半金属化孔的合理设计与加工方法
半金属化槽孔成型加工技术
Contour Routing Technology of Half PTH半金属化槽/孔的成型加工技术探讨深南电路有限公司梁飞孙俊杰518053摘要：半面金属化槽/孔在成型加工过程中的毛刺和铜皮翻起问题是PCB机械加工中的一个难点，传统的改良方法，即更改走刀方向、下刀点以及定位方式很难完全消除这些问题，继而在后续焊接过程中出现虚焊、桥接短路等问题。
本文在对比总结灌锡铣、正反钻、正反铣工艺的同时，提出了机械加工和化学加工相结合的最优解决方案——带锡铣。
关键词：半金属化槽/孔带锡铣Abstract: It is difficult to avoid copper burr in routing the PCB with HALF PTH.The technical requirements can not be meet only by improving the path direction, starting point and locate mode. While the copper burr remaining on the hole/slot wall would induce welding failure or short circuit. The following article summarizes some traditional technical methods such as filling stannum, double side drilling and double side routing to resolve this problem, meanwhile, an optimum solution is offered.Keywords: half PTH hole/slot routing with stannum一、前言背景所谓半金属化槽/孔，多指在PCB外形线上只留有半个金属化槽/孔的设计，而另一半要在成型加工时将其铣掉。
PCB板焊盘与通孔的设计规范标准
PCB设计工艺规范1概述与范围本规范规定了印制板设计应遵循的基本工艺规范，适合于公司的印制电路板设计。
2 .性能等级(Class)在有关的IPC标准中建立了三个通用的产品等级(class)，以反映PCB在复杂程度、功能性能和测试/检验方面的要求。
设计要求决定等级。
在设计时应根据产品等级要求进行设计和选择材料。
第一等级通用电子产品包括消费产品、某些计算机和计算机外围设备、以及适合于那些可靠性要求不高，外观不重要的电子产品。
第二等级专用服务电子产品包括那些要求高性能和长寿命的通信设备、复杂的商业机器、仪器和军用设备，并且对这些设备希望不间断服务，但允许偶尔的故障。
第三等级高可靠性电子产品包括那些关键的商业与军事产品设备。
设备要求高可靠性，因故障停机是不允许的。
2.1组装形式PCB的工艺设计首先应该确定的就是组装形式，即SMD与THC在PCB正反两面上的布局，不同的组装形式对应不同的工艺流程。
设计者设计印制板应考虑是否能最大限度的减少流程问题，这样不但可以降低生产成本，而且能提高产品质量。
因此，必须慎重考虑。
针对公司实际情况，应该优选表1所列形式之一。
表1 PCB组装形式3. PCB材料3. 1 PCB基材：PCB基材的选用主要根据其性能要求选用，推荐选用FR— 4环氧树脂玻璃纤维基板。
选择时应考虑材料的玻璃转化温度、热膨胀系数（CTE、热传导性、介电常数、表面电阻率、吸湿性等因素。
3. 2印制板厚度范围为0.5m叶6.4mm常用0.5mm,0.8mm,1mm,1.6mm,2.4mm,3.2m ft种。
