CN104640354A - 一种印制电路板及其背钻孔形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种印制电路板及其背钻孔形成方法，包括：在印制电路板内层的待形成背钻孔的位置周围第一区域上进行蚀刻；在沿背钻方向、与所述第一区域相邻的印制电路板内层的待形成背钻孔的位置周围第二区域上进行蚀刻；利用截面大于或等于第二区域且小于第一区域的钻咀对所述待形成背钻孔的通孔进行背钻，所述钻咀钻穿所述第一区域，到达第二区域，形成所述背钻孔。能在不影响印制电路板性能的前提下，就可以形成位置精确的背钻孔，而且背钻机钻咀在碰到所述第二区域的铜层时，就会停止钻孔操作，从而形成背钻孔，整个操作过程中无需使用高精度的步进电机和光栅尺。

Description

一种印制电路板及其背钻孔形成方法

技术领域

本发明涉及印制电路领域，特别涉及一种印制电路板及其背钻孔形成方法。

背景技术

印制电路中的背板（Back panel）一般是承载底板，具备向插在它上面的系统电路板分配电源、信号、或联通各插卡子板之间电气性能的作用，背板主要应用在服务器及通讯基站。

现有的背板的使用频率越来越高，有时可达到10GHz以上，所以如何降低背板的信号损耗，是现在研究的重点之一。而导致信号损耗增大的因素很多，如印制电路所使用的材料和印制电路板上部署的孔。

如图4所示，在信号传输过程中，信号100需要经过通孔101，从L1层传输到L2层，在这个传输过程中，孔104是不起到有效传输作用的，不但不起到传输作用，而且由于寄生效应的存在孔104会反射信号，从而干扰信号的传输并增大信号传输的损耗，最终导致从L1传输到L2的信号发生变化，产生误码错误。

孔104是在制造过程中多余的孔，通常叫做“短桩”。为了解决短桩的存在，目前印制电路板业界开始使用一种背钻技术，这种技术是使用一种可控制深度的背钻机来把孔104孔壁的铜钻掉，以形成背钻孔。

现有的背钻机形成背钻孔的过程如图5所示，钻咀与PCB的外层均与回路感应器连接，主轴通过203与回路感应器相连接，PCB板通过202与回路感器应相连接。当钻咀下落接触到PCB时，则形成一个闭合回路，回路感应器就会产生一个信号反馈给控制器。同时光栅尺也会实时把主轴在Z轴所在的位置转换成电信号反馈给控制器。控制器就会根据记录下当钻咀接触到PCB时主轴所在的位置。如果一个8层PCB需要钻穿L3层但不钻穿L2层，则需要先计算出L8层到L3层之间的理论距离201，然后再计算出L3到L2的距离204。需要钻穿L3，但不钻到L2，则背钻的理论深度为距离201加上距离204之和。把这个数值输入给控制器。控制器控制背钻机的主轴下落，使钻咀的下钻深度为距离201加上距离204时，就完成一个背钻孔的加工。

现有技术的不足之处在于：背钻机和普通钻机相比，需要配置高精度步进电机、光栅尺、编码器和控制器等来控制Z轴的下降深度来实现深度控制。需要配置质量较好的进口步进电机，光栅尺也需要国外进口。这就增加了印制电路制造的成本，从而影响到PCB厂家的效益；而且，由于背钻机在制作背板的背钻孔时，背钻机的下钻深度是由光栅尺计算完成，所以在使用一段时间过后会有累积误差存在，而且使用时间越长，累积误差就会越大，所以印制电路的制造厂商为了避免累积误差，就会提高所使用的光栅尺分辨率，从而进一步增加制造成本，而且为了提高加工精度，厂商在制造印制电路的过程中会以降低加工速度的方式来延缓累积误差的加大，因此会造成产能较低和生产效率低下的缺陷。

发明内容

为克服上述缺陷，本申请提供一种印制电路板及其背钻孔的形成方法。

第一方面，本发明实施例提供一种印制电路板背钻孔形成方法，包括：

在印制电路板内层的待形成背钻孔的位置周围第一区域上进行蚀刻；

在沿背钻方向、与所述第一区域所在内层相邻的印制电路板内层上待形成背钻孔的位置周围第二区域上进行蚀刻，所述第二区域截面小于所述第一区域的截面，所述第二区域所在内层，为所述背钻孔沿背钻方向的最内层；

