CN102007826B - 通孔的背钻方法、电路板及电路板的制造方法 - Google Patents

通孔的背钻方法、电路板及电路板的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭露了一种电路板通孔上的背钻方法。该背钻方法包括如下步骤：使用钻孔机测量具有目标通孔处的电路板的局部厚度；根据测量的电路板局部厚度和一个预定的百分比来确定背钻深度；以及背钻目标通孔直到设定的深度，从而形成了通向预选目标层的背钻孔，其中，所述百分比是通过横截面切片方式进行验证的，所述切片方法的步骤包括：在多个要背钻的位置取切片；测量在多个位置处的电路板的总厚度和目标层深度；据此算出在多个位置处测量出来的目标层深度和电路板总厚度的百分比。

Description

通孔的背钻方法、电路板及电路板的制造方法
技术领域
本发明涉及电路板制造技术，尤其涉及用以除掉所选部分的通孔背钻方法，电路板和电路板的制造方法。 
背景技术
几十年来，电路板特别是印刷电路板(PCB)被广泛用于支撑和电连接所选电子元件。印刷电路板一般包括被电绝缘介质材料分离的用于电连接的铜。层与层之间的连接往往是通过通孔或电镀通孔(PTHs)实现的。一般地，若要实现层与层之间的电连接，需要在垂直方向从所选层的顶部到底部钻出通孔，例如电镀通孔。 
随着无线数字通信技术，如无线网络，移动电话，GPS(全球定位系统)等的到来，在电子行业，能在千兆赫范围内处理数字信号的高速数字电路板的设计和制造要求很高。在电路布局设计，高速数字电路板通常使用微条，或带状线在1千兆赫至10千兆赫(GHz)的高频率范围内来传输数字信号。应当注意的是，在整个专利的说明书中，“高速数字信号”是指超过1千兆赫频率的数字信号。 
通常地，由多个电路层组成的多层电路板构造成高速数字电路。在多层结构中，不同的电路层之间的信号传输线是由通孔相互连接的。每个通孔镀有导体(如铜)，焊垫(pad)用于连接通孔与导电层中的一个具体层。图1显示了一个传统的高速数字信号传输结构。如图1所示，多层电路板10至少包含一个上层11，至少一个下层12和形成在上层11和下层12之间的中间层13。通过使用钻孔的方法，多层电路板钻出的通孔15用以连接具体的导电层。连接端16形成于上层11的上表面，并通过通孔15连接到一个内部导电层，例如内层 13a。因此，通孔15可能被用来进行从连接端16(通常连接到电子元件)到内部导电层13a的信号传输。 
在这种情况下，有一个缺点是需要钻出上述通孔15，然而，实际上，该通孔15只有一小部分15a(例如，上层传输部分)用于传输信号。因此，该通孔15在底部具有一个较长部15b，该较长部15b充当一个开路支线(open stub)，也就是说，一个未使用部。该开路支线的存在会导致在传输高速数字信号时受到不想要的共振，从而降低信号的完整性。 
解决上述问题的方法是利用背钻方法，采用传统的钻孔设备来除掉通孔15的开路支线15b。背钻该通孔的优点包括：由于改善了阻抗匹配从而减少信号衰减，增加信道带宽，从支线减少了EMI/EMC辐射，共振模式的激发及孔对孔串扰。 
由于钻孔深度的准确性和多次钻孔的费用增加，背钻的效力是有限的，所以是否使用背钻方式必然要在生产成本和电气性能之间权衡。如图2所示，传统的背钻机配备有的触摸传感系统17。在该触摸传感系统17的一端设有钻头18用以从电路板10的上表面钻到目标层13a(见图1)。该电路板10的上表面设有一个铝质平面。在操作中，当钻头触及铝质平面入口，该触摸传感系统17侦测当前的变化，并将信号传递给数控机床。这一位置成为钻孔深度的零基准。然后该背钻机向下钻孔并钻入到相当于目标层深度的预定深度。 
