Сверление отверстий в печатных платах — самый дорогой и трудоёмкий процесс в их производстве. Этот процесс должен быть выполнен с особой тщательностью, поскольку даже незначительная ошибка может привести к значительным потерям. Сверление — важнейший этап производства печатных плат. Оно формирует основу для межсоединений между переходными отверстиями и различными слоями, поэтому навыки сверления крайне важны.Методы сверления печатных плат
Существует два основных типа технологий сверления печатных плат: механическое сверление и лазерное сверление.
Механическое сверление имеет меньшую точность, но его проще выполнять. Этот метод сверления предполагает использование механических свёрл. Минимальный размер отверстия, который можно получить с помощью этих свёрл, составляет приблизительно 6 мил (0,006 дюйма). Ограничения механического сверления: при работе с более мягкими материалами, такими как FR4, механические свёрла могут работать около 800 циклов. Для материалов с более высокой плотностью срок службы может сократиться до 200 циклов. Если производители печатных плат упустят этот момент, это может привести к неправильному сверлению отверстий и, как следствие, к браку печатной платы.С другой стороны, лазерное сверление позволяет создавать отверстия меньшего размера. Лазерное сверление — это бесконтактный процесс, при котором заготовка и инструмент не соприкасаются друг с другом. Лазерный луч используется для удаления материала с печатной платы и создания точных отверстий, что позволяет легко контролировать глубину сверления. Лазерная технология используется для легкого сверления переходных отверстий контролируемой глубины, что позволяет точно сверлить отверстия минимальным диаметром 2 мил (0,002 дюйма). Ограничения лазерного сверления Печатные платы (ПП) изготавливаются из меди, стекловолокна и смол, которые обладают различными оптическими свойствами, что затрудняет эффективное проникновение лазерного луча в плату. Лазерное сверление в этом случае также сопряжено с относительно более высокими затратами.Процесс сверления печатных плат
Для инженеров печатных плат понимание процесса производства печатных плат крайне важно при проектировании печатных плат. Это гарантирует технологичность и надежность конструкции печатной платы. С другой стороны, учёт производственных процессов на этапе проектирования может снизить затраты и обеспечить своевременную поставку продукции. После ламинирования многослойная плата загружается на выходную панель сверлильного станка. Выходной материал уменьшает образование заусенцев. Заусенцы – это выступы меди, образующиеся при проникновении оси сверла в плату. Поверх этой панели укладываются и тщательно выравниваются другие слои. Наконец, весь пакет накрывается листом алюминиевой фольги. Алюминиевая фольга предотвращает появление заусенцев на входе и рассеивает тепло, выделяемое при быстром вращении сверла. После сверления необходимого количества отверстий печатная плата отправляется на удаление заусенцев и очистку. В связи с критически важным качеством сверления необходимо учитывать геометрию инструмента. Быстрорежущая сталь (HSS) и карбид вольфрама (WC) являются наиболее распространёнными материалами для сверл при сверлении композитных материалов. При обработке стеклопластика (GFRP) твердосплавные инструменты могут обеспечить более длительный срок службы. Твердосплавные сверла обычно используются для сверления отверстий в печатных платах.- Угол при вершине и угол наклона винтовой линии
Угол при вершине сверла для печатных плат составляет 130°, а угол наклона винтовой линии — от 30° до 35°. Угол при вершине находится на кончике сверла и измеряется между наиболее выступающими режущими кромками. Угол наклона винтовой линии — это угол на боковой поверхности сверла в месте пересечения.
- Сверлильный станок с числовым программным управлением (ЧПУ)
Сверлильный станок с ЧПУ – это станок с числовым программным управлением (ЧПУ). Сверление выполняется на основе координат XY, вводимых в систему ЧПУ. Шпиндель вращается с высокой скоростью, обеспечивая точность сверления на плате. При вращении шпинделя на высокой скорости выделяется тепло из-за трения между стенкой отверстия и шпинделем, что приводит к плавлению компонентов смолы на стенке отверстия и её размазыванию. После сверления необходимых отверстий выходные и входные панели выбрасываются. Это лишь малая часть того, что происходит в цехе. В отличие от травления и гальванизации, процессы сверления не имеют фиксированной продолжительности. Время сверления в цехе варьируется в зависимости от объёма отверстий.
