CN106304654B - 一种提升背钻stub精度的方法及采用该方法的pcb - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提升背钻STUB精度的方法，包括以下步骤：对PCB的内部铜层结构和层压压板半固化片的流胶规律进行分析；根据分析结果，建立背钻板模型；建立背钻板模型不同的含铜量在板面各个位置的等高曲面图，以及不同位置的板厚等高线图；确定需要背钻板各个内层铜层的厚度和分布，将需要背钻板分割成多个区域，根据等高曲面图和等高线图确定各个区域铜层的累计厚度，以及流胶的分布区域，划分多个取样位置；根据预测的板厚对需要背钻的板打背钻孔，然后在取样位置进行切片取样，对实际背钻孔的深度进行测量，最后根据需要调整背钻孔的钻孔深度，同时还提供了采用上述方法设置背钻孔的PCB。采用上述方法能够提升背钻STUB精度。
Description
技术领域
本发明涉及PCB技术领域，尤其涉及一种提升背钻STUB精度的方法及采用该方法的PCB。
背景技术
目前行业内的背钻STUB精度控制仍是一个普遍性的技术难题，STUB精度控制主要依赖于钻孔设备的精度提升及板厚均匀性控制，没有比较系统的分析、判断及控制的方法。如中国专利申请公开了一种PCB的背钻孔加工方法，具体的包括如下步骤：步骤1、提供PCB基板；步骤2、对PCB基板进行钻通孔，步骤3、整板镀铜，控制通孔内铜厚为2μm-15μm；步骤4、整板镀锡；步骤5、在需要进行背钻孔的通孔上钻去部分孔铜，形成背钻孔；步骤6、超声波及高压水洗，清洗背钻孔内残留的钻屑；步骤7、蚀刻背钻孔内残留铜丝；步骤8、电镀：电镀孔铜至所需要求。
上述打背钻孔的方式存在背钻STUB精度差的问题。
针对上述问题，需要提出一种能够提升背钻STUB精度的方法。
发明内容
本发明的目的在于提出一种提升背钻STUB精度的方法，能够解决现有的背钻STUB精度差的问题。
本发明的另一个目的在于提出一种PCB，其采用如以上所述的方法设置背钻孔。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种提升背钻STUB精度的方法，其包括以下步骤：
步骤A：对PCB的内部铜层结构和层压压板半固化片的流胶规律进行分析；
步骤B：根据步骤A中的分析结果，建立背钻板模型；
步骤C：建立背钻板模型不同的含铜量在板面各个位置的等高曲面图，以及不同位置的板厚等高线图；
步骤D：确定需要背钻板各个内层铜层的厚度和分布，以及将需要背钻板分割成多个区域，根据步骤C中等高曲面图和等高线图确定各个区域铜层的累计厚度，以及流胶的分布区域，划分多个取样位置；
步骤E：根据预测的板厚对需要背钻的板打背钻孔，然后在取样位置进行切片取样，对实际背钻孔的深度进行测量，最后根据需要调整背钻孔的钻孔深度。
作为上述提升背钻STUB精度的方法的一种优选方案，在步骤A包括以下步骤：
步骤a1：对现有的板材进行系统性的分析，确定现有板材的不同的型号、芯板厚度、铜厚、尺寸、板厚、残铜率所占的比例；
步骤a2：根据步骤a1中确定的比例选取试验板材；
步骤a3：根据现有的层叠设计选取层叠结构采用的半固化片；
步骤a4：确定现有的背钻钻深在板边和板中的分布情况。
作为上述提升背钻STUB精度的方法的一种优选方案，在步骤C中，不同位置的板厚等高线图：将背钻板模型按照设定的间隔进行分区铣出多个均匀分布的通孔，测量每个通孔处的板厚数据，数据录入后形成板厚等高线图。
作为上述提升背钻STUB精度的方法的一种优选方案，设定的间隔为40mm-60mm。
作为上述提升背钻STUB精度的方法的一种优选方案，所述通孔的横截面为矩形。
作为上述提升背钻STUB精度的方法的一种优选方案，所述矩形的各边长的取值范围均为：10mm-15mm。
作为上述提升背钻STUB精度的方法的一种优选方案，根据等高曲面图和板厚等高线图，对单张半固化片介质层厚度进行推算。
具体地，本方案中的所述单张半固化片介质层厚度是指单张半固化片在层压和固化后的介质层厚度。
作为上述提升背钻STUB精度的方法的一种优选方案，选取板材进行切片试验，测得单张半固化片介质层厚度的具体数据，并得出含铜量与压后半固化片介质层厚度的关系，对比单张半固化片介质层厚度的推算值和实测值，判断推算值是否准确。
作为上述提升背钻STUB精度的方法的一种优选方案，根据PCB板厚的不同，在背钻板上划分不同的取样位置。
一种PCB，其包括背钻孔，该背钻孔是采用如以上所述的提升背钻STUB精度的方法设置的。
本发明的有益效果为：本发明通过对生产板材内部铜层结构和层压压板半固化片的流胶规律进行分析，根据分析结果对待打背钻孔的板的板厚进行预测，然后采用切片确认的方式，实现背钻分区间设定钻深，进而提升背钻STUB精度能力。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的提升背钻STUB精度的方法流程示意图；
