PCB鉆孔是印刷電路板制造的最關(guān)鍵和瓶頸

鉆孔是PCB制造過程中最昂貴，最耗時的過程。必須仔細(xì)實(shí)施PCB鉆孔工藝，因?yàn)榧词购苄〉恼`差也會導(dǎo)致很大的損失。鉆孔過程被認(rèn)為是印刷電路板制造的最關(guān)鍵和瓶頸。 PCB設(shè)計(jì)工程師在下訂單之前必須始終關(guān)注電路板制造商的能力。

鉆孔過程是過孔和連接的基礎(chǔ)不同層之間。電視和電話等電子設(shè)備的小型化已經(jīng)導(dǎo)致從固定到便攜的轉(zhuǎn)變。需要高質(zhì)量的微加工來降低尺寸。鉆井過程在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)方面起著至關(guān)重要的作用。因此，實(shí)施的鉆井技術(shù)很重要。

鉆井技術(shù)

基本上，有兩種鉆孔技術(shù)，機(jī)械鉆孔和激光鉆孔。

機(jī)械鉆具有較低的精度，但易于執(zhí)行。這種鉆井技術(shù)實(shí)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）。

另一方面，激光鉆頭可以鉆出較小的孔。激光鉆孔是一種非接觸式工藝，工件和工具不會相互接觸。在這里，可以毫不費(fèi)力地控制鉆孔深度。

激光技術(shù)用于輕松鉆探盲孔和埋孔。在這里，可以精確鉆出最小孔徑2密耳（0.002英寸）。

激光鉆孔限制

PCB由銅，玻璃纖維和樹脂制成。這些材料具有不同的光學(xué)性質(zhì)。這使得激光束難以有效地?zé)╇娐钒濉?/p>

機(jī)械鉆的壽命

當(dāng)用于FR4等較軟材料時，機(jī)械鉆可用于800次點(diǎn)擊。對于像Rogers這樣更密集的材料，壽命減少到200個。如果PCB制造商忽略這一點(diǎn)，那么它將導(dǎo)致有缺陷的孔，這會使電路板變成廢料。

在Sierra電路中，優(yōu)質(zhì)的日立鉆孔機(jī)具有1密耳的孔放置公差。

如果設(shè)計(jì)師了解車間發(fā)生的事情，他將更好地了解他的設(shè)計(jì)是如何被賦予生命的。憑借這種洞察力，PCB設(shè)計(jì)人員可確保設(shè)計(jì)的可制造性。這反過來又降低了成本，產(chǎn)品可以在最短的交鑰匙時間內(nèi)交付。

車間會發(fā)生什么？

PCB鉆孔流程圖

層壓過程后，將層壓板裝在鉆頭上的出口材料面板上床。出口材料減少了毛刺的形成。毛刺是當(dāng)鉆軸穿過板時形成的銅的突出部分。在此面板的頂部，會加載更多的堆疊并仔細(xì)對齊。最后，將一片鋁箔放在整個疊層上。鋁箔避免了進(jìn)入毛刺并且還消散了快速旋轉(zhuǎn)鉆頭產(chǎn)生的熱量。一旦鉆出所需數(shù)量的孔，就將板送去進(jìn)行去毛刺和去污處理。

由于鉆孔質(zhì)量是一個關(guān)鍵方面，因此必須考慮刀具幾何形狀。高速鋼（HSS）和碳化鎢（WC）是用于鉆孔復(fù)合材料的常用工具材料。在GFRP加工過程中，硬質(zhì)合金刀具可提供更好的刀具磨損和刀具壽命。硬質(zhì)合金鉆頭通常用于PCB鉆孔。 PCB鉆頭的點(diǎn)角為130°，螺旋角為30°至35°。

CNC鉆床

日立鉆孔機(jī)

鉆孔機(jī)是一種預(yù)編程的計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）機(jī)器。鉆孔基于送入CNC系統(tǒng)的XY坐標(biāo)進(jìn)行。主軸以高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，確保PCB上的鉆孔準(zhǔn)確。當(dāng)主軸快速旋轉(zhuǎn)時，由于孔壁和主軸之間的摩擦而產(chǎn)生熱量。這會熔化孔壁上的樹脂含量并導(dǎo)致樹脂污染。一旦鉆出所需的孔，就丟棄出口和入口板。這是對車間發(fā)生的事情的一個小小的要點(diǎn)。

與蝕刻和電鍍工藝不同，鉆孔過程沒有固定的持續(xù)時間。根據(jù)要鉆孔的數(shù)量，車間的鉆孔時間會有所不同。這就是PCB制造單元幕后的情況。

鉆井過程中需要考慮的兩個重要方面：

縱橫比

鉆到銅間隙（鉆到最近的銅特征）

縱橫比

縱橫比是在孔內(nèi)有效鍍銅（過孔）的能力。當(dāng)直徑減小并且孔的深度增加時，孔內(nèi)部的鍍銅是一項(xiàng)繁瑣的工作。這需要一個具有更高拋射能力的電鍍槽，以便液體可以涌入微小的孔中。