Два важных аспекта сверления печатных плат
Соотношение сторон определяет возможность эффективного нанесения медного покрытия внутри отверстия (via). По мере уменьшения диаметра и увеличения глубины нанесение медного покрытия внутри отверстия становится сложной задачей. Для этого требуется гальваническая ванна с высокой равномерностью нанесения покрытия, чтобы жидкость могла свободно попадать в мельчайшие отверстия. Соотношение сторон (AR) = (глубина отверстия/диаметр сверла). Соотношение сторон для переходных отверстий составляет 10:1, а для микроотверстий — 0,75:1. Как правило, для печатной платы объёмом 62 мл минимальный размер сверла может составлять 6 мил.Расстояние между медными проводниками
Расстояние между медными контактами (Copper-Copper) — это зазор между краем просверленного отверстия и ближайшим медным элементом. Ближайшим медным элементом может быть медная дорожка или любая другая активная медная область. Это критически важный фактор, поскольку даже небольшие отклонения могут привести к разрывам цепи. Типичное значение расстояния между медными контактами составляет около 8 мил. Минимальное расстояние = ширина кольцевого кольца + расстояние между паяльной маской и защитной перемычкой.Классификация сверления печатных плат
Металлизированное сквозное отверстие (PTH) — это проводящее переходное отверстие, через которое передаются сигналы и которое обеспечивает соединение между различными слоями печатной платы. Оно используется для надежного крепления компонентов в процессе сборки печатной платы. Неметаллизированные сквозные отверстия (NPTH) — это непроводящие отверстия. Для этих отверстий не установлены допуски, поскольку компоненты не поместятся, если отверстие слишком большое. Сверление отверстий на печатной плате — сложная задача, требующая высокой точности и соблюдения определенных правил проектирования.Металлизированное сквозное отверстие (PTH)
Размер готового отверстия (минимум) = 0,006 дюйма Размер кольцевого кольца (минимум) = 0,004 дюйма Расстояние от края до края (от любого другого элемента поверхности) (минимум) = 0,009 дюймаНеметаллизированное сквозное отверстие (NPTH)
Размер готового отверстия (минимум) = 0,006 дюйма Расстояние от края до края (от любого другого элемента поверхности) (минимум) = 0,005 дюймаОпасности при сверлении печатных плат
После многократного использования буровые инструменты подвержены износу и поломкам, что приводит к следующим проблемам:- Нарушение точности позиционирования отверстий
Когда сверло не попадает в нужную точку и движется вдоль одной оси, снижается точность. Дрейф при сверлении может привести к пересечению или разрушению кольцевых отверстий.- Шероховатость внутри просверленных отверстий
Шероховатость может привести к неравномерному меднению, что приводит к образованию воздушных пустот и трещин в корпусе. Медный раствор может проникать в стенки отверстия, снижая сопротивление изоляции.Из-за тепла, выделяемого при сверлении, смола в печатной плате может расплавиться. Расплавленная смола прилипает к стенкам отверстия, вызывая её размазывание. Это, в свою очередь, приводит к некачественному меднению и возникновению токопроводящих дефектов между переходными отверстиями и внутренними слоями платы. Остатки смолы удаляются химическими растворами.- Наличие входных и выходных заусенцев
