PCB鉆孔技術(shù)及鉆孔流程介紹

鉆孔是PCB制造中最昂貴和最耗時的過程。PCB鉆孔過程必須小心實施，因為即使是很小的錯誤也會導(dǎo)致很大的損失。鉆孔工藝是PCB制造過程中最關(guān)鍵的工藝。鉆孔工藝是通孔和不同層之間連接的基礎(chǔ)，因此鉆孔技巧十分重要。

PCB鉆孔

一、PCB鉆孔技術(shù)

主要有 2 種 PCB 鉆孔技術(shù)：機械鉆孔和激光鉆孔。

PCB鉆孔技術(shù)

1、機械鉆孔

機械鉆頭的精度較低，但易于執(zhí)行。這種鉆孔技術(shù)實現(xiàn)了鉆頭。這些鉆頭可以鉆出的最小孔徑約為6密耳 (0.006 英寸)。

機械鉆孔的局限性

當用于 FR4 等較軟的材料時，機械鉆可用于 800 次沖擊。對于密度比較大的材料，壽命會減少到 200 計數(shù)。如果 PCB 制造商忽視這一點，則會導(dǎo)致出現(xiàn)錯誤的孔，從而導(dǎo)致電路板報廢。

2、激光鉆孔

另一方面，激光鉆可以鉆出更小的孔。激光鉆孔是一種非接觸式工藝，工件和工具不會相互接觸。激光束用于去除電路板材料并創(chuàng)建精確的孔，可以毫不費力地控制鉆孔深度。

激光技術(shù)用于輕松鉆出受控深度的過孔，可以精確鉆出最小直徑為 2 密耳(0.002”)的孔。

激光鉆孔限制

電路板由銅、玻璃纖維和樹脂制成，這些PCB 材料具有不同的光學特性，這使得激光束很難有效地燒穿電路板。在激光鉆孔的情況下，該過程的成本也相對較高。

二、PCB鉆孔流程

對于PCB工程師來說，如果設(shè)計電路板，也必須要了解 PCB的制造。這樣才能保證PCB設(shè)計是可制造，也是可靠的，反過來如果在設(shè)計時就注意到制造上的工藝，可以降低成本，并且可以在規(guī)定的時間內(nèi)交付產(chǎn)品。

PCB鉆孔流程

在層壓過程之后，層壓板被裝載到鉆床上的出口材料面板上。出口材料減少了毛刺的形成。毛刺是鉆軸穿透板時形成的銅的突出部分。在此面板的頂部，加載了更多堆疊并仔細對齊。最后，將一張鋁箔放在整個疊層上。鋁箔避免了入口毛刺，也消散了快速旋轉(zhuǎn)的鉆頭產(chǎn)生的熱:量。一旦鉆出所需數(shù)量的孔，電路板就會被送去去毛刺和去污處理。

由于鉆孔的質(zhì)量是一個關(guān)鍵方面，因此必須考慮工具的幾何形狀。高速鋼(HSS) 和碳化鎢WC) 是復(fù)合材料鉆孔常用的鉆頭材料。在加工玻璃纖維增強聚合物(GFRP)期間，硬質(zhì)合金刀具可提供更長的刀具壽命。硬質(zhì)合金鉆頭通常用于PCB鉆孔。

1、尖角和螺旋角

PCB 鉆頭的頂角為130°，螺旋角為30°至35。尖角位于鉆頭的頂部。它是在最突出的切削刃之間測量的。

擺旋角是鉆頭側(cè)面在交叉點處的夾角。

點角和螺旋角比較

2、數(shù)控鉆床

鉆孔機

鉆孔機是一種預(yù)編程的計算機數(shù)控(CNC)機器。鉆孔根據(jù)輸入 CNC 系統(tǒng)的XY 坐標進行。主軸以高 RPM 旋轉(zhuǎn)，確保在板上準確鉆孔。當主軸高速旋轉(zhuǎn)時，由于孔壁與主軸之間的摩擦而產(chǎn)生熱量，這會熔化孔壁上的樹脂成分并導(dǎo)致樹脂涂污。一旦鉆出所需的孔，就丟棄出口和入口面板。這是車間發(fā)生的事情的一個小要點。

與蝕刻和電鍍工藝不同，鉆孔工藝沒有固定的持續(xù)時間。車間的鉆孔時間因要鉆孔的教量而異。

三、PCB鉆孔2個重要方面

1、縱橫比

縱橫比是在孔(通孔)內(nèi)有效鍍銅的能力。當直徑減小和深度增加時，孔內(nèi)部的鍍銅是一項繁瑣的工作。這需要具有高均鍍能力的電鍍浴，以便液體能夠涌入微小的孔中。

縱橫比(AR) =(孔深/鉆孔直)