3. 3铜箔厚度：厚度种类有18u,35u,50u,70u。
通常用18u、35u。
3. 4 最大面积：X*Y=460mm350mm 最小面积：X*Y=50mm50mm3. 5在印刷板的上下两表面印刷上所需要的标志图案和文字代号等，例如元件标号和标称值、元件外廓形状和厂家标志、生产日期等等。
丝印字符要有 1.5~2.0mm的高度。
独领风骚的金属加工工艺以及金属成型工艺大盘点
独领风骚的金属加工工艺以及金属成型工艺大盘点金属加工工艺一、金属注射成型（MIM）1.简介金属注射成型（Metal Injection Molding，MIM）是一种适于生产小型、三维复杂形状以及具有特殊性能要求制品的近净成形工艺。
该技术是将现代塑料注射成形技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成形技术。
2.工艺流程将各种微细金属粉末（一般小于20μm）按一定的比例与预设粘结剂，制成具有流变特性的喂料，通过注射机注入模具型腔成型出零件毛坯，毛坯件经过脱除粘结剂和高温烧结后，即可得到各种金属零部件。
MIM流程结合了注塑成型设计的灵活性和精密金属的高强度和整体性，来实现极度复杂几何部件的低成本解决方案。
（MIM工艺流程示意图）3.适用材料及典型结合剂（MIM适用材料）（MIM典型结合剂）4.金属注射成形（MIM）应用范围MIM具有常规粉末冶金、机加工和精密铸造方法无法比拟的优势，最突出优点为：● 适合各种粉末材料的成形，产品应用十分广泛；● 能直接成形几何形状复杂的小型零件（0.03g～200g）；● 零件尺寸精度高（±0.1%～±0.5%），表面光洁度好（粗糙度1～5μm）；● 产品相对密度高（95～100%），组织均匀，性能优异；● 原材料利用率高，生产自动化程度高，适合连续大批量生产。
因此在轻武器、手表、电子仪器、牙齿矫正支架、汽车发动机零件、电子密封、切削工具及运动器材中得到大量应用。
二、纳米注塑成型技术（NMT)1.简介金属与塑料以纳米技术结合的工艺称为纳米注塑成型技术（NMT)。
先对金属表面进行纳米化处理，再将塑料注射在在金属表面，可将镁、不锈钢、钛等金属与硬质树脂结合，实现一体化成型。
2.NMT工艺流程3.适用材料(铝材和铝材的结合)金属基材：铝及其合金：1000-7000系列(5052、6061、6063、7072、7075)铜及其合金：CAC16、C110、C5191、C1020、KFC5、KLF194 镁及其合金：AZ-31B、AZ-91D钛及其合金：KSTI、KS40不锈钢：SUS-304、SUS-316、316L及其他铁系列合金(MIM304L)(结合样件形式)塑料基材：PPS：宝理PPS5120(白)/PPS 1135(黑)/ PPS F458A(黑)东漕BGX120(黑)/BGX140(黑)/BGX545(黑)PBTPA(Nylon尼龙)：黑色（包括PA6、PA66）PPA：多种颜色4.应用范围NMT产品可拓展到很广阔的领域，包括各类3C电子产品外壳及汽车零部件等。
金属工艺中孔的加工方法主要有哪些？怎么选用？急!
金属工艺中孔的加工方法主要有哪些？怎么选用？急！金属工艺中孔的加工方法主要有:钻孔-一般用在实体有一定厚度的零件镗孔-一般用于较大的箱体类零件，冲孔-一般用于钢板件类零件铰孔-用于有配合的孔钻后铰成。
激光打孔-一般用于要求不高板材厚度不大的工件，效率很高。
气割割孔-用于非常粗造的孔。
常见的金属材料金属材料成型方法金属工艺学是一门研究有关制造金属机件的工艺方法的综合性技术学科。
它主要研究：各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互联系；金属机件的加工工艺过程和结构工艺性；常用金属材料性能对加工工艺的影响；工艺方法的综合比较等。
