第八届征文比赛微型鑚针芯厚量测自动化设备开发.pdf

圖形化系統設計應用競賽 第八屆徵文比賽- 微 型 鑚針芯厚 量測 自動 化設 備開 發 作者 ：莊水發、洪德一 職稱 ：博士研究生 、碩士研究生 單位 ：國立台灣科技大學 機械工程系 一、此研究所使用之NI 產品  NI LabVIEW8.5.1  NI DAQmx  NI Motion Assistant8.5  NI PCI-7344 四軸步進/伺服運動控制介面卡  NI UMI-7764 接線盒  NI PCI-6221資料擷取卡 二、研究 /應用領域/產業  應用領域 ：量測  產業別 ：其他 （PCB 產業） 三、欲研究之問題及目的 電子產品未來的發展趨勢將走向輕薄短小 、多功能、高頻 、高速化 ，因此在印 刷電路板 （Printed Circuit Board ，簡稱 PCB 板）的設計上也勢必會朝向線寬線距的 縮小 、線路的高密度化 、小孔徑及多層數的方向發展。印刷電路板在連接兩層板製 程中 ，鑽孔是其中ㄧ段製程 ，緊接著導電層才會沉積在孔的周圍 。然而目前的趨勢 是朝向高密度佈線 ，因此會需要微型鑽孔技術 。微型鑽孔這個名詞是指鑽孔直徑微 小到0.1mm 機械鑽孔 ，正好適用於PCB 板製造的技術門檻 。 電路板製程的鑽孔機可概分成兩種 ，一種是機械式鑽孔機，另一種是雷射鑽孔 機。機械式鑽孔機 ，其鑽孔孔徑較大，大多於0.2mm 以上的鑽孔應用；雷射鑽孔機 常與 HDI 製程搭配，大多於0.15mm 以下的鑽孔應用。市場一度認為雷射鑽孔機將 擴大市場占有率 ，但雷射鑽孔機單價過高 ，且機械式鑽孔機的鑽孔能力不斷的突破， 機械式鑽孔機又再度站穩其市場主流地位 。 根據研究指出 ，鑽出 0.1mm 孔徑比較於鑽出0.33mm 孔徑在成本上會增加 100 倍 ，這反應出為了保持低生產成本 ，我們需使用高可靠度的鑽針。在鑽頭中邊緣的 倒錐和芯厚的倒錐是常見的兩種類型 ，邊緣的倒錐是用來避免孔壁與鑽頭的接觸 ； 1 /taiwan/paper_contest 芯厚的倒錐和排屑有關 ，且能增加鑽針的剛性。假使芯厚錐度趨勢與規範之設計值 不符 ，加工時易產生鑽針斷裂磨損及孔位誤差等問題 ，進而影響產品之品質 。 鑽頭的扭力鋼性與芯厚/外徑比有關 。如表 3.1所示 ，在一系列的鑽頭中固定外 徑與槽紋型式 ，但改變不同的芯厚對扭力鋼性的影響 。這個結果指出心厚/外徑比從 0.15增加到 0.36 ，鑽頭扭力鋼性增加了 149% 。但過厚的芯厚會導致過大的鑽穿力 ， 因此較佳的芯厚 /外徑比會介於 0.25-0.35 。 表3.1 扭力鋼性與芯厚/外徑比關係表 不同的芯厚/外徑比 0.2~0.45 ，被分析計算出芯厚對於鑽針變形的影響 。在 flute 長度為130mm 與helix angle 為 35的情況下° ，在不同的芯厚/外徑比所計算出的最大 徑向位移與角位移 ，如表 3.2所示 。此表指出芯厚/外徑比從 0.2增加到 0.45 ，角位 移減少了 123% 、最大徑向位移減少了 135% 。 表3.2 最大徑向位移 、角位移與芯厚 /外徑比關係表 然而過去在量測上 ，鑽針會有一些無可避免的微量偏擺產生 ，主要產生偏擺的 原因為鑽針鑽尖的圓心與柄部的中心沒有重合造成偏擺的情形 ，越靠近鑽尖位置其 偏擺情形越嚴重 ，如圖 3.1所示 。另一原因是鑽針夾持機構 、主軸部份設計不良而 導致偏擺的產生。 圖 3.1 鑚針偏 擺 示意圖 2 /taiwan/paper_contest 鑽針檢驗的項目有相當多 ，然而目前對於鑽針關鍵尺寸參數 ：芯厚 （Web thickness ）的量測方法上 ，仍停留在以人工方式檢測 （如圖 3.2 ），其方