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帶你了解PCB線路板設計需要知道的鉆孔工藝!

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鉆孔是PCB線路板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。

  

 

一、PCB鉆孔技術(shù):

PCB 鉆孔技術(shù)主要分兩種,機械鉆孔和激光鉆孔。

 

 

 

 

(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)依賴于鉆頭,這些鉆頭可以鉆出的最小孔徑約為6密爾(mil) 相當于:( 0.1524 mm)。


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)。如果忽視這一點,則會導致出現(xiàn)錯誤的孔,從而導致電路板報廢。


(2)激光鉆孔:

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 mil(0.05mm)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。在這種情況下激光鉆孔,該過程的成本也相對較高。


二、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。





(2) 數(shù)控機床:


鉆孔機是一種預編程的計算機數(shù)控(CNC)機器。鉆孔根據(jù)輸入CNC系統(tǒng)的X Y 坐標進行。主軸以高 RPM 旋轉(zhuǎn),確保在板上準確鉆孔。




電路板廠了解到,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數(shù)量而異。



三、PCB 鉆孔的兩個重要方面

(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、鉆孔的分類

電鍍孔 (PTH) 是承載信號的導電通孔,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。元器件安裝孔非電鍍孔 INPTH 是不導電的為 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。



(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) =0.006

邊到邊間隙 (從任何其他表面元素)(最小值) = 0.005


五、鉆孔產(chǎn)生的問題

鉆具反復使用后,容易磨損和斷裂。這會導致以下問題:


(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

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


(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.這再次導致不良的銅鍍層,并導致通孔和電路的內(nèi)層之間的導電故障。


(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,這些銅彎曲會導致電鍍不均勻并導致導電性問題。


(6)分層

電路板層的部分分離被認為是分層,鉆孔不當會導致分層。



六、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電性。


(2)去毛刺

可以消除金屬 (銅) 的凸起端(冠部) ,稱為毛刺??變?nèi)遺留的任何碎屑都通過去毛刺過程消除,去毛刺后重復去污過程。


(3)分層

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


隨著產(chǎn)品性能的提高,PCB也在不斷更新發(fā)展,線路越來越密集,需要安置的元器件越來越多,但PCB的大小不僅不會變大,反而變得越來越小,那么,這時候要想在板塊上鉆孔,則需要相當?shù)募夹g(shù)了。

 


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