Заусенец — это ненужный выступ меди из отверстий после сверления, возникающий на верхней и нижней поверхностях многослойных печатных плат.Неправильные условия сверления могут привести к искривлению внутреннего слоя меди, что приведет к неравномерному покрытию и проблемам с проводимостью.Частичное разделение слоев печатной платы известно как расслоение, и неправильное сверление может привести к расслоению.Меры по исправлению положения
- Процесс удаления остатков
Это химический процесс, используемый для удаления расплавленной смолы, отложившейся на стенках отверстий. Этот процесс устраняет нежелательные отложения смолы и улучшает проводимость через переходное отверстие.- Процесс удаления заусенцев
Это механический процесс, позволяющий удалить выступающие края (заусенцы) металла (меди), известные как заусенцы. Любые оставшиеся фрагменты внутри отверстия удаляются путем снятия заусенцев с последующей повторной очисткой.Можно избежать этого, используя лазерное сверление. Как упоминалось ранее, при лазерном сверлении заготовка и инструмент не соприкасаются, что исключает расслоение.Методы сверления печатных плат
Сверление направляющих отверстий для правильного сверления
Первым шагом перед любым сверлением является создание направляющего отверстия. Это делается для предотвращения «блуждения» сверла, то есть, когда сверло начинает сверлить в одном положении, а затем движется в неожиданном направлении во время сверления. Направляющее отверстие можно сделать вручную с помощью небольших свёрл или автоматически с помощью инструмента, называемого сверлильным станком. Если направляющие отверстия делаются с помощью сверлильного станка, свёрла извлекаются из инструмента по одному. Количество свёрл, используемых в этом процессе, зависит от размера сверлящейся печатной платы. Например, если используется сверло диаметром 0,2 мм, можно просверлить одно отверстие из четырёх. Этот процесс обычно оставляет небольшой металлический след на печатной плате после извлечения каждого сверла.Используйте вертикальные сверла для печатных плат для сверления под углом
Для сверления под углом требуются специальные свёрла, которые обычно продаются наборами и бывают разных размеров. К ним относятся:
Сверла для проволоки толщиной от 0,8 до 1 миллиметра.
Маленькие сверла: подходят для отверстий толщиной или диаметром от 0,7 до 2 миллиметров, включая плоские и круглые формы.
Сверла среднего размера: этот тип используется для сверления отверстий толщиной или диаметром от 2 до 10 миллиметров, обычно плоских и круглых форм.
Большие свёрла: Эти свёрла используются для отверстий диаметром 5 мм и более. В зависимости от производителя, они могут быть плоскими или круглыми.
Используйте сверла правильного размера.
Важно убедиться, что используемые для печатных плат свёрла имеют подходящий размер. Слишком большое сверло может повредить компоненты внутри платы при сверлении. С другой стороны, слишком маленькое сверло не позволит проводам свободно проходить через просверленное отверстие.Использование сверл с подходящей скоростью и мощностью
Мощность и скорость сверления определяют эффективность сверления металла. Наиболее распространённые варианты:
Высокоскоростные сверла: этот тип сверл может быстро и эффективно сверлить металл, но длительное использование в течение одного сеанса может привести к проблемам.
Сверла из быстрорежущей стали: эти типы используются для крупных сверлильных работ и подходят для сверления нескольких не слишком толстых печатных плат.
Сверла с гальваническим покрытием: эти сверла используются для сверления печатных плат и гальванизации, а также для сверления толстых пластин или в сочетании с высокочастотным пневматическим отбойным молотком.