研究在机械制造中金属材料（或坯料、半成品等）的冶炼、铸造、锻压、焊接、金属热处理、切削加工、机械装配等的工艺过程和方法的一门学科。
另有相关书籍。
金属零件的制造工艺流程及注意事项都有哪些？1、金属凝固成型习惯上称为铸造。
铸造是将熔融金属浇注、压射或吸入铸型腔中，待其凝固后而获得一定形状和性能的铸件的工艺方法。
2、金属塑性成形是利用金属材料所具有的塑性变形能力，在外力的作用下使金属材料产生预期的塑性变形来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。
其工艺常可分为自由锻、模锻、板料冲压、挤压、压制等其性能在工程上常用金属的锻造性表示。
锻造性的好坏，常用金属的塑性和变形抗力两个指标来衡量。
塑性高，变形抗力地，则锻造性好;反之，则锻造性差。
3、金属焊接成形工艺。
焊接是通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使金属材料达到原子结合的一种成形方法。
通常分类是熔焊、压焊、钎焊。
金属焊接工艺~在零件制造过程中，从零件的设计图纸到零件交付，不仅要考虑到数程编程，还要考虑到诸如零件工艺路线的安排、机床的选择、切削刀具的选择、定位装夹等一系列因素的影响，在开始编程前，必须要对零件设计图纸和技术要求进行详细的数控工艺分析，这样才能避免由于工艺方案考虑不周而可能出现的质量问题，造成无谓的人力、物力等资源的浪费。
第6讲工艺路线的拟定ppt课件
方案②镗削加工适合加工大孔，用于加工毛坯本 身有铸出或锻出的孔，但其直径不宜太小，否则 因镗杆太细容易发生变形而影响加工精度，箱体 零件的孔加工常用这种方案。
方案③精加工采用磨削加工，适用于需淬火的 工件。
方案④精加工用拉削加工，适用于成批或大量 生产的中小型零件，其材料为未淬火钢、铸铁及 有色金属。
1.6‾0.1
12.5 3.2‾1.6 1.6‾0.8
适用范围
加工未淬火钢及铸铁的实心 毛坯，也适于有色金属加工。 孔径小于15‾20mm
加工未淬火钢及铸铁的实心 毛坯，也适于有色金属加工。 孔径大于15‾20mm
大批大量生产（精度由拉刀 的精度而定）
除淬火钢以外的各种材料， 毛坯已有底孔
0.8‾0.4
②可减少机床数和工人数，生产调度容易。 ③对工人技术水平要求高。
单件小批生产一般采用工序集中，模具制造采 用的就是工序集中的原则。
工序分散的特点： ①机床设备及工装比较简单，调整方便，工人容易 掌握； ②可以采用最合理的切削用量，减少机动时间； ③设备数量多，操作工人多，生产面积大。
大批大量生产较多采用工序分散。
影响加工余量的因素如下： 1、被加工表面上由前道工序产生的粗糙度和表面 缺陷层深度； 2、被加工表面上由前道工序产生的尺寸误差和几 何形状误差； 3、前道工序引起的被加工表面的位置误差； 4、本道工序的装夹误差及工人技术水平。 确定加工余量时除考虑这些因素外，还应考虑生 产批量及零件的复杂程度等条件。
1.7.3 工序的划分
工序划分时可以采用工序集中或工序分散的 原则。如果在每道工序中安排的加工内容多，则 用较少的工序就能完成零件加工，工序少称为工 序集中；反之，工序多则称为工序分散。
工序集中的特点是： ①可以减少装夹次数和辅助时间，减少工件在
设计材料与加工工艺
设计材料与加工工艺材料与设计材料贯穿于人类进化的过程, 是人类文明和时代进步的标志,是社会科学技术发展水平的标志。
产品造型设计的过程事实上是对材料的理解和结识的过程, 是应用的过程。