对所述经过蚀刻的印制电路板内层进行层压；

对所述印制电路板钻出所述待形成背钻孔的通孔；

对所述待形成背钻孔的通孔进行金属化；

利用截面大于或等于第二区域且小于第一区域的钻咀对所述待形成背钻孔的通孔进行背钻，所述钻咀钻穿所述第一区域，到达第二区域，形成所述背钻孔。

优选地，所述第一区域和所述第二区域都是以所述通孔为轴线的区域。

优选地，所述第一区域和/或所述第二区域为圆形或环形。

优选地，所述钻咀到达第二区域具体为：所述钻咀接触到所述第二区域周围的金属时，所述背钻机停止钻孔操作。

优选地，所述方法还包括：

在所述待形成背钻孔的通孔旁边形成信号反馈孔，所述信号反馈孔为金属孔，且与所述第二区域所在内层上的与所述第二区域外围的金属相连通。

优选地，所述信号反馈孔具体用于：

在所述钻咀触碰到所述第二区域外围与所述信号反馈孔相连通的金属时，所述信号反馈孔形成反馈回路，使得所述背钻机收到带有停止指令的电信号。

优选地，所述钻咀的钻咀角度为90～140度。

第二方面，本发明实施例提供一种印制电路板的形成方法，该印制电路板包含背钻孔，所述背钻孔根据上述任一实施例中的方法制得。

本发明实施例提供的印制电路板及其背钻孔形成方法，在形成背钻孔前对印制电路板进行小范围蚀刻操作，在不影响印制电路板性能的前提下，就可以形成位置精确的背钻孔，而且背钻机钻咀在碰到所述第二区域的金属时，就会停止钻孔操作，从而形成背钻孔，整个操作过程中无需使用高精度的步进电机和光栅尺，可以大大降低厂商制造印制电路板的成本；而且因为避免了使用光栅尺，使厂商在制造印制电路板的背钻孔过程中不会出现累积误差，使厂商的印制电路的生产效率不在受光栅尺的限制，进而可以增加厂商的产能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1表示印制电路板背钻孔形成方法的流程图。

图2表示印制电路板背钻孔形成方法实施例的钻孔示意图。

图3表示印制电路板背钻孔形成方法使用的背钻机钻咀的示意图。

图4表示现有技术中电路板中具有短桩的示意图。

图5表示现有技术中背钻机形成背钻孔的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

印制电路板背钻孔形成方法的流程图如图1所示，包括如下步骤：

步骤100.在印制电路板内层的待形成背钻孔的位置周围第一区域上进行蚀刻；

步骤101.在沿背钻方向、与所述第一区域相邻的印制电路板内层的待形成背钻孔的位置周围第二区域上进行蚀刻，所述第二区域截面小于所述第一区域的截面，所述第二区域所在内层，为所述背钻孔沿背钻方向的最内层，即背钻孔所在通孔沿背钻方向需要钻除孔铜的最内一层；

步骤102.对所述经过蚀刻的印制电路板内层进行层压；

步骤103.对所述印制电路板钻出所述待形成背钻孔的通孔；

步骤104.对所述待形成背钻孔的通孔进行金属化；

步骤105.利用截面大于或等于第二区域且小于第一区域的钻咀对所述待形成背钻孔的通孔进行背钻，所述钻咀钻穿所述第一区域，到达第二区域，形成所述背钻孔。

通过上述操作，在形成背钻孔前对印制电路板进行小范围蚀刻操作，在不影响印制电路板性能的前提下，就可以形成位置精确的背钻孔。

在现有技术中蚀刻为制造印制电路的重要步骤，用于减轻重量的仪器镶板，铭牌及传统加工法难以加工之薄形工件等的加工。

而在本实施例中，将蚀刻步骤引入背钻技术中，描述如下：

所述对印制电路上待形成背钻孔的通孔周围区域的金属进行蚀刻具体包括：

在印制电路板内层的待形成背钻孔的位置周围第一区域上进行蚀刻；

在沿背钻方向、与所述第一区域相邻的印制电路板内层的待形成背钻孔的位置周围第二区域上进行蚀刻。

通过上述的描述，本实施例在形成印制电路板的背钻孔的过程中引入了蚀刻技术，可在不影响印制电路板性能的前提下，就能形成位置精确的背钻孔，而且使用成熟的蚀刻技术，操作简单且可以有效的控制印制电路板的制造成本。

