在印制电路板(PCB)行业中，直径≤3.175mm的钻头通常称为微型钻头，简称微钻。这类微钻通常采用硬质合金制造，目前常规的PCB钻头有两个对称的切削刃，两条对称的螺旋槽，按钻头前端形状分为ST和UC型(见图1)。
图1 微钻前端形状
钻头的长度和直径比越大，其弯曲倾向越大。减小长径比可减小挠曲力，避免钻头折断和孔径误差加大。通常孔深超过3倍直径即为“深孔”，而微钻的孔深一般都要超过这个限度，较深的孔要求钻头有较大的长径比。目前理论上能生产最小直径为0.05mm的PCB微钻，常规的双刃钻头两螺旋槽形式削弱了钻头刚性，钻径小时易断钻，因而近年来出现了单槽、单刃、子母刃、多刃等多种微钻结构形式。
1微钻结构及特点
(1)单槽钻的特点
常规双刃微钻主要由两条对称的主切削刃、两条横刃、一个钻尖、两个主后刀面、两个副后刀面和两条排屑槽构成。微钻的螺旋角、芯径比、钻尖角、第一后角和第二后角是微钻在实际生产制造中极为关键的控制参数。主切削刃的长度、韧带宽度所影响的槽型及转折点受磨槽砂轮形状的制约，磨槽砂轮的形状需要在显微镜放大后通过显影对比其合理性(见图4)。
单槽钻与常规双刃微钻的最大区别是长短槽相汇并最终只有一条排屑槽。两条槽交汇成一条槽的基本思路是通过改变其中一条槽的螺旋角和长度来实现两条槽的平滑交汇(见图5)。
在确保单槽钻排屑槽宽度不变小的情况下，可使排屑槽排布密度增大、钻身幅宽减小，即增加整体槽宽而减小幅宽，增大钻头沟副比，提高钻头的容屑能力，进而提高其排屑能力，改善钻头的孔粗糙度性能，降低断钻几率。
图2 PCB微钻生产工艺流程
图3 PCB微钻整体结构形式
图4 磨槽砂轮参数
图5 两槽汇交
(2)单刃钻的特点
单刃钻是近年来应用最多的一种微钻，图6所示为斧型单刃钻，其特点如下：
①形状结构特点
斧型单刃钻的钻芯厚且结实，刚性加强，孔位好。横刃较短，轴向力小，下钻定心好，孔位好，不易断钻。第一后刀面较宽，耐磨性好，寿命长。折线刃起断屑作用，不易缠丝。PCB钻头一般需多次返磨，常规带Gas的钻头经一次返磨后横刃会增长(Gas消失)。而斧型单刃钻可多次返磨，横刃长短可保持返磨前后一致。
②三角形稳定结构
普通钻头属于二点支撑，而新型斧型钻属于三角形(三点)支撑，其侧面支撑一宽一窄。三角形支撑比较稳定，能减少摩擦，提高孔位置精度。截面斧头型结构主切削刃一侧结实，刚性好，钻头抗扭矩能力强，不易断刀。
③子母槽结构
主槽、副槽、子槽等多槽交汇结构。侧面多槽合一，排屑好，刚性好，孔位好，不易断刀。
另一种单刃单槽微钻定义为USESF(见图7)。图中两种钻尖形状的区别在于铲背(也称磨背)形式和铲背半径形式的不同。图7a中只有一条铲背且铲背半径前后大小一致；图7b中有两条铲背且铲背半径前大后小。USESF的特点是只有一条主切削刃、一条横刃、多个后刀面(3个以上)、一条长容屑槽，所有后刀面都交于钻尖。芯厚可以做得比较厚，提高孔位精度。相比两个横刃的常规钻头，钻削过程中可以减少轴向力，减少断钻率。同时排屑槽可以做得比较宽，避免排屑槽与孔壁间发生切屑堆积，减少切屑与孔壁间的相互刮擦，改善孔壁表面粗糙度。
图6 斧型单刃钻
设置三个以上的后刀面，可以提高单刃钻的刚性强度；而通过设置这三个以上的后刀面与加工平面之间的夹角，使得从第一后刀面开始各后刀面沿钻头旋转方向逐渐降低，避免了各后刀面对切削刃的干涉，降低了摩擦及损耗的可能。一条或两条铲背，铲背深度可前后一致或前大后小。如果是两条铲背，倒数第二个后刀面还可形成一副切削刃，可以在主切削刃磨损的情况下进行一定程度的切削。
(a) (b)
图7 新型USESF的钻尖形状
(3)子母刃钻与多刃钻的特点
子母刃钻的钻尖形状如图8所示，包括一条主切削刃(母刃)、一条副切削刃(子刃)、一条主横刃、两个第一后刀面和两个第二后刀面。由一个第三后刀面切其中的两个后刀面形成一副横刃，加工时副横刃的位置要明显低于主横刃的位置，减少轴向力，后刀面逐渐降低，避免钻削过程中的干涉。主切削刃与副切削刃加工时在同一高度，排屑槽一长一短。
图8 子母刃钻的钻尖形状
如图9所示，多刃钻主要有三刃、四刃形式。三刃微钻包括三条主切削刃、三个支撑点、三条横刃、三条副切削刃、三个第一后刀面以及三个第二后刀面。在钻身上设有变芯厚的螺旋上升的三条容屑槽，容屑槽可以是变螺旋角的。这种新型钻头刚性好，排屑能力强，与孔壁摩擦小，孔位精度高，寿命长。
图9 多刃钻的钻尖形状
微型四刃钻头的底端形成钻端部，钻端部的中心形成钻尖；钻杆的外周形成四条分别沿钻杆轴向盘旋布置的容屑槽，四条容屑槽依序相间隔布置；在钻端部的侧边形成四个主切削刃，四个主切削刃依序环绕钻尖布置；钻端部上形成四个横刃，四个横刃依序环绕钻尖布置，且相交于钻尖。在钻端部的侧边形成四个主切削刃，钻头在钻孔时，在钻端部形成四个支撑点，增加钻头的平衡性，减少主切削刃的磨损；四条容屑槽可以增加排屑空间，且横刃的长度足够，可以增加芯厚，从而大大提高钻头的刚性，因此，在钻头钻孔过程中，可大大减少断钻现象的出现概率。
2微钻适用系列及钻尖的三维建模
不同类型特点的微钻都有最佳的直径应用系列(见表1)，直径越小越适合做成单刃钻。图10为常规双刃微钻的钻尖三维建模流程图。常规双刃微钻的三维图形见图11。单槽、单刃、子母刃、多刃等微钻主要表现在钻尖形状不同，因此砂轮轮廓形状也不同。
表1 适用直径系列(mm)
图10 钻尖的建模流程
图11 钻尖模型
小结
本文介绍了PCB微钻的生产工艺流程，并对近年来出现的新型PCB微钻如单槽、单刃、子母刃、多刃等微钻的特点及建模流程进行了阐述。分析表明，新型微钻的刚性好，排屑能力强，与孔壁摩擦小，孔位精度高，寿命长，降低了断钻的几率，钻削性能大幅提升，满足了客户对PCB钻头的产品性能和品质的要求。
原载《工具技术》 作者：侯文峰 返回搜狐，查看更多
