PCB钻孔
2022-9-9
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YSA意萨主轴机钻部分加以介绍。
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
一般客户接受的最小过孔为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，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，对于YSA意萨钻孔主轴要求极高。
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. 主轴选择YSA意萨高精密ER夹头主轴
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
槽刀：
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。
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
1. 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
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)
小结：
就采用YSA意萨高速主轴而言，对于钻孔精度在0.15MM的精度要求而言，在实际测量孔位偏差0.05跳动，切孔内圆光滑无毛刺，对于PCB板的精密钻孔具有极大的精度优势。