图3A和3B显示两个孔结构的眼状图，其中，图3A具有完整的支线(stub)，图3B无支线。比较这两个图，可以表明通过支线引入逻辑0到1和逻辑1到0的水平消隐脉冲(pedestals)。这些消隐脉冲关闭眼状物，使数字接收器更加难以确定是否接收到是一个逻辑1或逻辑0的信号。如图3B所示，无支线的通孔具有不附带任何条件的逻辑转换和具有相对更大的开启的眼状物。 
当电路板是非常平整的时候，传统的机器可以工作很好，通过设置一个准确的深度可以将目标层准确地钻通，例如，如图4A所示的电路板30。该钻头18可以准确钻透目标层13a。然而，实际上，该电路板的表面10总是不平坦的， 例如，该电路板40具有凹凸不平的表面42，如图4B所示。因此，这种表面42的不平坦轮廓产生了在不同位置具有不均匀的或不一样的深度。由于电路板40厚度的变化，在一些区域该钻头18在钻孔的时候未达到或钻过了目标层13a。 
因此，有必要提供一种有效且准确的钻孔方法。 
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供了一种电路板上的通孔的背钻方法，在背钻期间，该背钻方法减少了未钻到或钻过了目标层这两种情况的发生，可以准确地钻出背钻孔。 
本发明要解决的另一技术问题在于提供了一种电路板的制造方法，在背钻期间，该背钻方法减少了未钻到或钻过了目标层这两种情况的发生。 
本发明要解决的又一技术问题在于提供了一种电路板，该电路板具有能够准确地被钻出来的背钻孔。 
解决本发明的技术问题所提供的技术方案是提供一种电路板上通孔的背钻方法，包括如下步骤： 
使用钻孔机测量具有目标通孔的电路板在目标通孔处的局部厚度； 
根据测量的电路板局部厚度和一个预定的百分比，自动确定背钻深度；以及 
背钻目标通孔直到设定的深度，从而形成了通向预选目标层的背钻孔，其中，所述百分比是通过横截面切片方式进行验证的，所述切片方法的步骤包括：在多个要背钻的位置取切片；测量在多个位置处的电路板的总厚度和目标层深度；据此算出在多个位置处测量出来的目标层深度和电路板总厚度的百分比。 
解决本发明的技术问题所提供的另一技术方案是提供一种电路板的制造方法，包括如下步骤： 
提供一电路板本体，所述电路板包括多个导电层和多个夹在所述导电层之间的绝缘层； 
在所述电路板本体预定的位置钻出多个通孔； 
使用钻孔机在将要背钻的目标通孔处测量电路板的局部厚度； 
根据测得的电路板局部厚度和一个预定的百分比来确定在背钻深度；及 
背钻所述目标通孔直到所确定的深度，从而形成了延伸到预先选择的目标层的背钻孔，其中，所述百分比是通过横截面切片方式进行验证的，所述切片方法的步骤包括：在多个要背钻的位置取切片；测量在多个位置处的电路板的总厚度和目标层深度；据此算出在多个位置处测量出来的目标层深度和电路板总厚度的百分比。 
解决本发明的技术问题所提供的又一技术方案是提供一种电路板，其包括：一电路板本体，该电路板本体包括多个间隔的导电层和夹在导电层之间的绝缘层；以及多个开设在所述电路板本体上的通孔，至少一个通孔具有各自的背钻孔，每个背钻孔具有一定深度且延伸到预选的目标层，背钻孔的深度是由各自通孔所在位置处的电路板厚度和一个预定的百分比来确定，其中，所述百分比是通过横截面切片方式进行验证的，所述切片方法的步骤包括：在多个要背钻的位置取切片；测量在多个位置处的电路板的总厚度和目标层深度；据此算出在多个位置处测量出来的目标层深度和电路板总厚度的百分比。 
