PCB鉆孔概念

PCB就是印制電路板，PCB鉆孔是PCB制版的一個過程，也是非常重要的一步。主要是給板子打孔，走線需要，要打個過孔，結(jié)構(gòu)需要，打個孔做定位什么的；多層板子打孔不是一次打完的，有些孔埋在電路板內(nèi)，有些就在板子上面打通了，所以會有一鉆二鉆

線路板鉆孔耗材

• 數(shù)控鉆孔機或者比較先進的還有激光鉆孔設(shè)備。
• 根據(jù)工廠生產(chǎn)需要不同型號的鉆頭；以及鉆頭需要用到的膠粒。
• 手動的磨鉆頭的機器
• 超聲波鉆頭清洗機；
• 生產(chǎn)時需要用到的墊板和鋁片是必不可少的，還有紅膠片；是用來保證生產(chǎn)質(zhì)量；
• 雙面膠和單面膠，其固定作用。還有就是PIN釘，二鉆的時候需要多層板和HDI板

線路板鉆孔技術(shù)詳解

       隨著表面貼裝技術(shù)的廣泛使用及高密度板子的制造，對于小孔鉆鉆孔的需求也在增加，而小孔鉆仍有許多技術(shù)上的困難。從鉆孔的觀點來看，一般孔徑在雙排插腳IC孔著重于解決鉆污、孔壁粗糙度、刀具壽命等問題；對于小孔鉆則著重于下列幾點；

鉆針需不宜折斷；

• 孔位精確度要好；
• 孔內(nèi)壁要光滑；
• 刀具使用壽命要長；
• 減少鉆污產(chǎn)生的程度；
• 減少進刀/出刀孔口處的毛頭；

由于小孔的孔徑縱橫比較一般孔要增加許多，因此斷針及孔位精度也因鉆針撓性強度降低及退屑槽減小排屑困難而變得更加重要。對于鉆孔機，鉆孔條件及使用的鉆針若不作研討，則仍有許多問題無法解決。而鉆針的形狀及材質(zhì)有更進一步的改善，鉆孔問題將會減少，而在目前條件限制下，也尚能對產(chǎn)量及刀具壽命作一定程度的改善。針對鉆針的幾何特性（鉆尖角）,槽溝長度，鉆針的橫切面，可采用添加碳化物材質(zhì)以提供較高強度的鉆針來實行更有效的鉆孔及超小孔徑的鉆孔。

鉆針的斷針問題：

這是小孔鉆的最大困難，但在一般孔徑（直徑1毫米或40密耳）并不成問題。發(fā)生斷針的主要原因除了材料的等級和鉆針的幾何形狀外，尚有以下幾種情況造成：

• 鉆孔機本身的震動及鉆軸搖擺；
• 線路板本身的材料等級，厚度及銅箔層樹；
• 鉆針的直徑及孔的縱橫比（Aspect Ratio）；

鉆孔操作條件

鉆孔機： 鉆機本身的震動及鉆軸的搖擺基本上隨鉆針直徑的減小而減小。一半而言，對振動的要求位鉆振直徑在0.1-0.3毫米時,振幅在微米以下;鉆針直徑在0.35-0.5毫米時, 振幅在10微米以下,同時從生產(chǎn)力的觀點來說,鉆針直徑減小時,鉆軸轉(zhuǎn)速必須相對增加.雖然高速鉆軸已經(jīng)發(fā)展到80000轉(zhuǎn)/分鐘,但在使用最大轉(zhuǎn)速時,仍會有震動問題,高性能高頻率之氣動鉆軸正是我們所需,它允許超高速(100000轉(zhuǎn)/分鐘或更高轉(zhuǎn)速,理想值150000轉(zhuǎn)/分鐘)同時在高精度的要求下,機器的震動要限制在最小程度.

基板材料之組成; 鉆針之橫截面積隨鉆針直徑的減小而減小,因而,鉆屑的排除能力也逐漸下降.此外,依據(jù)線路板制造材質(zhì)的不同,鉆屑的形狀及切削阻力也跟著改變,這是有必要改變鉆孔操作條件,甚至鉆針形狀及制造材料也要修正以符合特殊要求.銅層部分(含內(nèi)層)的鉆孔是特別困難的,它在切削阻力上(包括扭力及推力)都數(shù)倍于基材,甚至切削也比較長,因此基板的機械加工性主要變化在銅箔的厚度及內(nèi)層銅箔的數(shù)量,換言之,即較厚的銅箔及較多的內(nèi)層銅箔在鉆孔時是比較困難的.當(dāng)銅箔層數(shù)增加時對鉆頭的磨損程度也增加,特別是刃帶的磨損,除此之外,隨銅箔厚度的增加及層數(shù)的增加斷針的可能性也增加.

