PCB背钻工艺开发

1、报告编号：TE-2021-9-15主题背钻工艺开发技术人员彭承刚目的开发新工艺相关工序钻孔、层压转呈人员詹总工、任经理、钟经理、刘经理日期2021-9-15处理结果POSALUX钻机能完成制作深度公差为+/-25um,水平偏移度根据二钻孔位公差限制为+/-0.1mm,二钻孔(背钻)刀径比一钻孔刀径最少大0.35mm、简介:随着信息化产业的不断推动,数字信号传输的速度越来越快,频率越来越高,以及大功率供放器的运用,传统设计的PCBS已经不能满足这种高频电路的需要.一些技术领先的交换机生产企业越来重视对于信号的完整性传输研究,且已证实PTH孔无用孔铜局部有着重大影响,所以使用背钻技术去除这局部孔可

2、以低本钱,且满足高频、高速的性能.本文主要从客户需要出发,通过筹划和试验,对如何开发此项新工艺进行一个完整的阐述.二、前期筹划2.1识别关键流程以及易产生缺陷分析2.1.1钻通孔缺陷分析：背钻的一钻孔偏会加大背钻孔与一钻孔对准度差异,对背钻精度造成较大影响,所以必须严格限制一钻孔位精度.采取举措：(1)此类孔必须采用新刀钻孔.(2)钻孔参数优化：降低CHIPLOAD.2.1.2背钻缺陷分析：背钻是利用钻机的深度限制功能实现盲孔的加工,以去除局部孔铜.其公差主要受到背钻设备精度和介质厚度公差的影响.采取举措：(1)对背钻深度进行水平研究,判断是否足够；(2)监控背钻深度和介质厚度公差.三、背钻初

3、始水平研究背钻工艺开发测量单元3.2背钻深度公差水平研究目前用于生产背钻和盲孔的钻机绝大局部为高频电子感应原理钻机,其加工精度较高,但其精度容易受外界的影响,如钻刀的电阻大小、钻刀刀尖上的粉尘与铜丝、板厚的公差、盖板与测量单元接触效果,板的翘曲度等,容易导致钻机报警和影响钻机深度限制,因此生产时需要注意选择更为适宜的钻孔物料及钻孔方法.3.2.1使用不同类型钻刀比拟从理论上说,在相同的对准度偏差的前提下,背钻钻刀的刀尖角度越小那么短线长度的偏差越大,背钻钻刀的刀尖角度越大那么短线长度,高频电子感应原理钻机工作原理为钻刀与PCB板或盖板导体接触,系统通过高频电子导通形成回路,回路的重要导体为钻刀

4、见图因此钻刀会影响背钻的精度.3.1背钻定位水平研究3.1.1当背钻backdrill与初钻力rstdrill的对准度较差时,那么会导致短线长度stublength3-1-1-1,从而影响背钻的精度.按公司难度限制表,孔位公差为+/-0.1mm.以左图为例,孔左边二钻到一钻距离47.09um,孔右边二钻到一钻距离155.12um,两边相差88um,即偏差44uni另外,为减小背钻与初钻的对准度误差,背钻与初钻时使用钻机的同一象限生产,由于PCB板钻孔时上外表的孔位精度要高于下外表的孔位精度.3.1.2与上述原理相同,要得到良好的阶梯背钻效果,且满足电性能,除需要克服偏位外,还要钻掉一钻后的孔壁

5、铜,所以其包含二钻对准度公差和孔径公差0.1mm+0.075mm共偏差0.175mm,从而得到二钻孔背钻刀径比一钻孔刀径最少要大0.35mm(0.175mmX2).3-2-1-1,并从此点开始计算下钻深度.一边大一边小图图3-1-1-1盖板图3-2-1-1图3-2-1-2现有普通焊接式钻刀见图3-2-1-2,中间焊接层电阻较大,对背钻信号传输有一定影响.所以需要使用钻刀柄与钻刀刃一体的全鸨钢钻刀.另外,刀尖角度大小影响背钻孔型和毛刺状况,现有刀尖角1300钻刀见图3-2-1-3,斜率比拟大,对深度限制效果不佳,因此有必要进行改良.但并不是刀尖角度越大越好,刀尖角度的大小还会影响钻孔的孔壁质量,

