电路板钻孔知识.doc

钻孔的目的1）在线路板上产生一个通道，容许后续工序完成连接线路板的上,下面或者中间线路层之间的电性能。 2) 确保线路板元件精确和稳定安装。影响钻孔质量因素 影响钻孔工序的要素是：1)材料，例如：基板、钻孔盖板和底板、钻咀。2)工序包括机器参数、技术。 3)操作人员。 4)对孔质量、钻咀、工序机器的评估的控制。 以上所有的要素如果完全得到控制和提高，那么，自然可以得到高质量的孔。这样的孔可以直接电镀，不需要经过去毛刺 、去污 、和回蚀工序，可以使工序简单、高产量和低物耗。 要素的作用和关系如下图所示：所示的要素是相互依赖的，但最终会在下钻速、主轴转速、物料和可生产性上选择，来决定钻孔质量和精度 。鑽咀知识钻咀结构示意图及各部分的名称：整体示意图：横向放大图：钻咀材料：线路板使用的钻咀的材料是碳化钨。这主要是考虑到费用、磨损性、可加工性和可取放性。还没有其它材料被证明可以用来制造钻咀 。钻咀设计：钻咀的设计与钻咀的材料同样重要。钻咀的设计和钻咀的磨损影响钻孔的温度、排屑能力、造成出口与入口处的批锋、孔壁的光滑程度(所有都与孔的质量直接相联系)。 钻尖角 对于纸类线路板,钻尖夹角通常是90到110之间。而对于纤维材料钻尖夹角通常是115到130 之间。到目前为止，最常用的钻尖夹角是130 。 凹槽或螺旋角 凹槽或螺旋角决定将碎屑从孔中移走的能力。螺旋角变化的范围是20至50。20角的螺旋角排屑快但切削能力差，高的螺旋角(50)会产生较小的塑性带，但碎屑排出减慢：如图，螺旋角A为 30 是一个较好折中值，在产生较小的塑性带和快速排屑之间，这个折中值减少了钻孔的温度。 释放槽 在钻孔过程中，钻咀面积与孔壁接触的面积的大小会造成温度的升高。为了减少接触面积制造商将刃口或切削部分后面的材料移走，来减小摩擦，降低钻孔温度。在其它几何尺寸相同的情况下，刃口部分越窄，钻孔温度冷却越好。刃口释放槽的长度也影响钻孔的温度，下图所示为配有部分释放槽a)、完全释放槽b)、和铲式头c)的钻咀。钻咀设计时采用大释放槽，由于与孔壁接触的面积小，因此，钻咀有较好的冷却。在其它因数相同时，部分释放槽设计的钻咀比完全释放槽设计的钻咀温度高，而铲式释放槽的钻咀比完全释放槽的钻咀温度低。钻咀的表面 钻咀完成的表面很重要，钻咀表面越光滑，钻孔的冷却越好。钻咀完成表面必须低于4uinch.钻咀的凹槽容积 钻咀凹槽的空间容积是另一个设计时考虑的重要因数。容积越大，钻咀移碎屑的能力越大，但较大的凹槽空间(较薄的中心厚度)将会导致钻咀容易折断。设计上采用不增加中心厚度而在钻柄和凹槽面积之间增加了阶梯来减小直径的方法加强了钻咀的强度，增加的阶梯通过降低凹槽与钻炳之间过度的突然性来加强钻嘴的强度。钻咀的取放1.切削刃口或钻尖必须保证不要被金属或硬的表面挤压。2.钻嘴相互之间更不能接触 。3.接受钻嘴后，钻嘴必须要被清洁。1/8inch的钻嘴的凹槽必须被使用orange stick清洁。 使用较小的力将钻嘴上脱落的碳化物和其它杂质移走 。4.钻嘴的几何尺寸(长度、直径)应该使用非接触式的方法测量。千分表可以导致钻尖的损坏,必须静止使用激光和其它的光学仪器可以保证较高的精度和非接触式的测量。钻咀的外观缺点的判断 对于新钻嘴和翻磨的钻嘴来讲，一个好的检查方法是重要的。碳化物的钻咀根据工业标准来生产，但工业标准的差异导致钻咀质量的不同。 钻咀检察员必须使用40X至140X的显微镜来检查钻咀。钻咀必须被固定在固定的模具上， 每个钻咀必须使用立体显微镜来检查。钻咀的外观缺点碎裂（CHIP）：在钻咀首切削刃上的碎裂将影响切削的锋利及切削效率。