Использование сверлильного станка
Сверлильный станок — лучший выбор для обеспечения максимально точного сверления отверстий. Эффективность сверления с его помощью как минимум в четыре раза выше, чем у ручных дрелей, и обычно в нём используются стандартные свёрла.Понимание работы сверлильного станка
Сверлильные станки различаются по стоимости и возможностям, но все они работают за счёт приложения соответствующего давления для сверления металла. Чем больше давление, тем выше скорость сверления. Существуют различные типы сверления, такие как «поперечное сверление», «погружное сверление», «сверление с вентиляционными отверстиями» и «сверление с фаской». Наиболее распространённый тип сверлильного станка имеет вертикальную панель (сверление в металлической пластине под определённым углом). При использовании этого типа сверла убедитесь, что оно направлено вверх и угол совпадает с углами отверстий на печатной плате.Использование сверлильного станка для сверления печатных плат
Сверлильный станок можно использовать на каждом этапе сверления печатных плат, особенно когда требуется точное сверление. Хотя настройка станка занимает некоторое время, при правильном использовании он обеспечивает превосходные результаты.Будьте осторожны при сверлении отверстий
Сверление отверстий в печатной плате может быть сложной задачей без соответствующих инструментов и материалов. Не торопитесь и будьте терпеливы, сверля плату, так как спешка может повредить её. Следите за тем, чтобы скорость сверления не была ни слишком высокой, ни слишком низкой. Также обязательно надевайте защитные очки во время сверления, чтобы защитить зрение.Очистка печатной платы после использования сверла
После сверления печатной платы необходимо очистить отверстия щёткой и растворителем. Растворитель удалит с печатной платы металлическую пыль, которая могла образоваться в процессе сверления, что обеспечит возможность эффективного использования платы после завершения процесса.Нанесение припоя на просверленные отверстия
После завершения процесса сверления печатной платы, необходимо нанести припой на новые отверстия и расплавить их с помощью паяльника с маленьким жалом. Для обеспечения надлежащего сцепления припоя пропустите провод через одно из отверстий и нагрейте его. Это предотвратит вытекание припоя из отверстия. Затем аккуратно прижмите его, чтобы обеспечить надежное соединение. Убедитесь, что на печатной плате нет мелкого мусора и стружки при сверлении или прорезке пазов соответствующим сверлом. Если на сверле обнаружен какой-либо мусор или стружка, это может вызвать проблемы во время процесса сверления и привести к нежелательным результатам. Что касается сверления печатной платы, если операция выполнена правильно, ее можно завершить без повреждения сверл. Однако, если механические части войдут в контакт со сверлами во время работы машины, это может привести к их повреждению.Методы проверки сверления печатных плат DFM:
- Соотношение сторон должно быть минимальным, чтобы избежать износа сверла.
- Чем больше диаметров свёрл добавляется, тем больше свёрл потребуется производителю. И наоборот, уменьшение количества диаметров отверстий сокращает время сверления.
- Подтвердите, что вы определили типы отверстий (PTH/NPTH).
- Проверьте соответствие местоположения и размеров отверстий в файле со сверловкой и заводской распечаткой.
- Закрытые отверстия размером менее 0,006 дюйма необходимо устранить.
- Если просверленные отверстия и другие элементы на медном слое выходят за пределы контура печатной платы, уменьшите размер металлизированного сквозного отверстия (PTH), чтобы соответствовать требованиям минимального соотношения сторон (A/R).
- Для металлизированных сквозных отверстий (PTH) с допусками менее +/- 0,002 дюйма и для неметаллизированных сквозных отверстий (NPTH) с допусками +/- 0,001 дюйма покажите дуги на производственном чертеже для отсутствующих отверстий/пазов NPTH или положений выемок из файла сверления.
- Добавьте припой в просверленные отверстия.
- Для точного сверления используйте прецизионный сверлильный станок.
- Очистите печатную плату после сверления.
Воспользуйтесь инновационными знаниями и повысьте своё мастерство сверления печатных плат с помощью этих усовершенствованных технологий. Внедрив эти 9 изысканных методов в свои проекты, вы откроете для себя мир точности и эффективности в процессе изготовления печатных плат. Будьте впереди и наблюдайте, как ваши проекты расцветают благодаря безупречно выполненным отверстиям, прокладывая путь к бесшовным электронным соединениям. Начните свой путь к совершенству печатных плат уже сегодня, и позвольте инновациям и опыту вести вас к беспрецедентному успеху в мире схемотехники.
Трансформируйте свое производство печатных плат с помощью SprintPCB . SprintPCB — известная высокотехнологичная компания, специализирующаяся на предоставлении исключительных услуг по производству печатных плат клиентам по всему миру. Благодаря нашему обширному знанию отрасли и конкурентоспособным ценам вы сможете сосредоточиться на самых важных аспектах своей организации. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить возможности сотрудничества и узнать, как мы можем помочь вам достичь ваших целей.
Здание A19 и C2, район Фуцяо № 3, улица Фухай, район Баоань, Шэньчжэнь, Китай 
+86 0755 2306 7700
Язык