列举古希腊的石椅, 我国明代的椅子, 及国外椅子的发展创新历程, 说明设计造型的变化与发展和材料的应用与发展是相辅相成、互相影响、互相促进、互相制约的 材料的分类设计材料按材料结构可以分为以下几种:【金属、高分子材料、木材、无机非金属材料、复合材料】设计材料金属材料高分子材料无机非金属材料复合材料黑色金属 有色金属纤维：天然纤维、合成纤维橡胶：通用橡胶、特种橡胶塑料：通用塑料、工程塑料、特种塑料水泥 玻璃耐火材料 陶瓷：传统陶瓷、特种陶瓷 树脂基金属基 陶瓷基力学性能（机械性能） 高低温性能: 抗蠕变, 抗脆化物理性能:化学性能: 抗腐蚀工艺性能:一. 金属的分类:通常将金属分为黑色金属和有色金属, 黑色金属 通常指铁, 锰、铬及它们的合金(重要指钢铁)。
有色金属通常是指除黑色金属以外的其他金属。
材料的性能黑色金属有色金属二. 金属的分类与特性1.黑色金属的分类及特性种类特性用途铁是一种光亮的银白色金属。
密度7.86克/厘米3。
熔点1535℃, 沸点2750℃。
常见化合价+2和+3, 有好的延展性和导热性。
也能导电。
纯铁既能磁化, 又可去磁, 且均很迅速。
化学性质比较活泼, 是一种良好的还原剂。
工业部门铬（铬钢）银白色金属, 质硬而脆。
密度7.20克/厘米3。
熔点1857±20℃, 沸点不锈钢, 汽车零件, 工具, 磁带和录像带2.有色金属的分类三. 钢铁的牌号1.碳钢的牌号表达方法2.普通碳素钢结构钢的牌号和用途3.合金钢:在优质碳素结构钢的基础上, 适当加入合金元素制成, 以调节钢材性能。
按所含元素不同可分为：锰钢、铬钢、铬镍钢、铬钼钒钢等24个钢组, 共77个常用普通低合金结构钢的牌号说明: 牌号: 20MnV（含碳0.17%--0.24%、含锰1.30%--1.60%、含钒0.07%--0.12% ）。
1孔型设计的基本知识汇总
1 孔型设计的基本知识1.1 孔型设计的内容与要求1.1.1 孔型设计的内容型钢品种规格达几千种，其中绝大部分都是用辊轧法生产的。
将钢锭或钢坯在带槽轧辊上经过若干道次变形，以获得所需要的断面形状、尺寸和性能的产品而为此所进行的设计计算工作称为孔型设计。
完整的孔型设计一般包括以下三个内容：1)断面孔型设计根据已定坯料和成品的断面形状、尺寸大小和性能要求，确定轧件连续的变形过程，所需道次和各道次变形量以及为完成此变形过程所采用的各道次的孔型形状和各部分尺寸。
2)轧辊孔型设计根据断面孔型设计的结果，确定孔型在每个机架上的配置方式、型在机架上的分布及其在轧辊上的位置和状态，以保证正常轧制，轧辊有较高的强度，使轧制节奏最短，从面获得较高的轧机产量和良好的成品质量。
3)轧辊导卫装置及辅助工具设计根据轧机特性和产品断面形状特点设计出相应的导卫装置。
导卫或诱导装置应保证轧件能按照要求进出孔型，或使轧件出槽后发生一定变形，或使轧件得以矫正或翻转一定角度等。
其它工具如检查样板等有时也由孔型设计者完成。
1.1.2 孔型设计的要求孔型设计合理与否将对轧钢生产带来重要影响，它直接影响到成品质量、轧机生产能力、产品成本和劳动条件等。
因此，一套完善、正确的孔型设计应该力争做到：1)成品质量好包括产品断面几何形状正确、尺寸公差合格、表面光洁无缺陷(如没有耳子、折迭、裂纹、麻点等)、机械性能良好等。
2)轧机产量高应使轧机具有最短的轧制节奏和较高的轧机作业率。
3)生产成本低应做到金属消耗、轧辊及工具消耗、轧制能耗最少，并使轧机其它各项技术经济指标有较高的水平。
4)轧机操作简便应考虑轧制过程易于实现机械化和自动化，使轧件在孔型中变形稳定，便于调整，改善劳动条件，减轻体力劳动等。
5)适合车间条件使设计出来的孔型符合该车间的工艺与设备条件，使孔型具有实际的可用性。
为要达到上述要求，孔型设计工作者除要很好池掌握金属在孔型内的变形规律外，还应深入生产实际，与工人结合，与实践结合，比较充分地了解和掌握车间的工艺和设备条件以及它们的特性，只有这样才能做出正确、合理和可行的孔型设计来。