例如，在一张8层PCB要在L3层的深度上形成背钻孔，现有技术通过光栅尺计算L8层到L2层的精确距离，然后将得到的距离传输到背钻机的控制器，控制器根据得到的距离，钻穿L3层而保留L2层，控制背钻机在PCB上形成背钻孔。但需要使用成本高的高精度光栅尺，而且还得注意光栅尺的累积误差所带来的生产效率低下的问题。

在本实施例形成背钻孔的示意图如图2所示，所述第一区域10和所述第二区域20都是以所述通孔为轴线的区域，第一区域和第二区域可以是圆形、对称六边形、椭圆、正方形等轴对称图形。第一区域和/或第二区域也可以是环形，与如圆环、多边环等，在后续的背钻步骤中选择大于内环直径且小于外环直径的背钻钻咀，使得经过背钻后的孔沿仍处于第一区域和/或第二区域即蚀刻掉金属的区域中。第一区域截面要大于第二区域的截面，在第一区域是环形时，是指第一区域的外环直径大于第二区域的外环/外沿直径。为图示方便，下述实施例以第一区域和第二区域均呈圆形为例进行描述。

例如，要在一张8层PCB要在L2层上形成背钻孔，则以PCB的L8到L4层为第一区域，L3层为第二区域；以第一区域和第二区域为圆形为例，第一区域外沿距离通孔边沿6至8MIL，第二区域外沿距离通孔边沿2至4MIL，即第一区域的截面大于第二区域的截面。第一区域和第二区域可在内层线路制作（即图形转移、蚀刻）的同时完成。

通过上面的操作，对待形成背钻孔的通孔周围的层的不同区域进行蚀刻操作，为形成背钻孔做好准备；而且无需使用光栅尺先对打孔的距离进行测量，节约厂商的制造成本。

进一步地，在蚀刻操作完成后，进行层压、钻通孔和孔金属化等操作，再利用背钻机对所述待形成背钻孔的通孔进行背钻操作，形成背钻孔；

具体操作步骤如下：

a.利用钻咀30截面面积大于或者等于第二区域外沿（考虑实际过程中的对位偏差，宽度要稍大于所述第二直径较佳）且小于所述第一区域外沿的背钻机，从上往下开始对所述金属化后的通孔进行背钻孔钻孔操作，将所述第一区域10钻穿；第二区域外沿的直径较通孔直径略大，一般大2～4mil为佳；

b.当所述背钻机的钻咀30接触到所述第二区域20外围的金属时，所述背钻机停止钻孔操作。

本实施例中，第二区域在L3层，L3层是从L8层起开始背钻，往下要被钻掉孔铜的最深一层，L2层处的孔铜则是需要保留的。

在PCB上的层L1…L8可以由具有不容易氧化且导电率高特点的任意过渡金属形成，如：金、银、铜等，考虑到需要控制PCB的制造成本，一般情况下在PCB上形成金属铜层。

按照上述的操作，利用截面半径大于第二区域1～2MIL且小于第一区域截面半径的钻咀30的背钻机对蚀刻后的待形成背钻孔的通孔进行钻孔操作，这样在钻孔的过程中，因为钻咀30的截面小于第一区域10的截面，所以在钻咀钻穿第一区域10所在的L8至L4层时，不会碰到第一区域10周围的金属。同时，钻咀30的截面大于第二区域20的截面，所以当钻咀30的接触到第二区域20周围金属时，就表示钻咀30的背钻深度已经到达了第二区域20所在的L3层，且因钻咀头部为尖形，钻咀接触到第二区域20周围金属时，L3层所要钻掉的孔铜已经去除，即达到预先设定的背钻孔的深度，背钻孔已经形成，钻咀30就会停止钻孔操作。使用此种方法，在整个钻孔的过程中，使用普通背钻机即可，无需使用高精度的背钻机和光栅尺，可降低PCB制造厂商的制造成本，而且避免了制造生产过程中使用光栅尺而出现的累积误差；再者，操作简单，可以进一步提高生产效率。

