过程，因此钻刀磨损受到单孔行程和孔限的影响。而单孔行程的影响主要由厚铜板的设计如单层铜厚、玻纤厚度和树脂厚度等决定，即孔限、单层铜厚、玻纤厚度和树脂厚度是影响钻刀磨损的重要因素，因此，即可初步构建出上述钻刀磨损值Y的数学模型。

获取M₁与单层铜厚之间的函数关系、M₂与玻纤厚度之间的函数关系，M₃与树脂厚度之间的函数关系。具体的，可通过实验分析，并对实验数据进行比较拟合得到上述相应的函数关系，本实施例中，M₁＝∑[(k₁+k₂×单层铜厚)×单层铜厚×35]，其中，k₁＝(0.95～1.05)×4.926×10^-9，k₂＝(0.95～1.05)×7.772×10^-9，单层铜厚的单位是OZ。M₂＝k₃×∑玻纤厚度，其中，k₂＝(0.95～1.05)×7.772×10^-9，玻纤厚度的单位是μm。M₃＝k₄×∑树脂厚度，其中，k₄＝(0.95～1.05)×2.3046×10^-10，树脂厚度的单位是μm。

获取厚铜板孔壁质量符合标准的情况下的钻刀磨损值Y。具体的，可通过实验分析，得到钻刀磨损分别与孔壁粗糙度、钉头、晕圈之间的函数关系式，查询IPC-Ⅱ级标准，获取标准下的孔粗极限值、钉头极限值以及晕圈极限值，将获取的孔粗极限值、钉头极限值以及晕圈极限值分别带入对应的函数关系式中，对应得到钻刀磨损值Y₁、钻刀磨损值Y₂和钻刀磨损值Y₃，然后比较Y₁、Y₂和Y₃，取三者中的最小值作为钻刀磨损值Y。

建立与单层铜厚、玻纤厚度、树脂厚度有关的孔限数学模型。

所述厚铜板钻孔的孔限数学模型的建立方法，通过确定厚铜板钻孔中影响钻刀磨损的因素M₁、M₂、M₃，可初步建立钻刀磨损值Y与孔限之间的关系，然后通过实验分析获取M₁与单层铜厚之间的函数关系、M₂与玻纤厚度之间的函数关系、M₃与树脂厚度之间的函数关系，再确定对应类型的厚铜板孔壁质量符合标准的情况下的钻刀磨损值Y，可建立孔限与单层铜厚、玻纤厚度以及树脂厚度之间的数学模型，即建立孔限与对应类型的厚铜板已知的结构参数之间的数学模型。采用该方法建立的厚铜板钻孔的孔限数学模型设计合理，仅与厚铜板已知的结构参数有关，通过查询厚铜板的结构即可求得孔限，预测的孔限准确，能够为厚铜板钻孔提供指导意义，在保证孔壁质量的前提下提升生产效率，减少生产成本。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。