金属工艺学课后习题答案
P（2）一般情况下，车削的切削过程为什么刨削、铣削等平稳？对加工有何影响？答：1.除了车削断续表面外，一般情况下车削过程是连续进行的，不像铣削和刨削，在一次走刀过程中刀齿有多次切入和切出，产生冲击；2.当车几何形状、背吃刀量和进给量一定时，切削层公称横街表面积是不变的；因此车削时切削力基本上不发生变化；3.车削的主运动为工件回转，避免了惯性力和冲击的影响；所以车削过程比铣削和刨削平稳。
连续切削效率高，表面粗糙度等级高，加工精度也高；断续切削效率低，表面粗糙度等级低，加工精度也低。
（14）铣削为什么比其他加工容易产生振动？答：铣刀的刀齿切入和切出时产生冲击，并将引起同时工作刀齿数的增减，在切削过程中每个刀齿的切削层厚度hi随刀齿位置的不同而变化，引起切削层截面积变化，因此在铣削过程中铣削力是变化的，切削过程不平稳容易产生振动。
（19)磨削为什么能达到较高的精度和较小的表面粗糙度值？答：1.磨粒上较锋利的切削刃，能够切下一层很薄的金属，切削厚度可以小刀微米；2.磨削所用的磨床，比一般切削加工精度高，刚度及稳定性较好，并且具有微量进给机构，可以进行微量切削；3.磨削时切削速度很高，当磨粒以很高的切削速度从工件表面切过时，同时有很多切削刃进行切削，每个磨刃仅从工件上切下极少量的金属，残留面积高度很小，有利于形成光洁表面。
(2）试决定下列零件外圆卖面的加工方案：1.紫铜小轴，φ20h7，Ra值为0.8um；粗车→半精车→精车2.45钢轴，φ50h6,Ra值为0.2um，表面淬火49-50HRC。
粗车→半精车→淬火→低温回火→粗磨→精磨（3）下列零件上的孔，用何种方法加工比较合理？1.单件小批生产中，铸铁齿轮上的孔，φ20H7，Ra值为1.6um；钻→粗镗→半精镗2.大批大量生产中，铸铁齿轮上的孔，φ50H7，Ra值为0.8um；钻→扩→拉3.高速三面刃铣刀的孔，φ27H6，Ra值为0.2um；钻→粗镗→粗磨→半精磨4.变速箱体上传动轴的轴承孔，φ62J7，Ra值为0.8um。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
摘要：半金属化孔成型后的孔壁铜皮翘起、披锋残留问题一直是PCB板件机械加工中的一个难题。
残留在半金属化孔内的铜丝和披锋在下游的SMT厂家的焊接过程中，容易出现焊点不牢、虚焊、桥接短路等问题。
因此半金属化孔的铜皮翘起和披锋一般不为大多SMT厂家的IQC所接受。
本文介绍了从CAM／CAD设计上以及加工技巧上有效的控制、减小半金属化孔的铜皮翘起和披锋的几种方法，同时评估各种加工方法对成本控制和制作周期的影响。
前言
如何控制半金属化孔成型后的孔壁铜皮翘起、披锋残留的产生一直是PCB板件机械加工中的一个难题。
这是因为一般的PCB成型的机械加工方式无外乎数控锣床锣板、机械冲床冲切等方式，这些方式在切断PTH孔铜的时候，无可避免的会导致余下部分PTH孔的断面上残留下铜丝披锋，严重的甚至有孔壁铜皮翘起现象。
如下图所示。
象上图这样单元边整排有半金属化孔的PCB，个体都比较小，多用于载板上，作为一个母板的子板，通过这些半金属化孔与母板以及元器件的引脚焊接到一起。
所以如果这些半金属化孔内残留有铜丝披锋，在SMT厂家进行焊接的时候，将导致焊脚不牢、虚焊；严重的造成两引脚之间的桥接短路。
多数SMT厂家不易接受此类P CB缺陷，而据笔者所知，现在多数PCB厂家是以人工修理作为应对方案。
机械加工原理：下面我们从机械加工的原理来分析披锋的成因。
由于机械冲床冲切方式几乎不大可能应用到半金属化孔的外形加工上，在此只针对数控锣床锣外形的原理进行分析介绍。