本发明的有益效果在于：具体来说，对于相同的电路板和层的排列而言，由于背钻深度取决于预定的比例，以上描述的背钻孔方法可以更准确地钻到目标层。换句话说，根据本发明的背钻孔方法可以减小背钻误差，从而防止没有钻到或钻过了目标层。因此，可以制得具有经过准确背钻形成背钻孔的电路板，且该电路板具有优良的性能，例如高速数字信号传输性能。 
附图说明
图1是传统的具有通孔和背钻孔的电路板的横截面图。 
图2是传统的背钻机在钻孔操作时的示意图。 
图3A是一个眼状图，该眼状图显示了通过图1中的通孔完成上升时间的 特性。 
图3B是一个眼状图，该眼状图显示了通过图1中的背钻孔完成上升时间的特性。 
图4A是一个横截面图，该横截面图显示了使用传统的背钻方法钻出的背钻孔，该背钻孔延伸到具有理想平面的电路板的目标层。 
图4B是类似于图4A，但显示实际表面不平的电路板在切割后的背孔。 
图5是根据本发明实施例的通孔的背钻方法的流程图。 
图6是一个结构横截面图，该图显示出依照图5中的背钻方法实施的钻孔操作。 
图7是图5所述的背钻方法的原理示意图。 
具体实施方式
本申请所揭示的内容不会限制本申请主题或本申请详细描述。本申请的详细描述和附带的权利要求都记载了本申请的主题。本申请有关其他方面的主题对于本领域普通技术人员来说在阅读和理解以下具体实施方式和参见附图之后是显而易见的，不会构成对本发明的在某种意义上的限制。 
请参考图5，图5显示出本发明通孔的背钻方法的流程图。该背钻方法包括如下步骤： 
步骤S01：使用钻孔机测量具有目标通孔的电路板在目标通孔处的局部厚度； 
步骤S02：根据测量的电路板局部厚度和一个预定的百分比，自动确定背钻深度；以及 
步骤S03：背钻目标通孔直到设定的深度，从而形成了通向预选目标层的背钻孔。 
面具有不同深度t1，t2，ti，如图7所示。在任何位置的实际百分比保持大约23％的一个恒量。因此，当L1-L9层进行背钻时，这个比例可设定为23％。如表1所示，对L1-L9层进行背钻时最大的误差小于0.9％。在背钻方法中要求精度条件下，这个误差基本上可以接受。 
同样，例如，当L1-L26层被钻穿时，在任何位置的实际比例保持大约67％的恒量，例如，66.4％，67.4％和66.9％，如表2所示。因此，在使用比例67％作为背钻参数时，实际的背钻操作以不超过1.6％的百分比误差达到目标层。因此，表1和表2中显示的数据证明了在背钻时使用的比例的影响。 
在步骤S02中，这个比例取决于目标层深度与电路板的总厚度之比(例如，在此位置上电路板的厚度)。具体来说，这一比例通过使用横截面切片的方法予以验证是否与设计一致。该切片方法的步骤包括：在多个位置选择要背钻的切片；测量在多个位置处的电路板的总厚度；测量层多个位置处的目标层深度； 算出在多个位置处测量出来的目标层深度和测量出来的电路板总厚度的百分比。在一个实施例中，这个比例是多个位置处的目标层深度和电路板总厚度之比例的(ti/Ti×100％)平均比例。 
表1和2表示是当背钻分别穿过电路板的L1-L9层或者L1-L26层时，目标深度数据和目标深度的百分比数据。在这两个表中，切片的数量是15片，即在电路板的15个不同的位置切割。表1分别记录了L1-L9层和L1-L26层深度的测量数据。表1中记录了电路板总厚度的测量数据。根据该电路板在每个位置的目标层深度与电路板总厚度可以得出每个位置的目标层深度与电路板总厚度的百分比，即通过计算目标层的深度与比各自位置的电路板总厚度之比，如表2所示。 
