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PCB鉆孔概念

PCB就是印制電路板，PCB鉆孔是PCB制版的一個(gè)過(guò)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(gè)過(guò)孔，結(jié)構(gòu)需要，打個(gè)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(huì)有一鉆二鉆

線路板鉆孔耗材

• 數(shù)控鉆孔機(jī)或者比較先進(jìn)的還有激光鉆孔設(shè)備。
• 根據(jù)工廠生產(chǎn)需要不同型號(hào)的鉆頭；以及鉆頭需要用到的膠粒。
• 手動(dòng)的磨鉆頭的機(jī)器
• 超聲波鉆頭清洗機(jī)；
• 生產(chǎn)時(shí)需要用到的墊板和鋁片是必不可少的，還有紅膠片；是用來(lái)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(shí)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(duì)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(diǎn)來(lái)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(wèn)題；對(duì)于小孔鉆則著重于下列幾點(diǎn)；

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(zhǎng)；
• 減少鉆污產(chǎn)生的程度；
• 減少進(jìn)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(qiáng)度降低及退屑槽減小排屑困難而變得更加重要。對(duì)于鉆孔機(jī)，鉆孔條件及使用的鉆針若不作研討，則仍有許多問(wèn)題無(wú)法解決。而鉆針的形狀及材質(zhì)有更進(jìn)一步的改善，鉆孔問(wèn)題將會(huì)減少，而在目前條件限制下，也尚能對(duì)產(chǎn)量及刀具壽命作一定程度的改善。針對(duì)鉆針的幾何特性（鉆尖角）,槽溝長(zhǎng)度，鉆針的橫切面，可采用添加碳化物材質(zhì)以提供較高強(qiáng)度的鉆針來(lái)實(shí)行更有效的鉆孔及超小孔徑的鉆孔。

鉆針的斷針問(wèn)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(wèn)題。發(fā)生斷針的主要原因除了材料的等級(jí)和鉆針的幾何形狀外，尚有以下幾種情況造成：

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

鉆孔操作條件

鉆孔機(jī)： 鉆機(jī)本身的震動(dòng)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(duì)振動(dòng)的要求位鉆振直徑在0.1-0.3毫米時(shí),振幅在微米以下;鉆針直徑在0.35-0.5毫米時(shí), 振幅在10微米以下,同時(shí)從生產(chǎn)力的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō),鉆針直徑減小時(shí),鉆軸轉(zhuǎn)速必須相對(duì)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(shí),仍會(huì)有震動(dòng)問(wèn)題,高性能高頻率之氣動(dòng)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(shí)在高精度的要求下,機(jī)器的震動(dòng)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(zhǎng),因此基板的機(jī)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(shí)是比較困難的.當(dāng)銅箔層數(shù)增加時(shí)對(duì)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(shí)或鉆針的直徑減小,鉆孔變的困難,同時(shí)也容易斷針,特別是鉆針直徑減小后相對(duì)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(diǎn)亦會(huì)造成超過(guò)破裂強(qiáng)度的影響,所以超小直徑鉆針的強(qiáng)度相對(duì)減弱,.為彌補(bǔ)其強(qiáng)度必須增加鉆腹(Web)厚度及降低排屑槽面積的比例,也對(duì)排屑能力及切削阻力也產(chǎn)生副面的影響,有些實(shí)例顯示斷針也由于退屑不良造成.所以對(duì)強(qiáng)度的增加應(yīng)著眼于高破壞強(qiáng)度碳化物材質(zhì)的尋求及鉆針形狀的改進(jìn).