縱橫比（AR）=（孔的深度/鉆孔的直徑）

通孔的縱橫比為10：1，微孔的縱橫比為0.75：1。

鉆到銅

鉆到銅是鉆孔邊緣到最近的銅特征之間的土地間隙。最近的銅特征可以是銅跡線或任何其他活性銅區(qū)域。這是決定因素，因?yàn)榧词购苄〉钠钜矔?dǎo)致電路中斷。

最小間隙=環(huán)形圈寬度+阻焊層阻擋間隙

孔洞分類

鉆孔分為鍍層孔（PTH）和非鍍層孔（NPTHs）。

鍍孔（PTHs） ）是帶有導(dǎo)電通孔的信號，它在PCB中的不同層之間建立互連。

非電鍍孔（NPTH）是不導(dǎo)電的。這些用于在PCB組裝過程中將組件保持在適當(dāng)位置。元件安裝孔是NPTH。這些孔沒有公差等級，因?yàn)槿绻壮叽缣』蛱?，則組件將不適合。

規(guī)則是甚至是一個洞的規(guī)則

非鍍通孔（NPTH）

成品孔尺寸（mimimum）= 0.006“

邊緣到邊緣間隙（來自任何其他表面元素）（最小值）= 0.005”

鍍通孔（PTH）

成品孔尺寸（最小值）= 0.006”

環(huán)形圈尺寸（最小值） = 0.004“

邊緣到邊緣間隙（來自任何其他表面元素）（最小值）= 0.009”

鉆井災(zāi)害

反復(fù)使用后，鉆具往往會磨損。這會導(dǎo)致以下問題：

孔位置的準(zhǔn)確性受到影響：

鉆孔時位無法擊中首選位置并在同一軸上移位。鉆孔的位移會引起環(huán)形圈的相切或突破。

鉆孔內(nèi)的粗糙度

粗糙度會導(dǎo)致銅的鍍層不均勻。這會導(dǎo)致氣孔和桶裂。通過將銅鍍液滲透到孔壁中，它還可以降低絕緣電阻。

樹脂涂抹：

由于鉆孔過程中產(chǎn)生的熱量，板中的樹脂會熔化。這種樹脂粘在孔壁上，稱為樹脂涂抹。這再次導(dǎo)致鍍銅不良并導(dǎo)致通路和電路內(nèi)層之間的導(dǎo)電性失效。通過化學(xué)溶液去除樹脂污跡。

進(jìn)入和退出毛刺的存在：

毛刺是在鉆孔過程之后，銅的不需要的部分從孔中伸出。它們主要見于印刷電路板最高堆疊的頂部表面和印刷電路板最低堆疊的底部表面。

釘頭：

通孔內(nèi)層暴露的銅在鉆孔過程中形成釘子的形狀。孔的這種巨大負(fù)擔(dān)會使通孔表面不均勻，并可能導(dǎo)致電鍍導(dǎo)電性失效。

分層：

PCB層的部分分離。

所有這些不規(guī)則都會破壞完整性一塊PCB。這些問題一直是PCB制造商的噩夢。由于這些原因，我們的內(nèi)部PCB工程師異想天開地將PCB定義為“問題回來！”

為了消除這些缺陷，學(xué)者們已經(jīng)研究了鉆孔工藝和PCB設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并提出了以下解決方案：

The Remedies

Desmear過程

這是一種化學(xué)過程，其中沉積在孔壁上的熔融樹脂被去除。這個過程消除了不需要的樹脂，并通過過孔提高了導(dǎo)電性。

去毛刺過程

這是一個機(jī)動的根除被稱為毛刺的金屬（銅）的高端（冠）的過程。通過去毛刺過程消除在孔內(nèi)遺留的任何碎片。去毛刺后重復(fù)去污過程。使用激光鉆可以避免

分層。如前所述，在激光鉆孔中，工件和工具不會接觸，從而消除了分層。

近年來，與早期技術(shù)相比，鉆孔工藝得到了優(yōu)化。隨著PCB行業(yè)的指數(shù)增長，鉆頭精度接近完美。我相信現(xiàn)在您可以更好地了解PCB鉆孔過程是如何完成的?？雌饋砗軓?fù)雜，不是嗎？別擔(dān)心！只需將您的設(shè)計(jì)文件（Gerber）提交給Sierra Circuits。允許我們在您坐下來觀看Netflix并放松時進(jìn)行練習(xí)。

請查看下面的快速指南，它可以幫助您節(jié)省一些錢。

PCB設(shè)計(jì)人員的快速DFM鉆孔驗(yàn)證提示：

縱橫比必須保持最小以避免鉆頭磨損

添加的鉆頭尺寸越多，制造商需要使用的鉆頭越多。相反，如果您減少不同的鉆頭尺寸，鉆孔時間將減少。

檢查

如果未鍍的鉆頭有連接

鉆取數(shù)量/鉆孔文件和Fab打印之間的大小

如果定義了鉆孔類型（PTH/NPTH）

對于小于0.006的封閉孔，如果是，則必須解決

對于mousebites

如果銅層上的鉆頭和其他功能落在電路板配置文件之外

如果要刪除過孔尺寸以滿足最小寬高比（A/R）要求鉆孔公差

對于小于+/- 0.002“的鍍層鉆孔公差和+/- 0.001

的NPT鉆孔公差

顯示NPT鉆孔/槽或切口位置的弧形圖但缺少鉆取文件

對于通過填充要求wrt裝配指南