超声高效加工解决方案在精密微孔加工中的独特优势

汇专科技集团股份有限公司 MM《现代制造》 2024-08-26

本文围绕汇专超声高效加工解决方案及两个精密微孔加工创新应用案例——FPC柔性电路针板测试件加工、单晶硅喷淋盘钻孔加工进行详细介绍。经过实际加工对比，该方案不仅在微小孔加工方面有着技术突破，同时能有效帮助客户缩短加工时间，改善工件质量且提高产品良率，实现连续稳定加工。

近年来，随着产品和部件的微型化，电子制造、半导体等行业对大深径比和高质量微孔部件的需求稳定增长，但传统的微小孔加工技术往往存在微型刀具制造困难,刀具的刚度和强度等性能无法满足加工要求。尤其在加工深微孔时，排屑和散热困难，容易导致刀具损伤和加工硬化等，影响微孔精度的问题。

与传统微小孔加工方式相比，超声加工精密微孔技术无论是在可加工最小尺寸和加工精度，或是在更高硬度和强度的材料上实现微孔加工等方面都具有很大的优势。可满足电子制造及半导体行业对深微孔实现高质量加工的需求。

图1 工件材料：PEEK（聚醚醚酮）

案例一：FPC柔性电路针板测试件

工件材料：PEEK（聚醚醚酮）

微孔要求：φ0.175 mm，孔深1 mm，孔间距0.05 mm；

加工要求：孔径误差-0.005~0 mm，孔间距误差±0.01 mm，孔真圆度< 0.01 mm，抑制毛刺。

加工难点：PEEK材料热膨胀系数比金属大，加工过程中容易出现毛刺、变形现象。客户传统加工方案使用进口钻攻机床及国内知名品牌机床进行加工，孔口毛刺严重，后工序人工去除效率低、成本高，且加工1000个以上的孔出现偏位、钻头寿命短等问题。

汇专方案采用了汇专超声精密雕铣加工中心ULM-400，搭配超声加工技术及筒夹超声绿色刀柄进行加工。

图2 汇专超声精密雕铣加工中心ULM-400

其中汇专超声精密雕铣加工中心ULM-400具有高稳定性，可持续使用微小径钻头进行钻削加工，满足电路针板测试件对微小孔加工高效率、高精度、高可靠性及自动化扩展的应用需求。搭配自主研发的超声加工技术，能够有效解决加工时间长、刀具寿命短、工件表面质量及精度欠佳等难点。

超声精密雕铣加工中心ULM-400 配置汇专自主研发的智能化超声加工系统，两种丝杆导轨防护可选，满足硬脆材料、金属材料加工需求；采用迷宫结构，标配光栅尺，全闭环控制，配合高精度测头，可实现在机测量功能。

图3 智感型超声发生器

超声加工技术的优势包括：抑制微裂纹产生、提升表面质量、减少工件毛刺、降低切削力以及延长刀具寿命。

筒夹超声绿色刀柄3倍径跳动≤5 μm，可有效降低切削阻力，提升切削区域的冷却效果；采用特殊防尘专利设计，有效提升刀柄使用寿命；大幅提升加工效率，延长刀具寿命；广泛用于3C、精密模具、半导体、医疗及航空航天等领域的钻削、铣削、攻丝和磨削等工艺。

综上，客户需要在FPC柔性电路板针板测试件上加工出误差要求在0.01 mm内的微孔，传统加工方案可持续加工约3000个孔；而使用汇专超声精密雕铣加工中心ULM-400的整体解决方案，可持续加工5000个孔以上，刀具寿命提升67%。同时，在超声加工条件下，加工后的微孔孔壁光滑、孔口崩边量少、毛刺抑制明显，相较之下，汇专方案在PEEK微孔加工中优势显著。

案例二：单晶硅喷淋盘钻孔加工

工件材料：单晶硅

工件尺寸：50 mm×60 mm×26.5 mm

微孔要求：φ0.45 mm×24.75 mm盲孔均布精加工

图4 工件材料：单晶硅

加工难点：单晶硅作为硬脆性材料，加工过程容易产生崩缺，同时该工件孔深径比高达55:1，加工难度非常大。客户无成熟加工方案加工此种超深微孔，采用传统方案加工后孔壁粗糙度Sa≥6.54 μm，孔真圆度≥0.025 mm。

汇专方案采用了汇专超声精密雕铣加工中心ULM-600，搭配超声加工技术及整体PCD微径钻头进行加工。

图5 超声精密雕铣加工中心ULM-600

在加工过程中，汇专超声高效精密雕铣中心ULM-600搭配超声加工技术的使用，可在刀具旋转加工的同时施加每秒几万次的高频振动，使刀具与工件发生周期性的分离和接触，有利于切削热的排出、降低切削温度，同时促进断屑和排屑。此外，汇专自主研发的整体PCD微径钻头，非常适用于单晶硅一类硬脆材料的孔加工，并能有效提升孔口质量。

超声精密雕铣加工中心ULM-600配置汇专自主研发智能化超声加工系统，采用迷宫结构、三层防护，标配光栅尺，全闭环控制，配合高精度测头，可实现在机测量功能。

超声精密雕铣加工中心ULM-600突破半导体硬脆材料加工易崩缺、表面质量差及超深微孔加工等难题，有效提升加工效率，提高工件表面质量，延长刀具寿命。并在今年3月份荣获国际半导体产业协会“SEMI产品创新一等奖”。