是一个非常严重的缺点。碎裂检查参数表：直径范围（MIL） 放大倍数 2 - 13 50X 13.1 - 26 40X 26.1 - 46.5 30X 46.6 - 125 20X 125.1- 180 15X 180.1- 263.9 10X 钻咀的外观缺点大头(FLARE)：大头是钻咀的一个表观缺点,对钻孔无功能性影响碎裂检查参数表：直径范围(MIL) 最大值 2 - 13 2 13.5 - 26 3 26.1 - 46.5 4 46.6 - 125 4 125.1- 180 5 180.1- 263.9 6 钻咀外观缺点-错离（GAP）错离对钻咀无功能性影响错离检查参数表：Mil(千分之一英寸) 直径范围 最大容许值 2 - 13 0.2 13.5 - 26 0.3 26.1 - 46.5 0.4 46.6 - 125 0.5 125.1- 180 0.8 180.1- 263.9 1.2 钻咀外观缺点-凹钩（Hook)小的凹钩对钻咀的功能性无影响,大的凹钩影响钻咀的切削刃凹钩检查参数表：Mil(千分之一英寸) 直径范围 最大容许值 2 - 13 0.2 13.5 - 26 0.3 26.1 - 46.5 0.4 46.6 - 125 0.5 125.1 - 180 0.8 180.1 - 263.9 1.2 钻咀外观缺点-圆角（layback)圆角是一个严重的外观缺点，影响钻孔的品质圆角检查参数表Mil(千分之一英寸) 直径范围 最大容许值 2 - 13 0.1 13.1 - 26 0.1 26.1 - 46.5 0.2 46.6 - 125 0.2 125.1 - 180 0.3 180.1 - 263.9 0.4 钻咀外观缺点-小头（negative)小头是钻咀的一个表观缺点(非功能性)小头检查参数表Mil(千分之一英寸) 直径范围 最大容许值 2 - 13 1 13.5 - 26 1 26.1 - 46.5 1 46.6 - 125 2 125.1 - 180 2 180.1 - 263.9 2 钻咀外观缺点-偏心（offcenter)偏心是由于切削刃偏心导致的,它会引起钻孔出现偏孔,对钻孔有功能影响偏心检查参数表：Mil(千分之一英寸) 直径范围 最大容许值 2 - 13 0.2 13.1 - 26 0.3 26.1 - 46.5 0.4 46.6 - 125 0.5 125.1 - 180 0.8 180.1 - 263.9 1.2 钻咀外观缺点-大小边(offset)大小边是由于切削刃的宽度不同造成的,它会导致偏孔,孔的圆度不圆大小边检查参数表 ：Mil(千分之一英寸) 直径范围 最大容许值 2 - 13 0.2 13.1 - 26 0.3 26.1 - 46.5 0.4 46.6 - 125 0.5 125.1 - 180 0.8 180.1 - 263.9 1.2 钻咀外观缺点-重叠（overlap)重叠影响钻孔的钻中性重叠检查参数表Mil(千分之一英寸) 直径范围 最大容许值 2 - 13 0.2 13.5 - 26 0.3 26.1 - 46.5 0.4 46.6 - 125 0.5 125.1 - 180 0.8 180.1 - 263.9 1.2 钻咀外观缺点-偏心（offcenter)偏心是由于切削刃偏心导致的,它会引起钻孔出现偏孔,对钻孔有功能影响偏心检查参数表：Mil(千分之一英寸) 直径范围 最大容许值 2 - 13 0.2 13.1 - 26 0.3 26.1 - 46.5 0.4 