我们知道，一般的数控锣床的SPINDLE的旋转方向都是顺时针的，习惯上称为右旋刀。
如下图(一)，假定一个金属化孔在PCB单元外形上，A、B 两点是它们的交点，锣板方向如图所示。
那么当右旋的锣刀在锣到B点的时候，B点受到一个向右的剪切力F。
理想状况下剪切力F将B处切断。
但是附着在孔壁上的铜是具有延展性和韧性的，锣刀在切到孔壁以铜为主的金属化层的时候，会由于以下原因产生披锋残留：
1.锣刀由于转速不够和磨损的原因，造成锣刀的切割力不足；
2.孔铜与孔壁结合力不足，在F的作用下，断口附近孔铜脱离；
3.孔铜的延展性，特别是热风整平或沉金等表面处理后，又增加了金属层的厚度和延展性及韧性，造成切割不断；
大多数情况下，披锋只在B点而不会在A点产生。
这是因为锣刀在切割到A点的断面的时候，先切割到A点的孔壁金属化层。
A 点金属化层同B点的孔壁金属化层一样，会由于金属的延展性发生形变，但A点断面背靠着基材层，有效地防止了金属层的延伸以及金属层与孔壁的脱离。
只要锣刀没有严重磨损，切割力足够，A点锣后的断面会很平滑，没有披锋产生。
从原理分析中，我们很容易想到只要我们先将板件反转过来，还是用原来的锣板方向，先把B 点处的铜丝锣断，再按正常情况锣板，就能防止披锋的产生。
不过此种方法只适用于单个金属化孔在外形线上，而且孔径比较大的情况。
现时常规最小直径的锣刀是中0．80mm，如果我们面对的是一整排的类似邮票孔的半金属化孔，并且孔间距比较小、孔径也比较小的时候，我们应该怎么做呢?如下图(二)所示。
设计和加工方法
一、二次钻法
设计方法：
如图(三)所示，按锣板方向在半金属化孔的B点处在PTH后加钻一个适当的NPTH孔，预先切断B点断面。
这里要注意几个细节。
1. NPTH孔的孔径的选择：
2. 一般数控钻机的S P I NDL E的旋转方向也是顺时针的，将PCB板件翻转过来钻孔；并且应选用槽形钻嘴钻孔。
所以要切断B点的孔铜，必须考虑到PCB板件的涨缩变化和二次钻以及锣机的对位精度，NP TH孔应该在钻带中设计为削入板件内2-4mil ；
3. 如果按下面的碱性蚀刻流程，需要把半金属化孔的焊盘单元外的部分削入外形线2-4mil如果采用下面的酸性蚀刻流程，则单元外的焊盘要保留单边比孔大5mil以上。
生产流程：
l. 碱性蚀刻流程：板件→一次钻孔→PTH→外层图形转移→图形电镀→退膜→碱性蚀刻→二次钻孔→退锡→感光阻焊→表面处理→字符印刷→锣外形
2. 酸性蚀刻流程：板件→一次钻孔→PTH直接加厚孔铜→外层图形转移→酸性蚀刻→二次钻孔→感光阻焊→表面处理加工效果：下面是我们采用上述两种流程批量生产某板件后采集的数据。
每个流程的量产数量是350个PANAL，4200个出货拼板单元，1680 0个PCS。
二次钻孔时采用两块／叠生产，按出货单元计量比例。
(如果按PCS计量，比例更低。
)改善效果十分明显。
优劣分析：从制作成本的角度来看，增加的二次钻孔流程延长了生产的制作周期，钻孔成本也成倍增加。
这是因为要保证加钻孔有效的切断孔铜，需要使用特殊槽形钻嘴并且钻孔参数需要调整，钻孔叠数也不可能多。
同时二次钻法对后面工序的影响也不可忽视。
首先二次钻后在半PTH孔内将残留部分板粉，必须采用高压水洗的方法予以清除，以免对绿油和表面处理带来不利的影响。
同时对绿油工序而言，在加钻孔位置必须要加单边比孔大2mil左右的绿油开窗，防止绿油残留在半金属化孔里。
采用碱蚀二次钻法注意尽量避免对板件锡面的擦花。
使用之前钻机机台要清洁干净。
碱蚀二次钻法的外层线路菲林削焊盘之后也存在着在图形电镀时孔内上锡不良的潜在缺点。
不过相对于人工修理给交期带来的巨大影响和工时成本增加，二次钻法在大批量生产时不失为一个可行方法。