孔的縱橫比 當(dāng)孔的縱橫比增加時或鉆針的直徑減小,鉆孔變的困難,同時也容易斷針,特別是鉆針直徑減小后相對在碳化物合金結(jié)構(gòu)中的分子顆粒就比較大(0.3毫米以下直徑鉆針) 因此即使是晶粒界面或結(jié)構(gòu)上的極小的缺點亦會造成超過破裂強度的影響,所以超小直徑鉆針的強度相對減弱,.為彌補其強度必須增加鉆腹(Web)厚度及降低排屑槽面積的比例,也對排屑能力及切削阻力也產(chǎn)生副面的影響,有些實例顯示斷針也由于退屑不良造成.所以對強度的增加應(yīng)著眼于高破壞強度碳化物材質(zhì)的尋求及鉆針形狀的改進.

鉆孔條件

• 鉆軸轉(zhuǎn)速(RPM)基本上鉆軸的轉(zhuǎn)速是由鉆頭的圓周速率計算出來的.從生產(chǎn)力及刀具壽命的角度來看有其適宜的速度范圍.對一般直徑的鉆頭而言是100-200米/分鐘,但對于超小直徑鉆頭而言,此速度變得相當(dāng)高,甚至超過10000轉(zhuǎn)/分鐘(對0.3毫米以下直徑的鉆針而言)其最高值在120000-150000轉(zhuǎn)/分鐘之間,因此在振動及孔位精度的限制下此類高速鉆頭的選算必須從效率的角度考慮.
• 進刀亮:在鉆孔過程中,進刀量與鉆針的切削阻力關(guān)系較為密切.當(dāng)進刀量增加時鉆頭所收的扭力及推力也比例的增加.對小鉆針而言,為了增加破壞強度所作的加大鉆腹及減小排屑槽面積的比例,使得鉆孔過程中推力需要增加的很多,排屑變得很不適當(dāng),因此反而不能增加進刀量.通常在鉆小孔時,進刀量控制范圍在0.005-0.03毫米/轉(zhuǎn)(0.2-0.1密耳/轉(zhuǎn))之間.當(dāng)鉆孔的直徑減小或孔的縱橫比增加時,進刀量(Feed Rate)也許相對減小.
• 進料板或蓋板:起作用是保護線路板上的線路,減少毛頭的產(chǎn)生,改進孔的品質(zhì),增加放熱能力及鉆孔的精確度等.但對小孔而言蓋板的使用不完全有用,因會造成孔深度增加,及孔縱橫比的增加,在使用0.1-0.2毫米(4-8密耳)值超小鉆針時,有時不用蓋板反而能獲得更佳的結(jié)果.在使用蓋板時,厚度的選擇以工作是不產(chǎn)生飄動為原則下越薄越好,若材料是鋁,適當(dāng)?shù)暮穸葹?.1-0.2毫米,若為酚類,適當(dāng)?shù)暮穸葹?.3-0.5毫米(12-20密耳)較低的棱線平面及平滑的表面是對蓋板的要求,尤其是對高準(zhǔn)確度的鉆孔
• 穿透深度(Depth Of Penetration):是指鉆頭穿過線路板后在完成一行程所需對墊板(Back-up)所作的額外穿透程度而言,其長度由線路板每一疊最下層低面算起至鉆頭所在的最低點的位置它同樣增加了孔的縱橫比,繼而增加了斷針的頻率,所以穿透深度不能超過鉆頭的直徑,理想的穿透深度范圍應(yīng)該控制在鉆針直徑的1/2或更小.
• 鉆孔方式:對小孔的鉆孔操作可采用較特殊的方法以改善孔的品質(zhì),孔位精度及減少斷針發(fā)生,較具代表性的方法是二次鉆孔(Double Drilling)及分段鉆孔(Step Drilling)。用兩種不同直徑的鉆針對同一孔作二次鉆孔的方法就叫二次鉆孔，先用高剛性(High Rigidity),短排屑槽(Flute),不易彎折的鉆針先鉆出部分深度以作為導(dǎo)引孔(Guide Hole),其余部分再用規(guī)定排屑槽長度的鉆針來完成.由于先用不易彎折的鉆針鉆出導(dǎo)引孔,所以第二支鉆針開始鉆時在導(dǎo)引孔處能容許少許彎曲(Bending),同時孔位準(zhǔn)確度好.
• 鉆頭斷針與孔曲(Hole Deviation)有相當(dāng)密切的關(guān)系.當(dāng)孔曲超過一定值後,鉆針通常會在未達到設(shè)定的鉆孔數(shù)前斷針,所以對深孔操作鉆孔起始位置的孔位及孔曲程度是非常重要的,由此可知采用兩次鉆孔來鉆導(dǎo)引孔的方式是十分有效的.但在該情況下,兩次鉆孔若少有偏移導(dǎo)引孔位置時便會發(fā)生斷針情形,因此采用兩次鉆孔就必須使用高精確度的鉆孔機.
• 分段式鉆孔是以同一鉆針作多次往復(fù)式動作來完成鉆孔操作,由于在鉆孔過程中,鉆針多次提起以利散熱及排屑,因此減小斷針及提高孔的品質(zhì)對含許多內(nèi)層的多層板的小孔鉆孔尤為有效.例1.6毫米的板厚,0.15毫米的孔徑,出使用分段式鉆孔外,超小鉆針易產(chǎn)生環(huán)氧膠渣及由于切屑的拖曳形成孔壁粗糙且斷針的機會大增.