46.6 - 125 0.5 125.1 - 180 0.8 180.1 - 263.9 1.2 钻咀外观缺点-大小边(offset)大小边是由于切削刃的宽度不同造成的,它会导致偏孔,孔的圆度不圆大小边检查参数表 ：Mil(千分之一英寸) 直径范围 最大容许值 2 - 13 0.2 13.1 - 26 0.3 26.1 - 46.5 0.4 46.6 - 125 0.5 125.1 - 180 0.8 180.1 - 263.9 1.2 钻咀外观缺点-重叠（overlap)重叠影响钻孔的钻中性重叠检查参数表Mil(千分之一英寸) 直径范围 最大容许值 2 - 13 0.2 13.5 - 26 0.3 26.1 - 46.5 0.4 46.6 - 125 0.5 125.1 - 180 0.8 180.1 - 263.9 1.2 钻孔知识-盖板盖板 1）盖板的位置 在钻孔的过程中，被放在被钻板的上侧。 2）盖板的作用 a) 用来阻止板的铜面被主轴的压力脚损坏； b) 减少钻入时造成的批锋； c) 减小钻的摆动。 3）盖板的要求 a) 必须不能导致钻咀的损坏或过分的磨损，导致钻咀磨损的盖板将会孔壁质量差。 b) 不能造成孔壁污染或增加钻孔的温度，导致钻孔温度升高的盖板会导致产生大量的污物。 c) 表面光滑、平整是非常重要的性质。在钻孔的过程中，不能被弯曲或扭曲。 d) 使钻咀有居中性和阻止在基材上表面造成批锋的产生很重要。 e) 盖板应该不含有象油性性的有机树脂等可以沉积或污染孔壁的污物。 下表列出了可使用的盖板材料。要获得精确的钻孔精度，较少的批锋产生，必须使用最好的盖板。这也可以确保轻便钻孔，减小钻咀上碳化物的产生，降低钻咀的温度，没有影响图电工序的污物。 名 称 描 述 铝衣板 在不会造成污物的内层两面各有一层铝合金 实心铝板 530mils厚度.不同的合金 酚.树脂基础 1222mils厚度,60%的树脂,其它成分是纸 酚.纸基础 1522mils厚度,60%的纸,其它成分是树脂 经过长时间的钻孔后，在钻尖或刃口释放部分可以观察到污物。酚类盖板会造成过高的温度及造成树脂沉淀在钻咀上。最坏时，它们可能直接导致孔壁污物的增加。实心铝板当太厚或太软时可以造成钻咀碎屑、降低切削效率、增加温度。盖板经常被使用，而选择盖板应依据物耗的情况来决，.选择能够导致较少问题的材料是一个好的经验.。钻孔知识-底板底板 1）底板的位置 底板被放在基材的下面 2) 底板的作用 a) 来终止钻击的结束 b) 防止造成出口批锋 3) 底板材料的选择 a) 应该不含有低温易溶化的有机树脂 b) 易切割方便运输 c) 形成的碎片较软不会对孔壁有损坏 d) 好的软度，以致在钻击过程中降低摩擦 e) 底板的表面应该有足够的硬度，以保证钻咀在钻出铜皮处不会形成毛刺。 f) 底板平坦，对基材有足够的支持 g) 底板必须在尺寸上稳定，在厚度上及密度一致，不会弯曲、翘曲 下表按质量的好坏排列了底板的可用材料描述 特点描述 鼓起的铝材(vented aluminum) 铝结构确保钻咀停留在空气中 铝衣材料(aluminum-clad) 两层非常薄的铝层，与中间是非污染的材料粘结而成 纸衣材料(paper-clad) 外层是纸，内层是木头 酚醛树脂材料(phenolic-clad) 两层薄的酚醛树脂纸与木头的中间层粘结而成 酚醛树脂(phenolic) 60%的酚醛树脂与纸合成* 硬板(hardboard) 树脂和油与木材纤维压合而成* *此类底板的主要问题是板曲。 