此外，L1-L9层和L1-L26层的在15个位置处的平均深度，最大深度和最小深度的计算值如表1所示。在15个位置处，电路板平均厚度，最大厚度，以及最小厚度的计算值如表2所示。L1-L9层和L1-L26层在15个不同位置处平均百分比，最高百分比和最低百分比如表1所示。表1和2显示L1-L9层和L1-L26层平均深度与电路板厚度的百分比分别为22.9％和66.8％。当用绝对深度表示时(千分之一寸，mil)，从电路板的一个位置到另一个位置目标层厚度的变化最大可达10.8mil。然而，当以百分比表示时(ti/Ti×100％)，目标层厚度的变化约为268.5mil的1.6％，即为4.3mil。因此，根据本发明实施例的背钻孔方法可以更准确地钻到目标层。换句话说，根据本发明实施例的背钻孔方法可以减小背钻误差，从而防止没有钻到或钻过了目标层，从而提高了电路板的性能。 
表1为电路板的目标层深度数据(mil) 
Figure GPA00001099118900081
表2为电路板的目标层深度数据(％) 
Figure GPA00001099118900091
表3和表4说明了电路板的另一个实施例在15个位置处的六组切片，该六组切片分别穿过L1-L4层，L1-L7层，L1-L10层，L1-L13层，L1-L16层，L1-L18层(共26层)。与表1和表2使用的方式相同，可以发现，当用绝对深度表示时(千分之一寸，mil)，从电路板的一个位置到另一个位置目标层厚度的变化 最大可达13.7mil。然而，当以百分比表示时(ti/Ti×100％)，目标层厚度的变化约为262.8mil的1.3％或最大为3.4mil。因此，在目标层的层厚中背钻深度所占用比例的误差为少于2％。就同一电路板和该电路板的层排列而言，根据本发明的背钻孔方法可以减小由于电路板不平整而导致的背钻误差。 
表3为本发明电路板的目标层深度数据 
Figure GPA00001099118900101
表4为电路板的目标层深度数据 
Figure GPA00001099118900111
按照本发明的上述方法，在验证背钻的理论深度与实际背钻深度相匹配时，驱动钻头向下移动直到目标层，从而消除未使用的部分，即支线。因此，背钻孔形成在通过的后部(相对于传输的前部来说)，从而基本上实现步骤S03。背钻孔延伸到目标层且具有在步骤S02中在计算出来的深度。 
以上所述背钻方法通常用于制造电路板。具体来说，在实施背钻方法之前(例如，在步骤01之前)，要提供一种电路板本体，该电路板本体包括多个导电层和与导电层间隔的绝缘层，该绝缘层夹于该导电层之间。然后，在电路板本体预先确定的位置用传统的方法钻出多个通孔。该电路板具有特别的功能，例如，传输高速数字信号。为了提高高速数字信号的传输性能，多个通孔一般需要采用包括步骤S01-S03的背钻方法。 
通过上述方法生产的电路板包括电路板本体和多个在电路板本体上钻出的通孔。该电路板本体包括多个间隔的导电层和夹在导电层之间的绝缘层。至少一个通孔具有背钻孔。每个背钻孔具有一定深度且延伸到预选的目标层。背钻孔的深度是由通孔所在位置处的电路板厚度和一个预定的比例来确定。具体来说，背钻孔的深度等于电路板的厚度乘以预定的百分比。可以理解，电路板包括每个描述的特征与通过上述方法形成的特征。 
可以意识到的是，对于相同的电路板和层的排列，由于背钻深度取决于预定的比例，以上描述的背钻孔方法可以更准确地钻到目标层。换句话说，根据本发明的背钻孔方法可以减小背钻误差，从而防止没有钻到或钻过了目标层。因此，可以制得具有经过准确背钻形成背钻孔的电路板，且该电路板具有优良的性能，例如高速数字信号传输性能。 
上述实施例对各个方面的特征只是起解释说明的作用，并不用以限制本发明。因此，该发明的范围是由附加的权利要求来主张，而不是由前面的描述来主张。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (15)

