PCB背鉆工藝開發(fā)

1、背鉆工藝開發(fā)報告編號：TE - 2009-9-15主題背鉆工藝開發(fā)技術(shù)人員彭承剛目的開發(fā)新工藝相關(guān)工序鉆孔、層壓轉(zhuǎn)呈人員詹總工、任經(jīng)理、鐘經(jīng)理、劉經(jīng)理日期2009-9-15處理結(jié)果POSALUX鉆機(jī)能完成制作深度公差為+/-25um，水平偏移度根據(jù)二鉆孔位公差控制為+/-0.1mm，二鉆孔（背鉆）刀徑比一鉆孔刀徑最少大0.35mm一、簡介：隨著信息化產(chǎn)業(yè)的不斷推動，數(shù)字信號傳輸?shù)乃俣仍絹碓娇?，頻率越來越高，以及大功率供放器的運(yùn)用，傳統(tǒng)設(shè)計的PCB板已經(jīng)不能滿足這種高頻電路的需要。一些技術(shù)領(lǐng)先的交換機(jī)生產(chǎn)企業(yè)越來重視對于信號的完整性傳輸研究，且已證明PTH 孔無用孔銅部分有著重大影響，所以使用背

2、鉆技術(shù)去除這部分孔可以低成本，且滿足高頻、高速的性能。本文主要從客戶需要出發(fā)，通過策劃和試驗，對如何開發(fā)此項新工藝進(jìn)行一個完整的闡述。二、前期策劃2.1 識別關(guān)鍵流程以及易產(chǎn)生缺陷分析 2.1.1 鉆通孔缺陷分析：背鉆的一鉆孔偏會加大背鉆孔與一鉆孔對準(zhǔn)度差異，對背鉆精度造成較大影響，所以必須嚴(yán)格控制一鉆孔位精度。采取措施：（1）此類孔必須采用新刀鉆孔。（2）鉆孔參數(shù)優(yōu)化：降低CHIPLOAD 。2.1.2 背鉆缺陷分析：背鉆是利用鉆機(jī)的深度控制功能實現(xiàn)盲孔的加工，以去除部分孔銅。其公差主要受到背鉆設(shè)備精度和介質(zhì)厚度公差的影響。采取措施： （1）對背鉆深度進(jìn)行能力研究，判斷是否足夠；（2）監(jiān)控背

3、鉆深度和介質(zhì)厚度公差。三、背鉆初始能力研究 3.1 背鉆定位能力研究 當(dāng)背鉆（back drill）與初鉆（first drill）的對準(zhǔn)度較差時，則會導(dǎo)致短線長度（stub length）一邊大一邊小（圖3-1-1-1），從而影響背鉆的精度。按公司難度控制表，孔位公差為+/-0.1mm。以左圖為例，孔左邊二鉆到一鉆距離47.09um，孔右邊二鉆到一鉆距離155.12um，兩邊相差88um，即偏差44um。 圖3-1-1-1另外，為減小背鉆與初鉆的對準(zhǔn)度誤差，背鉆與初鉆時使用鉆機(jī)的同一象限生產(chǎn)，因為PCB板鉆孔時上表面的孔位精度要高于下表面的孔位精度。 與上述原理相同，要得到良好的階梯背鉆效果

4、，且滿足電性能，除需要克服偏位外，還要鉆掉一鉆后的孔壁銅，所以其包含二鉆對準(zhǔn)度公差和孔徑公差（0.1mm+0.075mm）共偏差0.175mm，從而得到二鉆孔（背鉆）刀徑比一鉆孔刀徑最少要大0.35mm（0.175mm×2）。3.2 背鉆深度公差能力研究目前用于生產(chǎn)背鉆和盲孔的鉆機(jī)絕大部分為高頻電子感應(yīng)原理鉆機(jī)，其加工精度較高，但其精度容易受外界的影響，如鉆刀的電阻大小、鉆刀刀尖上的粉塵與銅絲、板厚的公差、蓋板與測量單元接觸效果，板的翹曲度等，容易導(dǎo)致鉆機(jī)報警和影響鉆機(jī)深度控制，因此生產(chǎn)時需要注意選擇更為合適的鉆孔物料及鉆孔方法。3.2.1 使用不同類型鉆刀比較從理論上說，在相同的對

