基于正交表对PCB钻孔工艺参数的分析与优化摘要：在印制电路板（pcb）上加工微孔的数量越来越多，孔径 比越来越小（目前孔径比已达1： 20）,加工精度要求也越来越高对钻孔加工中影响钻孔质量的各种工艺参数进行了分析，应用正交 试验的设计方法，找出影响pcb孔质量的主要因素；方差分析和极 差分析的结果表明转速、进刀速和孔限是最显著的三个因素；最后 确定一组最佳的钻孔工艺参数用于指导工艺参数的优化设计关键词：印制电路板（pcb）正交表因素水平参数优化 0引言!1!目前，全球pcb产业产值占电子元件产业总产值的四分之一以上, 是各个电子元件细分产业中比重最大的产业，产业规模达400亿美 元pcb钻孔技术发展迅速，逐步向微孔、盲孔、高密度孔发展, 目前pcb成孔方式主要是采用数控机械钻孔［1］随着电子科技的 高速发展，对于pcb孔的要求也越来越高，现在国内外pcb钻孔技 术仍然存在一些问题，如多层板高密度的孔很难控制孔径圆度，孔 位精度值会偏低，且会出现残胶、披锋、孔壁粗糙等现象孔位精 度是评价钻孔质量的一个重要指标，影响孔位精度的因素有许多, 如对主轴转速、进刀速度、退刀速度、下钻深度、孔限、叠板数、 钻头研磨次数等。
这些因素之间存在相互作用，故实际生产中很难 把握各个因素的参数实际生产中，工程师根据自己的经验来确定 工艺参数的，一方面试验次数要比较多，另一方面也难以确定pcb 最佳的参数组合本文采用了正交试验设计方法，应用数理统计方 法分析试验数据，得到影响pcb钻孔各因素的敏感程度及最佳钻孔 工艺参数1钻孔的工艺参数分析根据专业知识和实践经验，找出对指标有影响的一切可能的因素， 然后分类一类因素的值是固定的，实验当中就取这个定值；另一 类因素是变化的，用水平来表示因素的变动范围对于非连续性的 水平，只能取几个值；对于连续性的水平，可在范围内取几个水平, 这里对钻孔每个因素取2水平进行分析，具体取值见表12正交试验的设计及方差分析2.1正交表的设计在多因素试验中，不仅各个因素的水平改变时 对试验指标有影响，而且各因素的联合搭配对试验指标也有影响， 后一种影响叫做因素的交互作用建立正交表之前要进行表头设 计，在试验中，因为要考虑各因素间的交互作用，所以因素不能随 便入列[2] o本试验考虑7因素，交互作用考虑8个，总共有15个, 每因素取2水平，所以选用116(215)的正交表交互作用列表所占 的列是一定的，表头设计如表2所示。
2. 2正交试验的结果分析试验结果用cpk (complex process capability index,制程能力指数)来表示钻孔的质量,cpk值越 大钻孔质量就越好，cpk值由专业检测机器测出根据表头设计、 影响钻孔因素列出正交表116(215),根据这个表的16个方案执行 试验，得到的 cpk 值分别为：0. 994、1. 128. 1. 030、0. 984、1. 249、 1.437、1.589、0.918、1.241、1.957、1.261、1.334、2.022、1.306、 1.615及1.877,将这16个值填入到116(215)表格中进行偏差、方 差及显著性分析，结果表明各因素对pcb钻孔参数影响主次的顺序 为：由此可得出影响pcb钻孔工艺参数的显著因素为a-转速，d-孔限, b-进刀速3主要因素的参数优化根据前面分析结果，将主轴转速、进刀速、孔限这3个因素作为主 要影响因素，并把它作为实验因素，将其它因素设为固定条件，以 便确定主要影响因素的最佳参数为了更准确的分析，采用三水平 的正交表19(34),考虑到现实的一些情况及钻孔成本，各因素的水 平数值设定见表3,根据这个表做9次试验得到的结果填入表3o 3.1参数的确定为了直观分析因素与指标的关系，采用绘制趋势 图，用因素的水平作横坐标，指标的cpk值作纵坐标，画出因素与 指标的关系(趋势图)，如图1,从图中可以看出：3.1.1主轴转速以a2为最佳，a2水平过后指标值呈下降趋势，所 以取水平160krpmo3. 1.2进刀速呈上升趋势，可取b3=24um/r,水平也可适当调高一 点。
3. 1.3孔限水平在dl、d2时，效果都一样，并考虑到孔限极差小, 应取d2=1500o因此，可以确定主要工艺参数的最佳水平组合为 a2b3d2o3.2效果验证根据正交表试验分析结果和实际情况的分析，确定 出最佳pcb工艺钻孔参数:转速160krpm,进刀速24um/r,孔限1500, 退刀速1000mm/min,研磨次数3次，上拉高度4mm,钻头型号选用 p0353o将这一组工艺参数应用于某客户的实际生产中进行验证， 其中的5次操作结果cpk值分别是2.025、2.124、2.011、2. 357 和2.184，均值达到2. 14o可以看得出采用这一组工艺参数操作 的稳定性很好，改善的效果也很明显4结语应用本文得到的工艺参数，钻孔质量中的孔位精度得到明显改善， 表明此试验设计对实际生产具有重要的指导意义，不仅提高了钻孔 质量，而且缩短工艺参数优化的时间参考文献：［1］ 王健石.印制电路板技术标准手册血］.中国标准出版社，2007. 4.［2］ 翟颖妮.基于正交试验的作业车间瓶颈识别方法［j］.计算机集 成制造系统.2010年9月，第16卷第9期：1945-1952.［3］ 应杏娟.基于正交试验设计的3焊缝焊接工艺参数的确定［j］.数理统计与管理.2006年5月，第25卷第3期：283-286.作者简介：管超军（1983—）,男，助教，硕士，研究领域：工业 工程、生产计划与控制、生产系统仿真、数字化制造等。