4) 使用较差底板造成的问题： a) 断钻咀的升高 b) 明显的孔壁污物 c) 大量的孔端毛刺 d) 钻咀的污染和烧焦 e) 钻孔未穿和烧焦 d) 对于下工序，较差的底板通常导致喷锡后的通气孔(blowhole)的比例增多 5) 钻咀钻入底板的深度控制 钻入底板的钻咀深度必须保证在0.005-0.015 之间，一般在0.010in. 6）对底板的讨论 a) 尽管在概念上非常简单，但底板在孔的质量方面有令人惊奇和深刻的影响。当钻击终止在底板上时，孔通常是切削的整齐和光滑。从底板上被切削下来的碎屑将会被从新完成的孔中移走，对孔壁会有擦痕，甚至在孔壁上造成凹坑。底板材料的选择对孔壁的综合质量有实实在在的影响。 b) 众所周知90%的断钻是在孔形成后，回刀时发生的。在以前，这种情况的发生被假定是由于机台的移动。如果这种假定是正确的，那么，在多步钻中应该同样发生该种情况，但实际上在多步钻中并没有并没有发生断钻现象。真正的答案是在收刀过程中，在钻咀的边与孔壁之间的微粒或孔壁探出的契形树脂碎片的碰击。 两种现象分别出现： 首先是从底板或基材中搜集和粘合的固体颗粒碎片 第二种现象是由于钻咀在底板中摩擦而引起钻孔的温度超出了系统中树脂的Tg (软化点)温度。 当这种现象发生时，孔壁上被软化的树脂污物在钻咀与孔壁之间，造成了过多的摩擦、拖拉，这将会导致钻咀的断裂。除了直接钻孔摩擦造成的温度问题之外，钻咀的材料碳化钨的较差的热传导性也是导致温度问题的一个方面。摩擦造成的温度，仅在切削刃，钻尖。由于热量无法被传递，温度非常快的升高，软化和溶化有机树脂，这会很大的增加钻咀的污染问题，经过污物来降低孔的质量。钻孔知识(十)-基材基材 所有的基材在制造时已经考虑到电及物理性能的要求。如何保证钻孔的容易并不是板材工程师考虑的问题。而是线路板制造商来考虑如何开发正确的参数来保证最好的孔的质量。 不同的树脂和填充材料导致不同类型的板材。从普通的至特殊的板材，将会导致钻孔的不同。从最容易的至最难钻的，一些常用的材料是G-10 树脂玻璃纤维，FR-4树脂玻璃纤维，多功能树脂,纸基板等。 1）纤维对钻孔的影响 当使用织布时，织布纤维将会影响钻孔的精度。纤维越细，钻孔的偏离越小。 2）铜箔对钻孔的影响 对于多层或双面基材，有不同厚度的铜箔，铜箔厚度与整个材料厚度的比率将会改变钻孔的优化参数，以便feeds ,speeds在比率的基础上适当的调整. 3) 板弯，板曲对钻孔的影响 尺寸的稳定,板弯,板曲的规格对于钻孔的操作有重要的作用.例如:基材不平整,会导致大量的毛刺. 4）基材厚度对钻孔的影响 被钻的基材的厚度是由使用的最小的钻咀直径来决定的，其比例因数是10倍的最小钻咀直径。例如：当使用直径0.020 inch 的最小钻咀时，最大的基材厚度应控制在0.20inch。钻击深度增大，孔偏离中心也随着增大.；对于最小的钻咀，每增大0.0625in，偏移要增大0.001in。例如：使用直径0.020的钻咀钻0.20in的基材，那麽，偏移是0.005in。假如，这个偏移无法接收，则基材的厚度要降低。 5) 钻孔前基材的预局 好的多层和双面板在钻孔之前不要预局，以便完全的矫正基材。没有矫正的基材是不可以从供应商处接收的。预局经常对于使用于基材。 