5、準(zhǔn)度偏差的前提下，背鉆鉆刀的刀尖角度越小則短線長度的偏差越大，背鉆鉆刀的刀尖角度越大則短線長度，高頻電子感應(yīng)原理鉆機(jī)工作原理為鉆刀與PCB板或蓋板（導(dǎo)體）接觸，系統(tǒng)通過高頻電子導(dǎo)通形成回路，回路的重要導(dǎo)體為鉆刀（見圖3-2-1-1），并從此點開始計算下鉆深度。因此鉆刀會影響背鉆的精度。 圖3-2-1-1 圖3-2-1-2現(xiàn)有普通焊接式鉆刀（見圖3-2-1-2），中間焊接層電阻較大，對背鉆信號傳輸有一定影響。所以需要使用鉆刀柄與鉆刀刃一體的全鎢鋼鉆刀。另外，刀尖角度大小影響背鉆孔型和毛刺狀況，現(xiàn)有刀尖角130°鉆刀（見圖3-2-1-3），斜率比較大，對深度控制效果不佳，因此有必要進(jìn)行改

6、進(jìn)。 圖3-2-1-3 圖3-2-1-4如圖3-2-1-5所示為鉆刀的刀尖角度對背鉆深度影響的對比圖，當(dāng)鉆孔深度參數(shù)不變時（均鉆到H2位置），鉆刀的刀尖角度變大會引起背鉆深度（H1）變大。反之，鉆刀的刀尖角變小會引起背鉆深度（H1）變小，刀尖角度為165°的鉆刀（參閱圖3-2-1-6）于刀尖角度為130°的鉆刀的背鉆深度之間有深度差（H3），因此背鉆需要嚴(yán)格控制鉆刀的刀尖角度。 圖3-2-1-5 圖3-2-1-6但并不是刀尖角度越大越好，刀尖角度的大小還會影響鉆孔的孔壁質(zhì)量，因此選用幾類刀尖角度進(jìn)行實驗（圖3-2-1-4），實驗時鉆孔參數(shù)相同，實驗結(jié)果如下：刀尖角度鉆孔效果

7、判斷130°鉆刀斜率大，對深度控制效果不佳，對準(zhǔn)度高 其次165°鉆刀孔形最好，雖然對準(zhǔn)度存在偏差，但斜率小，深度控制相對容易最佳180°鉆刀無斜率，但嚴(yán)重積壓銅絲、粉塵和孔壁被扯裂，客戶有嚴(yán)格要求可采用其次180°平角銑刀無斜率，但嚴(yán)重積壓銅絲、粉塵和孔壁被扯裂，同180°鉆刀其次 使用不同墊木板比較.1 我們的常規(guī)物料中，使用鋁片作蓋板制作盲孔鉆孔，常規(guī)的鋁片規(guī)格為0.15+/-0.02mm，因其很薄，鉆孔時容易被鉆機(jī)吸塵吸離PCB板面（見圖3-2-1-1），導(dǎo)致高頻電子感應(yīng)器對實際距離出現(xiàn)感應(yīng)誤差，而且鉆孔時也有粉塵藏在鋁片下，同樣出現(xiàn)高