进一步地，利用背钻机对所述待形成背钻孔的通孔进行钻孔操作，形成背钻孔步骤还包括：

c.在所述待形成背钻孔的通孔40旁边形成信号反馈孔50。

所述信号反馈孔50具体用于：

信号反馈孔50在L3层与第二区域20外围的金属相连通，在所述背钻机钻咀30碰到所述第二区域20外围的金属时，形成信号反馈回路，形成停止指令的电信号，背钻机收到该信号即停止背钻。

通过信号反馈孔50的导通，背钻机将带有停止指令的电信号反馈到外部，可以使控制背钻机的控制器在接到指令后，控制背钻机进行后续作业；还可使IO设备在接收到停止指令后，可将信息在与IO设备连接的显示器上显示出来，使工作人员可以及时的了解背钻孔的工作进度。

如背景技术中的描述，现有的背钻机在形成背钻孔的过程中，通常是通过光栅尺来控制钻孔精度的，但是光栅尺在使用过程中会产生不可避免的累积误差，这就会在生产的过程中造成PCB中某些通孔的尺寸造成偏差，久而久之，会影响PCB的性能。而本发明实施例采用的先蚀刻内层来配合背钻的方式，代替光栅尺的测量，可以避免累积误差，提高背钻深度的精度。

在本实施例中，由于钻咀的角度，当反馈回路形成时，即钻咀已经将L3层的第二区域钻穿，从而触碰到第二区域周围的金属，与信号反馈孔联通时，L3层的孔铜部分已经钻除。

进一步地，若钻咀的直径是M，钻咀的角度是X，则钻咀在接触到L3层时，则实际钻孔深度是L3层加（M÷2Tan(0.5X)）；依次类推，可以通过使用不同角度的钻咀来控制下钻深度的精度，从而在不使用高精度光栅尺的情况下，就能准确的知道所钻通孔的深度，而且操作简单方便。

进一步地，如图3所示，本实施例的背钻机使用90～140度的钻咀在PCB上形成背钻孔。

基于上述描述，本实施例提供的印制电路板背钻孔形成方法，在形成背钻孔前对印制电路板进行小范围蚀刻操作，在不影响印制电路板性能的前提下，就可以形成位置精确的背钻孔，而且背钻机钻咀在碰到所述第二区域的金属时，就会停止钻孔操作，从而形成背钻孔，整个操作过程中无需使用高精度的步进电机和光栅尺，可以大大降低厂商制造印制电路板的成本；而且因为避免了使用光栅尺，使厂商在制造印制电路板的背钻孔过程中不会出现累积误差，使厂商的印制电路的生产效率不在受光栅尺的限制，进而可以增加厂商的产能。

通过以下实施例对印制电路板背钻孔形成方法作进一步描述。

本实施例通过更改PCB的设计结构，从PCB的结构上解决问题，降低背钻技术对背钻机的依赖。本方法设计的结构可以使背钻机不需要高精度的步进电机和光栅尺也一样可以实现高精度的背钻功能。

在制作内层线路图形的同时，把PCB上待形成背钻孔的通孔周围的铜从L8到L4层的蚀刻掉，也把L3层的待形成背钻孔的通孔周围的铜蚀刻掉。其中，L8到L4层蚀刻掉的铜层截面宽度为8MIL；L3层蚀刻掉的铜层的截面宽度为2MIL；所使用的背钻机钻咀的截面宽度为6MIL。在PCB中增加一个信号反馈孔，背钻机钻咀的回路信号通过信号反馈孔和板边相联通，最终和外部控制器形成回路。