通孔的縱橫比為 10:1，微孔的縱橫比為 0.75:1。

通常對于 62 ml 的 PCB，最小鉆孔尺寸可以是6 mils。

2、鉆銅間隙

鉆銅間隙

鉆到銅是鉆孔邊緣與最近的銅特征之間的平面間隙。最近的銅特征可以是銅跡線或任何其他有源銅區(qū)域。這是決定性因素，因為即使是很小的偏差也會導(dǎo)致電路中斷。典型的銅鉆值約為8 密耳。

最小間隙=圓環(huán)寬度+阻焊壩間隙

四、PCB鉆孔的分類

電鍍孔 (PTH) 是承載信號的導(dǎo)電通孔，可在電路板的不同層之間建立互連，用于在PCB 組裝過程中將組件固定到位。元件安裝孔非電鍍孔 INPTH] 是不導(dǎo)電的為 NPTH。這些孔沒有公差級別，因為如果孔尺寸大小或太大，組件將無法裝入。

在電路板上鉆孔并不容易，需要很高的精度，并且應(yīng)遵守某些設(shè)計規(guī)則。

PCB鉆孔

1、電鍍通孔 (PTH)

成品孔尺寸(最小) = 0.006

圓環(huán)尺寸(最小) = 0.004

邊到邊間隙 (從任何其他表面元素) (最小值) = 0.009”

2、非電鍍通孔 (NPTH )

成品孔尺寸(最小) = .006"

邊到邊間隙 (從任何其他表面元素)(最小值) = 0.005

五、PCB鉆孔危害

反復(fù)使用后，鉆具容易磨損和斷裂。這會導(dǎo)致以下問題:

1、孔位置的準確性受到影響

當鉆頭未能擊中首選點并沿同一軸線移動時，精度就會受到影響。鉆孔的偏移會導(dǎo)致孔環(huán)發(fā)生相切或斷裂。

2、鉆孔內(nèi)的粗糙度

粗糙度會導(dǎo)致銅鍍層不均勻，這會導(dǎo)致氣孔和槍管裂紋。由于鍍銅溶液滲入孔壁，還會導(dǎo)致絕緣電阻降低。

3、樹脂涂抹

由于鉆孔過程中產(chǎn)生的熱量，電路板中的樹脂會熔化。樹脂粘在孔壁上，稱為樹脂涂抹.這再次導(dǎo)致不良的銅鍍層，并導(dǎo)致通孔和電路的內(nèi)層之間的導(dǎo)電故障。樹脂污跡通過化學溶液去除。

4、存在入口和出口毛刺

毛刺是銅在鉆孔過程后從孔中伸出的不需要的部分，它們大多出現(xiàn)在印刷電路板疊層的頂面和底面。

5、釘頭

如果釘頭不合適，鉆孔時內(nèi)層銅可能會彎曲，這些銅彎曲會導(dǎo)致電鍍不均勻并導(dǎo)致導(dǎo)電性問題。

6、分層

電路板層的部分分離被認為是分層，鉆孔不當會導(dǎo)致分層。

補救措施

1、除膠渣工藝

這是一種化學工藝，用于去除沉積在孔壁上的熔化樹脂，該過程消除了不需要的樹脂并增強了通過通孔的導(dǎo)電性。

2、去毛刺過程

這是一個機動過程，可以消除金屬 (銅) 的凸起端(冠部) ，稱為毛刺?？變?nèi)遺留的任何碎肩都通過去毛刺過程消除，去毛刺后重復(fù)去污過程。

3、分層

可以通過使用激光鉆孔來避免。如前所述，在激光鉆孔中，工件和工具不接觸，從而消除了分層。

六、PCB鉆孔技巧

1、鉆導(dǎo)向孔以進行適當?shù)你@孔

執(zhí)行任何鉆孔之前的第一步是鉆一個導(dǎo)向孔。這用于防止鉆頭“走動”，這意味著鉆頭從一個位置開始，然后在鉆孔時朝一個意想不到的方向移動?？梢允褂眯⌒豌@頭手動完成，也可以使用稱為鉆床的自動工具完成。

如果先導(dǎo)孔是使用鉆床制作的，則鉆頭頭從工具中一個一個地拉出。此過程中使用的鉆頭數(shù)量取決于要鉆孔的 PCB 的尺寸。例如，如果使用 0.2 毫米的鉆頭，一個孔可以拉出四個。當每個磁頭被移除時，這個過程通常會在 PCB 上留下一個小的金屬標記。