1.一种电路板上通孔的背钻方法，包括如下步骤：
使用钻孔机测量具有目标通孔的电路板在目标通孔处的局部厚度；
根据测量的电路板局部厚度和一个预定的百分比自动确定背钻深度；以及
背钻目标通孔直到设定的深度，从而形成了通向预选目标层的背钻孔，
其中，所述百分比是通过横截面切片方式进行验证的，所述切片方法的步骤包括：在多个要背钻的位置取切片；测量在多个位置处的电路板的总厚度和目标层深度；据此算出在多个位置处测量出来的目标层深度和电路板总厚度的百分比。
2.根据权利要求1所述的背钻方法，其特征在于，所述百分比取决于目标层的深度与电路板的总厚度的比率。
3.根据权利要求1所述的背钻方法，其特征在于，所述百分比基本上等于目标层深度与电路板的总厚度之比例。
4.根据权利要求1所述的背钻方法，其特征在于，测量所述电路板的局部厚度包括如下步骤：测量出支撑所述电路板的工作台面的高度；测量要背钻的开始位置的高度；计算出所述工作台面和开始位置的高度差，从而得到所述电路板的局部厚度。
5.根据权利要求1所述的背钻方法，其特征在于，所述背钻深度占所述目标层厚度的比例的误差小于2％。
6.一种电路板的制造方法，包括如下步骤：
提供一电路板本体，所述电路板包括多个导电层和多个夹在所述导电层之间的绝缘层；
在所述电路板本体预定的位置钻出多个通孔；
使用钻孔机在将要背钻的目标通孔处测量电路板的局部厚度；
根据测得的电路板局部厚度和一个预定的百分比来确定背钻深度；以及
背钻所述目标通孔直到所确定的深度，从而形成了延伸到预先选择的目标层的背钻孔，
其中，所述百分比是通过横截面切片方式进行验证的，所述切片方法的步骤包括：在多个需要背钻的位置选取切片；测量在多个位置处的电路板的总厚度和目标层深度；算出在多个位置处测量出来的目标层深度和电路板总厚度的百分比。
7.根据权利要求6所述的电路板的制造方法，其特征在于，所述百分比取决于目标层的深度与电路板的总厚度的比率。
8.根据权利要求6所述的电路板的制造方法，其特征在于，所述百分比基本上等于目标层深度与电路板的总厚度之比例。
9.根据权利要求6所述的电路板的制造方法，其特征在于，测量所述电路板的局部厚度包括如下步骤：测量出支撑所述电路板的工作台面的高度；测量要背钻的开始位置的高度；计算出所述工作台和开始位置的高度差，从而得到所述电路板的局部厚度。
10.根据权利要求6所述的电路板的制造方法，其特征在于，所述背钻深度占所述目标层厚度的比例的误差小于2％。
11.一种电路板，包括：
一电路板本体，该电路板本体包括多个间隔的导电层和夹在导电层之间的绝缘层；以及
多个开设在所述电路板本体上的通孔，至少一个通孔具有其各自的背钻孔，每个背钻孔具有一定深度且延伸到预选的目标层，背钻孔的深度是由各自通孔所在位置处的电路板厚度和一个预定的百分比来确定的，其中，所述百分比是通过横截面切片方式进行验证的，所述切片方法的步骤包括：在多个需要背钻的位置选取切片；测量在多个位置处的电路板的总厚度和目标层深度；算出在多个位置处测量出来的目标层深度和电路板总厚度的百分比。
12.根据权利要求11所述的电路板，其特征在于，所述电路板具有一个高速数字信号传输结构。
13.根据权利要求11所述的电路板，其特征在于，所述百分比取决于目标层的深度与电路板的总厚度的比率。
14.根据权利要求11所述的电路板，其特征在于，所述百分比基本上等于目标层深度与电路板的总厚度之比例。
15.根据权利要求11所述的电路板，其特征在于，所述背钻深度占所述目标层厚度的比例的误差小于2％。
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