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(jì)算出來(lái)的.從生產(chǎn)力及刀具壽命的角度來(lái)看有其適宜的速度范圍.對(duì)一般直徑的鉆頭而言是100-200米/分鐘,但對(duì)于超小直徑鉆頭而言,此速度變得相當(dāng)高,甚至超過(guò)10000轉(zhuǎn)/分鐘(對(duì)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(dòng)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(jìn)刀亮:在鉆孔過(guò)程中,進(jìn)刀量與鉆針的切削阻力關(guān)系較為密切.當(dāng)進(jìn)刀量增加時(shí)鉆頭所收的扭力及推力也比例的增加.對(duì)小鉆針而言,為了增加破壞強(qiáng)度所作的加大鉆腹及減小排屑槽面積的比例,使得鉆孔過(guò)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(jìn)刀量.通常在鉆小孔時(shí),進(jìn)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(shí),進(jìn)刀量(Feed Rate)也許相對(duì)減小.
• 進(jìn)料板或蓋板:起作用是保護(hù)線路板上的線路,減少毛頭的產(chǎn)生,改進(jìn)孔的品質(zhì),增加放熱能力及鉆孔的精確度等.但對(duì)小孔而言蓋板的使用不完全有用,因會(huì)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(shí),有時(shí)不用蓋板反而能獲得更佳的結(jié)果.在使用蓋板時(shí),厚度的選擇以工作是不產(chǎn)生飄動(dòng)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(duì)蓋板的要求,尤其是對(duì)高準(zhǔn)確度的鉆孔
• 穿透深度(Depth Of Penetration):是指鉆頭穿過(guò)線路板后在完成一行程所需對(duì)墊板(Back-up)所作的額外穿透程度而言,其長(zhǎng)度由線路板每一疊最下層低面算起至鉆頭所在的最低點(diǎn)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(guò)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(duì)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(duì)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(zhǎng)度的鉆針來(lái)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(kāi)始鉆時(shí)在導(dǎo)引孔處能容許少許彎曲(Bending),同時(shí)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(guò)一定值後,鉆針通常會(huì)在未達(dá)到設(shè)定的鉆孔數(shù)前斷針,所以對(duì)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(lái)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(shí)便會(huì)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(jī).
• 分段式鉆孔是以同一鉆針作多次往復(fù)式動(dòng)作來(lái)完成鉆孔操作,由于在鉆孔過(guò)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(duì)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(jī)會(huì)大增.

小孔徑鉆針的碳化物材質(zhì)等級(jí)

小孔鉆針的碳化物材質(zhì)等級(jí)

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(shí)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(zhǎng)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(qiáng)度及撓性(抗折)強(qiáng)度.此外對(duì)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(jí)程度要求.超小鉆針材質(zhì)等級(jí)具有超過(guò)500公斤/平方毫米斷裂強(qiáng)度.可通過(guò)逐漸增加進(jìn)刀量來(lái)提高切削負(fù)荷的方法對(duì)不同材質(zhì)等級(jí)的抗折強(qiáng)度作一比較.MD30具有極佳的抗折及斷裂強(qiáng)度,為得到如此撓曲強(qiáng)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(huì)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(yù)材質(zhì)等級(jí),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(zhǎng)度等.鉆針的抗折強(qiáng)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(shí)因孔曲造成的孔位偏差也因而減小.鉆尖角會(huì)影響到切削的難易程度及鉆針的彎曲,對(duì)小孔而言容易彎折(Bending)的是一個(gè)特別的現(xiàn)象.當(dāng)具有小鉆尖角的鉆針在切削環(huán)氧樹(shù)脂膠片(Prepreg)內(nèi)較為堅(jiān)硬的部分(如玻璃纖維)會(huì)產(chǎn)生偏移情形,即因鉆針發(fā)生彎曲造成, 換句話說(shuō),當(dāng)鉆尖角較大時(shí)鉆針阻力會(huì)增加,易發(fā)生斷針.鉆尖角較大時(shí)會(huì)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(zhǎng)度增加時(shí)會(huì)因彎曲力矩的增加而使鉆針易于彎曲,相對(duì)孔位精度也降低.當(dāng)晚趨向銅的程度是,具有較長(zhǎng)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(zhǎng)度下,槽溝長(zhǎng)度越長(zhǎng)的鉆針不易折斷.

結(jié)論:機(jī)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(duì)鉆孔條件而言，小心控制鉆軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)刀量，蓋板厚度，穿透深度等是很重要的；但對(duì)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(jí)以提高硬度，增加彎折抗力是必要的，意見(jiàn)低鉆針斷折問(wèn)題。
• 在鉆針形狀上,鉆尖角,槽勾結(jié)面(Flute Cross-section)槽溝長(zhǎng)度等都列入考慮范圍,引起影響斷鉆及孔位精度