2、以一定角度鉆孔時使用直式 PCB 鉆頭

以一定角度鉆孔。鉆頭通常成套出售，并且有不同的尺寸。尺寸包括：

線規(guī)鉆頭：用于 0.8 至 1 毫米粗的電線。

小鉆頭：此尺寸適用于厚度或直徑在 0.7 至 2 毫米之間的孔，包括扁平和圓形形狀。

中型鉆頭：這種類型用于鉆孔厚度或直徑從 2 到 10 毫米不等的孔，通常包括扁平和圓形。

大鉆頭：這種尺寸用于 5 毫米或更大的孔。它可以是扁平的或圓形的，具體取決于制造商。

3、使用正確尺寸的鉆頭

確保用于 PCB 的鉆頭尺寸合適非常重要。如果鉆頭太大，可能會損壞電路板鉆中的組件。另一方面，如果它太小，將無法將電線穿過鉆的孔。

4、使用適當速度和功率的鉆頭

鉆頭的功率和速度決定了在金屬上鉆孔的快慢程度。最常見的選項是：

高速鉆頭：這種類型的鉆頭可快速高效地鉆穿金屬，但如果一次使用時間過長也會導(dǎo)致問題。

高速鋼鉆頭：這種類型用于較大的鉆孔，適用于鉆多個不太厚的PCB 。

電鍍鉆頭：這些鉆頭用于電路板鉆孔和電鍍過程，以及在厚板上打孔或與高頻空氣錘一起使用。

5、使用鉆床

鉆床是確保最有可能鉆出準確孔的最佳選擇。它們的鉆孔效率至少是手持式鉆機的四倍，并且通常使用行業(yè)標準的鉆頭。

6、了解鉆床的操作

鉆床根據(jù)其成本和能力而有所不同，但它們都通過簡單地注入鉆穿金屬所需的適量壓力來工作。施加的壓力越大，鉆孔的速度就越快。還有不同類型的鉆孔，例如“交叉鉆孔”、“插孔鉆孔”、“通風孔”和“斜端”。最常用的鉆床類型具有垂直面板（鉆孔以一定角度朝上的金屬板）。使用這種類型時，確保鉆頭朝上并且角度與 PCB 上的孔相匹配。

7、使用鉆床鉆 PCB

PCB鉆孔的每個階段都可以使用鉆床。尤其是當你需要精確鉆孔時。雖然鉆床調(diào)整起來需要一段時間，但只要使用得當，就會有很好的效果。

8、鉆孔時要小心

如果沒有合適的工具和材料，在電路板上鉆孔可能會很困難。鉆孔時一定要花點時間和耐心，因為匆忙完成這個過程可能會損壞電路板。鉆孔時，請始終保證鉆頭旋轉(zhuǎn)不會太快或太慢。鉆孔時佩戴護目鏡也很重要，以免損壞視力。

9、使用鉆頭后清潔 PCB

完成電路板鉆孔后，必須用刷子和溶劑清潔孔。溶劑將去除在 PCB 上鉆孔期間可能產(chǎn)生的任何金屬屑，這將確保電路板完成后可以使用。

10、在鉆孔上涂焊料

完成 PCB 鉆孔后，你必須將焊料涂到新孔上，并使用帶有小尖端的烙鐵熔化它們。為確保焊料正確粘附，從其中一個孔中穿出一根電線并加熱。這將防止焊料從孔中滴落。然后輕輕按下它以確保它已牢固連接。

擁有合適的鉆頭后確保在 PCB 上打孔或開槽時沒有小碎屑和碎屑。如果在鉆頭上發(fā)現(xiàn)任何切屑或碎屑，這可能會導(dǎo)致鉆孔過程出現(xiàn)問題并產(chǎn)生一些不良結(jié)果。

在 PCB 鉆孔方面，如果操作正確，可以在不損壞鉆頭的情況下完成。如果機械零件在機器工作時與鉆頭接觸，可能會損壞它們。

七、DFM PCB鉆孔驗證技巧

1、縱橫比必須保持最小以避免鉆頭磨損。

2、添加的鉆頭尺寸越多，制造商需要使用的鉆頭就越多。相反，如果減少不同的鉆孔尺寸，鉆孔時間將會減少。

3、確認你已經(jīng)定義了的鉆孔類型（PTH/NPTH）

4、在鉆孔文件和工廠打印之間驗證鉆孔敬量/尺寸

5、對于小于 0.006 英寸的封閉孔，必須要處理掉。

6、如果銅層上的鉆頭和其他特征落在電路板輪廓之外，應(yīng)降低通孔尺寸以滿足最小縱橫比 (A/R) 要求。

7、對于電鍍鉆孔公差小于 +/- 0.002”和對于 NPTH，鉆孔公差為 +/ 0.001，顯示鉆孔文件中缺失的 NPTH 鉆孔/槽或切口位置的圓弧制造圖。

9、在鉆孔中添加焊料

10、使用鉆床進行精密鉆孔

11、鉆孔后清潔 PCB

編輯：黃飛

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