图2是本发明具体实施方式提供的背钻钻深与板边、板中STUB误差的关系图；
图3是本发明具体实施方式提供的PCB的取点位置图；
图4是本发明具体实施方式提供的不同的残铜量在板面各位置的等高曲面图；
图5是本发明具体实施方式提供的板材的板厚等高线图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
背钻是指在一钻金属化通孔上，用比一钻孔直径大的钻刀从反面钻掉多余的孔铜，以实现指定层的连接导通。背钻STUB即背钻残桩，指背钻孔非金属化孔壁底端到相邻不钻穿层的孔铜长度。
参照图1，在本实施方式中，提供了一种提升背钻STUB精度的方法，其包括以下步骤：
步骤A：对PCB的内部铜层结构和层压压板半固化片的流胶规律进行分析；
步骤B：根据步骤A中的分析结果，建立背钻板模型；
步骤C：建立背钻板模型不同的含铜量在板面各个位置的等高曲面图，以及不同位置的板厚等高线图；
步骤D：确定需要背钻板各个内层铜层的厚度和分布，以及将需要背钻板分割成多个区域，根据步骤C中等高曲面图和等高线图确定各个区域铜层的累计厚度，以及流胶的分布区域，划分多个取样位置；
步骤E：根据预测的板厚对需要背钻的板打背钻孔，然后在取样位置进行切片取样，对实际背钻孔的深度进行测量，最后根据需要调整背钻孔的钻孔深度。
在步骤A包括以下步骤：
步骤a1：对现有的板材进行系统性的分析，确定常用板材的不同的型号、芯板厚度、铜厚、尺寸、板厚、残铜率所占的比例；
步骤a2：根据步骤a1中确定的比例选取试验板材；
步骤a3：根据现有的层叠设计选取层叠结构采用的半固化片；
步骤a4：确定现有的背钻钻深在板边和板中的分布情况。
为了对步骤A进行详细的说明，于本实施中，提供了板材进行系统性的分析的具体过程，即对在线生产板进行系统性的分析，具体包括以下八个方面：
1)常见的背钻板材如下表所示：
| 板材 | 面积(mm<sup>2</sup>) | 比例 | 累计比例 |
| A | 1329388.28 | 27.11％ | 27.11％ |
| B | 911388.22 | 18.58％ | 45.69％ |
| C | 558415.84 | 11.39％ | 57.08％ |
| D | 499760 | 10.19％ | 67.27％ |
| E | 337313.49 | 6.88％ | 74.14％ |
| F | 249091.01 | 5.08％ | 79.22％ |
| G | 234566.7 | 4.78％ | 84.00％ |
| H | 192403.46 | 3.92％ | 87.93％ |
| I | 100209.95 | 2.04％ | 89.97％ |
| J | 68009.28 | 1.39％ | 91.36％ |
| 其他 | 423835.48 | 8.64％ | 100％ |
表1
根据上述表格中的数据可知板材A和B的使用比例相对其它板材高，因此选择A和B两种板材进行验证。
2)常见的背钻板芯板厚度如下表所示：
表2
根据上述表格中的数据选择0.130mm和0.100mm两种不同的芯板厚度进行验证。
3)常见的背钻铜厚如下表所示：
| 背钻铜厚(mm) | 面积(mm<sup>2</sup>) | 比例 | 累计比例 |
| 0.500 | 2335958.27 | 47.63％ | 47.63％ |
| 1.000 | 2300203.08 | 46.90％ | 94.53％ |
| 2.000 | 267462.13 | 5.45％ | 99.98％ |
| 3.000 | 758.23 | 0.02％ | 100.00％ |
表3
根据上述表格中的数据选择0.500mm和1.000mm两种不同的背钻铜厚进行验证。
4)常见的背钻板尺寸如以下表格所示：
表4
根据上述表格中的数据选择18.5英寸*24.5英寸和18.5英寸*20.5英寸两种规格的背钻板进行验证。
5)常见的背钻板板厚如以下表格所示：
| 板厚(mm) | 面积(mm<sup>2</sup>) | 比例 | 累计比例 |
| (2，3] | 105730.0195 | 38.08％ | 38.08％ |
| [1，2] | 63386.47074 | 22.83％ | 60.90％ |
| (3，4] | 51077.02298 | 18.39％ | 79.30％ |
| (4，5] | 29856.14383 | 10.75％ | 90.05％ |
| (5，6] | 25167.12578 | 9.06％ | 99.11％ |
| 大于6 | 2464.065 | 0.89％ | 100.00％ |
表5