小孔徑鉆針的碳化物材質(zhì)等級

小孔鉆針的碳化物材質(zhì)等級

作為線路板鉆孔用的鉆針據(jù)ISO規(guī)定一般是以燒結(jié)后的碳化物組成K10或K20作為材料,但小孔或高縱橫比的小孔則不合時宜了,.正常鉆診所要求的特性是耐磨利(Wear Resistance)此類鉆頭直徑在0.6毫米以上以提高轉(zhuǎn)速,鉆孔效率及延長刀具壽命,換言之,超小鉆針要求的特性是要具有優(yōu)越的橫軸面斷裂強度及撓性(抗折)強度.此外對于在0.3-0.6毫米之間的鉆針其碳化物組成的特性,要求必須有抗磨及抗折(Rupture Resistance)中級程度要求.超小鉆針材質(zhì)等級具有超過500公斤/平方毫米斷裂強度.可通過逐漸增加進刀量來提高切削負荷的方法對不同材質(zhì)等級的抗折強度作一比較.MD30具有極佳的抗折及斷裂強度,為得到如此撓曲強度高的材質(zhì)除鉆頭材料中的碳化物含量及粒子尺寸外,減少合金結(jié)構(gòu)上的缺失及粒子(Grain)大小的均一化技術(shù),然而為增加碳化物的硬度作了鈷的添加,相應(yīng)的其楊式模數(shù)(Young’s Modulus)會相應(yīng)下降,造成鉆針易斷.同一形狀但不同材質(zhì)的鉆頭具有較高楊氏模數(shù)的材質(zhì)具有極佳的孔位精度.

另外鉆針的幾何形狀的應(yīng)享有盛譽材質(zhì)等級,諸如鉆針橫斷面(鉆腹厚度Web Thickness,槽溝面積比),鉆尖膠(Point Angle) 及槽溝的長度等.鉆針的抗折強度及剛性隨著橫斷面積的增加而增加,斷鉆幾率也大為減小,同時因孔曲造成的孔位偏差也因而減小.鉆尖角會影響到切削的難易程度及鉆針的彎曲,對小孔而言容易彎折(Bending)的是一個特別的現(xiàn)象.當(dāng)具有小鉆尖角的鉆針在切削環(huán)氧樹脂膠片(Prepreg)內(nèi)較為堅硬的部分(如玻璃纖維)會產(chǎn)生偏移情形,即因鉆針發(fā)生彎曲造成, 換句話說,當(dāng)鉆尖角較大時鉆針阻力會增加,易發(fā)生斷針.鉆尖角較大時會有較好的孔位精度,但當(dāng)具有150度鉆尖角的鉆針極易折斷.當(dāng)槽溝長度增加時會因彎曲力矩的增加而使鉆針易于彎曲,相對孔位精度也降低.當(dāng)晚趨向銅的程度是,具有較長槽溝的鉆針其根部(Neck Root)所受彎曲應(yīng)力越小.因此在一定長度下,槽溝長度越長的鉆針不易折斷.

結(jié)論:機械操作條件及影響小孔鉆孔操作因素

歸納如下:

• 鉆針及孔的品質(zhì)主要受鉆孔設(shè)備，線路板材料，孔的縱橫比及鉆孔條件的影響。
• 對鉆孔條件而言，小心控制鉆軸轉(zhuǎn)速，進刀量，蓋板厚度，穿透深度等是很重要的；但對小孔鉆孔操作而言較為有效的方法是兩次鉆孔及分步鉆孔。
• 小鉆針的碳化物的組成，采用較佳的材料等級以提高硬度，增加彎折抗力是必要的，意見低鉆針斷折問題。
• 在鉆針形狀上,鉆尖角,槽勾結(jié)面(Flute Cross-section)槽溝長度等都列入考慮范圍,引起影響斷鉆及孔位精度