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PCB工艺大全:第一道——钻孔
2430244424 | 2013-05-20 15:55:13    阅读:8198   发布文章



                 PCB工艺大全:第一道——钻孔

 


1.1 概述

   PCB单面板或双面板的制作都是在下料之后直接进行非导通孔或导通孔的钻孔, 多层板则是在完成压板之后才去钻孔。传统孔的种类除以导通与否简单的区分外,以功能的不同尚可分:零件孔,工具孔,通孔(Via),盲孔(Blind hole),埋孔(Buried hole)(后二者亦为via hole的一种).近年电子产品'轻.薄.短.小.快.'的发展趋势,使得钻孔技术一日千里,机钻,雷射烧孔,感光成孔等,不同设备技术应用于不同层次板子.本文仅就机钻部分加以介绍。


1.2 流程

   开料→钻孔→倒圆角→磨边→打磨

   开料指将板材按订单要求裁成特定尺寸的工作板;倒圆角是将原本是直角的板角加工成圆角,便于后续加工;磨边的目的在于抛光工作板边缘,以防割伤;而打磨磨的是孔周围的毛刺。


1.3 孔径参数

   捷多邦接受的最小过孔为0.3mm,最大钻孔为6.3mm。不过0.3mm的过孔并非钻机钻孔的极限,激光钻可以钻0.15mm以下,机钻的极限为0.15mm 。鉴于生产成本和工艺难度,pcb设计时尽量避免0.1mm、0.2mm的。因为不仅容易断钻,而且工艺难度加大成本的同时,使不合格板增多。所以在此建议,过孔设计≥0.35mm。


1.4 PIN流程:

钻孔作业时除了钻盲孔,或者非常高层次板孔位精准度要求很严,用单片钻之外,通常都以多片钻,意即每个stack两片或以上.至于几片一钻则视1.板子要求精度2.最小孔径3.总厚度4.总铜层数.来加以考虑. 因为多片一钻,所以钻之前先以pin将每片板子固定住,此动作由上pin机(pinning maching)执行之. 双面板很简单,大半用靠边方式,打孔上pin连续动作一次完成.多层板比较复杂,另须多层板专用上PIN机作业.


1.5 机钻工具设备

钻孔机:

钻孔机的型式及配备功能种类非常多,以下List评估重点 。

     A. 轴数:和产量有直接关系

     B. 有效钻板尺寸

     C. 钻孔机台面:选择振动小,强度平整好的材质。

     D. 轴承(Spindle)

     E. 钻盘:自动更换钻头及钻头数

     F. 压力脚

     G. X、Y及Z轴传动及尺寸:精准度,X、Y独立移动

     H. 集尘系统:搭配压力脚,排屑良好,且冷却钻头功能

     I. Step Drill的能力

     J. 断针侦测

     K. RUN OUT



                 

                          图1 全自动钻孔机



槽刀:

   捷多邦最小槽刀为0.65mm,槽孔称为连孔。槽刀相比于“钻咀”而言,相对不易断。但在设计槽孔时不要小于0.65mm。图2即为槽刀。


                   


其他:刨边机用于磨边,打磨机用于打磨。




 




1.6 钻孔房环境设计

     A. 温湿度控制

     B. 干净的环境

     C. 地板承受之重量

     D. 绝缘接地的考虑

     E. 外界振动干扰


1.7 物料介绍

   钻孔作业中会使用的物料有钻针(Drill Bit),垫板(Back-up board),盖板(Entry board)等.以下逐一介绍:图6.1为钻孔作业中几种物料的示意图.

   6.4.2.1 钻针(Drill Bit), 或称钻头,

   其质量对钻孔的良窳有直接立即的影响, 以下将就其材料,外型构、及管理简述之。

   A. 钻针材料 钻针组成材料主要有三:

     a. 硬度高耐磨性强的碳化钨 (Tungsten Carbide ,WC)

     b.耐冲击及硬度不错的钴 (Cobalt)

     c.有机黏着剂.

   三种粉末按比例均匀混合之后,于精密控制的焚炉中于高温中在模子中烧结 (Sinter) 而成.其成份约有 94% 是碳化钨, 6% 左右是钴。 耐磨性和硬度是钻针评估的重点其合金粒子愈细能提高硬度以及适合钻小孔.通常其合金粒子小于1 micron.

   B. 外型结构  

   钻针之外形结构可分成三部份,见图6.2,即钻尖 (drill point)、退屑槽 ( 或退刃槽 Flute )、 及握柄 (handle,shank)。 以下用图标简介其功能:

   a. 钻尖部份 (Drill Point)- 图6.3

     (1) 钻尖角 (Point Angle)

     (2) 第一钻尖面 (Primary Face)及角

     (3) 第二钻尖面 (Secondary face)及角

     (4) 横刃 (Chisel edge)

     (5) 刃筋 (Margin)

   钻尖是由两个窄长的第一钻尖面 及两个呈三角形钩状的第二钻尖面 所构成的, 此四面会合于钻尖点,在中央会合处形成两条短刃称为横刃 (Chisel edge), 是最先碰触板材之处, 此横刃在压力及旋转下即先行定位而钻入stack中, 第一尖面的两外侧各有一突出之方形带片称为刃筋 (Margin), 此刃筋一直随着钻体部份盘旋而上,为钻针与孔壁的接触部份.而刃筋与刃唇交接处之直角刃角 (Corner) 对孔壁的质量非常重要,钻尖部份介于第一尖面与第二尖面之间有长刃, 两长刃在与两横刃在中间 部份相会而形成突出之点是为尖点, 此两长刃所形成的夹角称钻尖角 (Point angle), 钻纸质之酚醛树脂基板时因所受阻力较少, 其钻尖角约为 90 ° ~ 110 °, 钻 FR4 的玻纤板时则尖角需稍钝为115 ° ~ 135 °, 最常见者 为 130 °者。 第一尖面与长刃之水平面所呈之夹面角约为 15°称为第一尖面角 (Primary Face Angle), 而第二尖面角则约为 30 °, 另有横刃与刃唇所形成的夹角称为横刃角 (cheisel Edge Angle)。   

   b. 退屑槽 (Flute)   

   钻针的结构是由实体与退屑的空槽二者所组成。实体之最外缘上是刃筋, 使钻针实体部份与孔壁之间保持一小间隙以减少发热。其盘旋退屑槽 (Flute) 侧断面上与水平所成的旋角称为螺旋角(Helix or Flute Angle),此螺旋角度 小时, 螺纹较稀少,路程近退屑快, 但因废屑退出以及钻针之进入所受阻力较 大, 容易升温造成尖部积屑积热,形成树脂之软化而在孔壁上形成胶渣 (smear)。此螺旋角大时钻针的进入及退屑所受之磨擦阻力较小而不易发热, 但退料太慢。   

   c. 握柄 (Shank)

       被 Spindle 夹具夹住的部份, 为节省材料有用不锈钢的。

       钻针整体外形有4种形状:

         (1) 钻部与握柄一样粗细的 Straight Shank,

         (2) 钻部比主干粗的称为 Common Shank。

         (3) 钻部大于握柄的大孔钻针

         (4) 粗细渐近式钻小孔钻针。

     C. 钻针的检查与重磨

       a. 检查方法 20~40倍实体显微镜检查,见图6.4

       b. 钻针的重磨 (Re-Sharpping) 为孔壁品质钻针寿命,可依下表做重磨管理。 一般钻针以四层板之三个迭高 (High) 而言, 寿命可达 5000-6000 击(Hit), 总 共可以重磨三次。(应重磨击数表)


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