6) 基材的毛刺对钻孔的影响 大板的板边的毛刺在钻孔之前必须除去掉，以便在机台码板时，板与板之间可以很好的接触，否则会导致钻孔的披锋 生产不同类型的基材板，如果要得到有质量的孔，则以下的要求要留意:： 1） 基材的Tg温度越高越好； 2） 基材必须平整，在厚度上一致、光滑，铜薄的剥落强度要高； 3） 钻孔前预局有助有尺寸的稳定，但是不能改变没有被固化的树脂； 4） 基材的储存必须在受控制的温湿度环境下，环境温度应该与钻机的环境温湿度一致； 5） 玻璃布的层数越多，玻璃与树脂的比率越高，每个孔的钻咀磨损越大； 6） 玻璃布的厚度越厚，钻孔的偏移越大 ； 7） 基材不平整，将会导致钻击入口和出口处的毛刺； 8） 基材加强用的纤维越粗(例如：石英)，钻咀的磨损越大，钻咀的寿命越短； 9） 越硬、越厚的铜薄会降低钻咀的使用寿命；钻孔知识(十一)-钻机钻机钻机的选取钻机的类型非常的多,有单轴的,手动的,电脑数字控制制的,自动的换刀具,自动上下. 钻机可以钻板的最大尺寸也不同,价格也有很大的变化.机器的选择取决于生产的能力和工序设计的类型.影响钻机的性能的因数1）机器的环境温度,湿度,无尘必须控制.2）地板必须必须保证能够支撑钻机的重量。3）钻机必须是独立的，与任何震动源隔离开4）必须有独立的供电及接地装置。5）应该聘请一些有经验的机械机工作为操作员。6）严格及好的维修计划是非常重要的，以下列出了一些相关的项目：1必须测量钻机的实际钻速和转速，不要依赖机器的读数。2吸尘系统必须维修以保证其高的流速和效率。最好是将此功能设计的高一些。3滤器必须定期的更换。4主轴的冷却系统，冷却液，热交换器必须检查，保证其干净以保证其高效。5主轴和夹头在任何时间都应该保证其清洁，使用非腐蚀性的清洁剂在金属元件上形成一层薄的保护层。*脏或磨损的夹头或脏的夹头座会加大主轴的摆动.在更换摆动太大的主轴之前,应先 清洁或更换夹头，然后在测量TIR。6必须经常检查Z轴的对位.7钻机供应商要求开机前的暖机操作必须遵守.8钻机必须小心的保持清洁.落到机台上的污物,碎片必须使用真空吸管吸走.禁止使用高压气将污物吹走. 9气体密封必须仔细的检查和维修10压力脚必须保持在基板容许的高度下钻速度（Feed）与主轴的钻速（speeds）： 钻机的下钻速率(in/minute)可以使用排屑量-CL (chip load)来表示，其转换公式: 钻孔知识(十二)-孔的检查与分类（一）1.为什么要对孔进行分类与检查？ 将钻咀钻击的次数与具体每个孔一一对应起来描绘出在钻孔的过程中的孔的质量，是非常有帮助的，特别是对于一个新产品或新基材，需优化其钻孔参数时。这样的描绘对测定钻咀的使用寿命同样是重要的。 2.孔的检查与分类的方法 正确的做好孔的检查与分类，方法是非常重要的，所使用的方法和分类等级，必须要能够描述孔的质量.下面介绍被称为“孔质量的标准”方法， 方法如下：1）最下面的基材是被用来分析孔的质量的；2）无论是采用牺牲下板或采用在基材上加测试模，对于每个直径的钻咀的每个磨损区间，在X方向、Y方向各钻两个孔。 例如下图，对于每个直径的钻咀在完成1000个孔或2000个孔等不同磨损区域时后，在测试模上钻两个孔。钻孔知识(十三)-孔的检查与分类(二）3) 用测试模的方法获得切片孔 在做切片之前采用轮廓曲线仪(profilometer)来检查批锋的高度，或在切片后使用显微镜(microscope)来检查批锋的高度。使用正常光的显微镜来检查切片，有可能时，每个磨损区域应做3至5个孔的切片，以避免统计上的失常。4) 对缺点进行检查与分析 钻孔造成铜缺点与对基材缺点应分开来确定孔的质量。每个缺点都有定性(qualitative)的和定量(quantitative)的系数。下表列出了这些缺点，及定性系数(a)和定量系数(b)。缺点定义ab铜的缺点离层(delamination)最小可以看清楚这些缺点的放大倍数50.0140X0.01100X0