6、因此选用几类刀尖角度进行实验图3-2-1-4,实验时钻孔参数相同,实验结果如下:刀尖角度钻孔效果判断130钻刀斜率大,对深度限制效果不佳,对准度高其次165钻刀孔形最好,虽然对准度存在偏差,但斜率小,深度限制相对容易最正确180钻刀无斜率,但严重积压铜丝、粉尘和孔壁被扯裂,客户有严格要求可采用其次180平角铳刀无斜率,但严重积压铜丝、粉尘和孔壁被扯裂,同180.钻刀其次3.2.1使用不同垫木板比拟3.2.1.1我们的常规物料中,使用铝片作盖板制作盲孔钻孔,常规的铝片规格为0.15+/-0.02mm,因其很薄,钻孔时容易被钻机吸尘吸离PCBS面见图3-2-1-1,导致高频电子感应器对实际距离出如

7、图3-2-1-5所示为钻刀的刀尖角度对背钻深度影响的比照图,当钻孔深度参数不变时均钻到H2位置,钻刀的刀尖角度变大会引起背钻深度H1变大.反之,钻刀的刀尖角变小会引起背钻深度H1)变小,刀尖角度为165的钻刀参阅图3-2-1-6于刀尖角度为130的钻刀的背钻深度之间有深度差(H3),因此背钻需要严格限制钻刀的刀尖角度.需拈孔图3-2-1-5图3-2-1-6图3-2-1-3图3-2-1-4现感应误差,而且钻孔时也有粉尘藏在铝片下,同样出现高频电子感应器对实际距离出现感应误差,从而严重的降低了背钻精度.3.2.1.2在PCBS上安装单面覆铜板见图3-2-1-3,铜面向下与PCBS面直接接触,因其有

8、一定厚度和较大硬度,钻孔时不容易被吸起,且单面覆铜板的铜厚公差小+/-3um,能够减少高频电子感应器对深度的感应误差,另外,单面覆铜板的基材面有清洁钻刀的作用,能够清洁钻刀,防止粉尘、铜屑等残留,同样能够减少高频电子感应器对深度的感应误差,从而有效的提升了背钻精度.3.2.1.3比照几种物料作为盖板,测量背钻深度,见下表盖板类型GS-030纸0.26盖板A4纸0.26mm盖板酚醛盖板无盖板SP5无盖板SP6单曲覆铜板盖板铝片0.15mm盖板实测深度单位:mm0.390.390.380.390.390.380.390.380.390.380.360.370.210.190.390.380.390

9、.390.390.390.380.390.390.390.360.370.190.190.390.380.380.390.390.390.390.40.390.390.360.360.20.190.390.380.380.390.380.380.380.390.390.380.360.360.190.190.390.380.390.380.380.380.390.380.380.390.360.360.20.190.390.380.390.390.390.390.380.390.380.390.360.360.190.190.390.390.390.390.390.390.380.390.39

10、0.380.360.360.20.190.390.380.380.390.390.390.380.380.380.380.360.370.190.190.380.380.390.380.390.390.380.390.380.380.370.360.20.190.380.390.390.380.390.380.390.380.380.380.370.360.190.19MAX0.390.390.390.40.390.370.21MIN0.380.380.380.380.380.360.19Rang0.410.360.410.360.410.360.410.360.410.360.390.340

11、.2250.175R-CPK1.601.671.601.811.631.911.351.411.671.602.061.691.871.05AVG0.38550.38650.3870.38550.38450.36250.193STD0.00510.00490.00470.00600.00510.00440.0057R0.01000.01000.01000.02000.01000.01000.0200CP1.631.701.771.381.631.881.46为盖板的效果最正确.采用165鸨钢一体钻刀,配合单面覆铜板作为盖板,POSALU钻机可以将背钻公差限制在+/-25um.四、现场限制与实施

12、4.1流程限制实现孔口锡厚均匀性会影响背钻深度的限制,在一钻孔的根底上实现背钻,得到如下效果图图165鸨钢一体钻刀,配合单面覆铜板作为盖板CPK1.601.601.631.351.601.691.05Ca0.020.060.080.02-0.02-0.10-0.28从上表可以看出,除铝片外,其它几类盖板都能限制深度CPK在1.33以上,且其中以单面覆铜板作3.3结论3.3.1根据我司量产定位精度,背钻二钻孔刀径比一钻孔刀径最少要大0.35mm；3.3.23-1)4.24.2.14.2.2背钻限制实现按如下代码编写钻孔程式,实现POSALU新机的盲孔钻功能头文件T01M84XYW0.5X丫X丫M85T02使用钻孔物料盲孔功能翻开W0.5即由铝片或铜皮不加铝片开始再下钻0.5mm深度盲孔功能关闭其它钻孔坐标4.2.3操作步骤根据客户PCB的特性要求,流程可选择在镀铜后或蚀刻后工序但尽量不安排在喷锡后工序制作,因图3-1(1)将PCB板放置于