在背钻过程中，随着背钻机钻咀的下降，在L8到L4层的背钻过程中，背钻咀并不会接触到L3层的通孔（此时还未形成背钻孔）周围的铜（且背钻钻咀经过L8至L4层时，由于第一区域内的铜事先经过蚀刻，使得背钻后这几层的线路不会在背钻孔中露出来），也就不会产生带有停止指令的电信号给背钻机控制器，背钻机的主轴会持续下降，直到接触到L3层。由于L3层待形成背钻孔的通孔周围的铜层的截面面积小于背钻机钻咀的截面面积，因此一旦当背钻机的钻咀钻到L3层时就会通过信号反馈孔将带有停止指令的电信号反馈给控制器，从而使背钻机感知目前的深度从而立即使主轴停止下降，从而完成一个背钻孔的钻孔操作。

本实施例通过使用不同角度的钻咀来实现钻咀接触到L3层的信号时停止位置的精度。在钻咀接触到L3层的铜厚，由于存在钻尖角的因素，实际深度会受到钻咀角度的影响。例如，使用90度的钻咀时，如果背钻机用的钻咀直径是M，则背钻机在接触到L3层停止时，钻咀的实际钻孔深度是L3层加（M÷2Tan(0.5X)）；如：钻咀直径M是20MIL，钻咀的角度X是90度；其中，1MIL=0.0254mm，那么20MIL=0.5mm，那么（M÷2Tan(0.5M)）=(0.5÷Tan(0.5×90))=0.25mm；0.25mm就是背钻机在L3层停止后钻咀继续下钻的深度。实际使用中，钻咀角度在90～140度之间较为常见，上述举例90度是为方便计算。

进一步地，本发明还提供一种印制电路板的形成方法，该印制电路板包含背钻孔，所述背钻孔根据上述任一实施例中的方法制得。

本实施例中提供的印制电路板的形成方法的处理流程，可以参见上面提供的印制电路板背钻孔形成方法实施例的流程，此处不再赘述。

基于上述描述，本实施例提供的印制电路板及其背钻孔形成方法，在背钻机接触到L3层后，控制器会得到背钻机反馈的带有停止指令的电信号，控制器会立即停止背钻机的主轴下降。由于背钻机停止为一个唯一的动作，不会在操作过程中产生累积误差，因此精度比在L8层触发信号后通过光栅尺进行计算深度要精确；而且可以依靠钻咀的角度来实现钻孔深度的控制；而且本实施例提出的背钻技术不需要光栅尺就可以实现背钻，减少了背钻技术对背钻机的依赖，而且背钻机的主轴不必使用高精度编码功能的步进电机，节约了PCB生产厂商的制造成本。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种印制电路板背钻孔形成方法，其特征在于，包括：

在印制电路板内层的待形成背钻孔的位置周围第一区域上进行蚀刻；

在沿背钻方向、与所述第一区域所在内层相邻的印制电路板内层上待形成背钻孔的位置周围第二区域上进行蚀刻，所述第二区域截面小于所述第一区域的截面，所述第二区域所在内层，为所述背钻孔沿背钻方向的最内层；

对所述经过蚀刻的印制电路板内层进行层压；

对所述印制电路板钻出所述待形成背钻孔的通孔；

对所述待形成背钻孔的通孔进行金属化；

利用截面大于或等于第二区域且小于第一区域的钻咀对所述待形成背钻孔的通孔进行背钻，所述钻咀钻穿所述第一区域，到达第二区域，形成所述背钻孔。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一区域和所述第二区域都是以所述通孔为轴线的区域。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一区域和/或所述第二区域为圆形或环形。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述钻咀到达第二区域具体为：所述钻咀接触到所述第二区域周围的金属时，所述背钻机停止钻孔操作。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述待形成背钻孔的通孔旁边形成信号反馈孔，所述信号反馈孔为金属孔，且与所述第二区域所在内层上的与所述第二区域外围的金属相连通。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述信号反馈孔具体用于：

在所述钻咀触碰到所述第二区域外围与所述信号反馈孔相连通的金属时，所述信号反馈孔形成反馈回路，使得所述背钻机收到带有停止指令的电信号。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述钻咀的钻咀角度为90～140度。

8.一种印制电路板的形成方法，所述印制电路板包含背钻孔，其特征在于，所述背钻孔根据权利要求1～7任一项所述方法制得。