8、頻電子感應(yīng)器對實際距離出現(xiàn)感應(yīng)誤差，從而嚴(yán)重的降低了背鉆精度。.2 在PCB板上安裝單面覆銅板（見圖3-2-1-3），銅面向下與PCB板面直接接觸，因其有一定厚度和較大硬度，鉆孔時不容易被吸起，且單面覆銅板的銅厚公差小（+/-3um），能夠減少高頻電子感應(yīng)器對深度的感應(yīng)誤差，另外，單面覆銅板的基材面有清潔鉆刀的作用，能夠清潔鉆刀，避免粉塵、銅屑等殘留，同樣能夠減少高頻電子感應(yīng)器對深度的感應(yīng)誤差，從而有效的提高了背鉆精度。 圖3-2-1-1 圖3-2-1-2 圖3-2-1-3.3 對比幾種物料作為蓋板，測量背鉆深度，見下表蓋板類型GS-030紙0.26蓋板A4紙0.26mm蓋板酚醛蓋板無蓋板SP

9、5無蓋板SP6單面覆銅板蓋板鋁片0.15mm蓋板實測深度(單位:mm)0.390.390.380.390.390.380.390.380.390.380.360.370.210.190.390.380.390.390.390.390.380.390.390.390.360.370.190.190.390.380.380.390.390.390.390.40.390.390.360.360.20.190.390.380.380.390.380.380.380.390.390.380.360.360.190.190.390.380.390.380.380.380.390.380.380.390.3

10、60.360.20.190.390.380.390.390.390.390.380.390.380.390.360.360.190.190.390.390.390.390.390.390.380.390.390.380.360.360.20.190.390.380.380.390.390.390.380.380.380.380.360.370.190.190.380.380.390.380.390.390.380.390.380.380.370.360.20.190.380.390.390.380.390.380.390.380.380.380.370.360.190.19MAX0.390.3

11、90.390.40.390.370.21MIN0.380.380.380.380.380.360.19Rang0.410.360.410.360.410.360.410.360.410.360.390.340.2250.175R-CPK1.60 1.67 1.60 1.81 1.63 1.91 1.35 1.41 1.67 1.60 2.06 1.69 1.87 1.05 AVG0.38550.38650.3870.38550.38450.36250.193STD0.0051 0.0049 0.0047 0.0060 0.0051 0.0044 0.0057 R0.0100 0.0100 0.

12、0100 0.0200 0.0100 0.0100 0.0200 CP1.63 1.70 1.77 1.38 1.63 1.88 1.46 CPK1.60 1.60 1.63 1.35 1.60 1.69 1.05 Ca0.02 0.06 0.08 0.02 -0.02 -0.10 -0.28 從上表可以看出，除鋁片外，其它幾類蓋板都能控制深度CPK在1.33以上，且其中以單面覆銅板作為蓋板的效果最佳。3.3 結(jié)論 根據(jù)我司量產(chǎn)定位精度，背鉆（二鉆孔）刀徑比一鉆孔刀徑最少要大0.35mm； 采用165°鎢鋼一體鉆刀，配合單面覆銅板作為蓋板，POSALUX鉆機(jī)可以將背鉆公差控制在+/-

13、25um。四、現(xiàn)場控制與實施4.1 流程控制實現(xiàn) 鉆通孔(drill hole) 沉銅/鍍銅(PTH&PPTH) 背鉆(back drill)根據(jù)客戶PCB的特性要求，流程可選擇在鍍銅后或蝕刻后工序（但盡量不安排在噴錫后工序制作，因孔口錫厚均勻性會影響背鉆深度的控制），在一鉆孔的基礎(chǔ)上實現(xiàn)背鉆，得到如下效果圖（圖3-1）圖3-14.2 背鉆控制實現(xiàn)4.2.1 按如下代碼編寫鉆孔程式，實現(xiàn)POSALUX鉆機(jī)的盲孔鉆功能 頭文件T01M84 盲孔功能打開XYW0.5 W0.5即 由鋁片或銅皮（不加鋁片）開始再下鉆0.5mm深度XY XYM85 盲孔功能關(guān)閉T02 其它鉆孔坐標(biāo)4.2.2 使用鉆孔物料165°鎢鋼一體鉆刀，配合單面覆銅板作為蓋板4.2.3 操作步驟（1）將