1 绪论
1.1 课题背景与选题意义
近年来随着国际国内市场对电子产品需求的不断增加，电子产品制造业对印刷电路板（PCB）的需求也日益提升。据来自中国印刷电路板行业协会的统计数据：2003年我国PCB板的外销量为60亿美元，成为仅次于日本的世界第二大PCB板生产国家[1]。在目前的几年内中国的PCB也已很快的速度增长，预计已经超过日本成为PCB生产的第一大国。钻孔是PCB 制造过程中的一个关键工序，PCB用微型整体硬质合金钻头（以下简称微钻）制造技术发展的好与坏将会对PCB 制造行业起到一个促进或制约的作用,站在PCB 制造产业链的角度来看，PCB 制造和微钻制造两个环节高度关联[2]。以下是一张普通的印刷电路板以及加工电路板上面的大大小小的孔所用的相应尺寸的微钻。
国内外对微钻的定义一般为直径小于 0.50mm、长径比（即槽长与直径的比值）大于 10 的钻头，但是在 PCB 行业的实际运用上，小于 0.20mm 的钻头已经成为主流，长径比往往超过 16，甚至达到 20 以上[3]。目前的电子信息产品越来越往轻、薄、短、小化的方向发展[4]。微钻的尺寸减小也与此有密切关系。不断减小的微钻尺寸和复杂的实体结构对于微钻的制造生产厂家是一个很大的挑战。目前对小孔特别是微小孔的加工中，普通的机械钻孔钻削仍然是应用最广的孔加工方式[5]。在一定的直径范围内，激光加工具有提高孔径精度和导通孔的位置的精度的优势。但是随着机械钻孔技术的提高，与激光钻孔相比，在机械钻孔在孔径大于或等于 75um 时有较大的优势，预计这种优势将来可以拓展到 50 um ，因此机械钻孔仍将是主要钻孔方式。
1.2 国内外相关研究现状
目前对微钻技术的研究，小尺寸微钻开发及量产技术和以提高微钻耐磨损能力为重点提高微钻综合性能将是未来三年微钻行业的两大主攻方向[2]。国内外对于微钻的研究主要从以下几个方面：首先是在材料方面，作为高速钻孔的工具，微钻要求自身的材料满足高耐磨性、高韧性和高热导率的特性[8]。文献[2]中也指出纳米材料由于其优异的力学性能和良好的切削性能，成为加工微钻研究的重点。特别是应用在微钻顶面的图层上面会对微钻顶面的耐磨损能力有很大的提高也会对其散热能力有很大的提高。目前硬质合金的材料广泛使用，改进了以前所使用的材料的寿命和性能。
2 微钻的加工制造过程............................................. 6
2.2 微钻加工的关键参数..................................... 11
3 基于 MATLAB 的微钻数学建模..................................12
3.1 微钻数学建模的意义....................................... 12
3.2 现有的建模种类.............................................. 13
3.4 微钻建模总结............................................. 35
4 微钻的图像采集 ................................................................36
4.1 搭建实验平台及所用实验器具................................... 36
4.2 未磨损微钻的图像采集........................................ 37
4.3 磨损微钻的图像采集................................................. 38
5 磨损微钻的表面检测 ...............................41
5.1 钻头的磨损原理............................................................... 41
5.2 磨损微钻图像的检测.................................................. 41
5.3 LABVIEW 下磨损微钻图像的具体处理检测....................... 42
6 总结与展望
6.1 本文总结
本文针对 PCB 用小尺寸微钻，在阅读大量文献和研究前人成果的基础上，在 MATLB 中建立了微钻的线框型数值模型；搭建实验平台采集微钻图像并对磨损微钻图像进行表面磨损量检测。首先重点研究了微钻制造中后工序的具体加工流程，并明确了在制造过程中的关键加工参数对其进行分类。紧接着对其加工过程的研究，分析前人对微钻建模使用的具体方法提出本文的建模，建立微钻的线框型数值模型并验证了模型的正确性。在建模中涉及大量的数学推导和参数方程求解。
第一步明确所需的制造参数以及各参数之间的关系，并且明确具体的建模任务即所需要求解出参数方程的10 条曲线。第二步根据制造过程中曲线的形成和曲线本身的特点对其进行分门别类，利用相应的数学解析方程和空间几何知识对其进行推导求解参数方程。其中 5 线的求解比较复杂，需要首先求解出由特定砂轮形状磨削出的螺旋槽的槽面参数方程，再设定一定的算法在 MATLAB 中求解出螺旋面和第二后刀面的交线，所求出的交线是由一个个的交点的集合组成的。最后设定程序流程图编写全部的代码实现微钻线框型数值模型的完整建模。