根据上述表格中的数据选择板厚大于2mm小于等于3mm的背钻板进行验证。
6)常见的残铜率设定
常见的不同残铜率的背钻板包括：一种有少量的线路4％-10％左右；一种是线路层含铜皮填充层在35％左右；一种是大铜面85％左右。
下表是两种不同的背钻板的各层的残铜率情况：
| 层次 | L2 | L3 | L4 | L5 | L6 | L7 | L8 | L9 | L10 | L11 |
| M | 67.00％ | 80.00％ | 55.00％ | 80.00％ | 59.00％ | 80.00％ | 63.00％ | 80.00％ | 63.00％ | 80.00％ |
| N | 61.00％ | 88.00％ | 52.00％ | 85.00％ | 62.00％ | 88.00％ | 66.00％ | 87.00％ | 32.00％ | 87.00％ |
| 层次 | L12 | L13 | L14 | L15 | L16 | L17 | L18 | L19 | L20 | L21 |
| M | 58.00％ | 80.00％ | 79.00％ | 79.00％ | 79.00％ | 79.00％ | 90.00％ | 57.00％ | 90.00％ | 61.00％ |
| N | 38.00％ | 87.00％ | 76.00％ | 76.00％ | 75.00％ | 76.00％ | 87.00％ | 37.00％ | 88.00％ | 38.00％ |
| 层次 | L22 | L23 | L24 | L25 | L26 | L27 | L28 | L29 | ||
| M | 90.00％ | 59.00％ | 80.00％ | 54.00％ | 90.00％ | 63.00％ | 90.00％ | 49.00％ | ||
| N | 86.00％ | 37.00％ | 86.00％ | 40.00％ | 86.00％ | 38.00％ | 87.00％ | 35.00％ |
表6
7)常见的叠层设计
目前内层主要的叠层结构设计为单线(50欧姆)和差分(100欧姆)。
从目前的内层阻抗的主流来看有以下几个规律：
1、内层：HOZ铜厚，邻层屏蔽，屏蔽层厚度≤0.20mm，半固化片多为两张组合，半固化片介质层厚度多为0.10mm-0.13mm；单线线宽是0.10mm-0.15mm，差分组合L+S线宽多为0.33mm。
2、外层多采用薄半固化片，单张半固化片的居多，半固化片介质层厚度多为0.08mm-0.10mm左右，面铜厚度0.03mm，单线线宽是0.10mm-0.15mm，差分组合L+S线宽多为0.33mm或0.36mm。
8)背钻钻深在板边和板中的分布情况
目前的在单层半固化片介质层的条件下背钻钻深与STUB误差的分布如图2所示，从图2中显示内容可以得出，板边与板中的STUB误差大体都在50微米左右波动，但存在部分位置的STUB误差超出了50微米，这些STUB误差超出了50微米的位置需要被有效识别并针对性地调整背钻钻深，以提高背钻STUB精度。
于本实施例中，步骤B：根据PCB的内部铜层结构和层压压板半固化片的流胶规律的分析结果建立背钻板板厚预测模型，具体设置方式如下：
根据上述系统性分析的数据结论建立背钻板模型，使残铜量不同的内层芯板的分布设计规律不同。然后，参照图3，将上述背钻板模型按照设定的间隔进行分区铣出多个均匀分布的通孔，测量每个通孔处的板厚数据，数据录入后形成板厚等高线图。具体的，设定的间隔为40mm-60mm，于本实施例中设定的间隔为50mm。上述通孔的横截面为矩形，并且矩形各变长的取值范围均为10mm-15mm。于本实施例中，通孔的横截面为正方形，并且正方形的边长为15mm。
于本实施例中，采用千分尺进行板厚的测量，根据测量结果获得不同的残铜量在板面各位置的等高曲面图和板厚等高线图，其中，等高曲面图如图4所示，板厚等高线图如图5所示。
根据板厚等高线的分布规律，为避免区间分布过多，导致分刀规则复杂和影响生产运作，将分刀种类减小到≤3种以内，按照该思路，共计将板分为4个区间，然后对单张半固化片介质层厚度的分布进行推算，具体的如下表所示：
表7
对单层半固化片介质层厚度切片实测结果分析：
对上述背钻板进行切片并实测，获得实测数据后通过软件进行模拟，形成拟合曲线和压后半固化片介质层厚度在不同板区间的均值，然后通过对拟合曲线和压后半固化片介质层厚度在不同板区间的均值进行分析得出以下结论：
1、残铜量与压后半固化片介质层厚度有明显的线性关系(压后半固化片介质层厚度＝211.1+26.19*含铜量)，因此，残铜量越高压后半固化片介质层厚度越厚；
2、从压后半固化片介质层厚度的具体数据可知，距离板边50mm位置的压后半固化片介质层厚度明显小于距离100mm位置的压后半固化片介质层厚度，而距离100mm位置的压后半固化片介质层厚度也稍微小于距离150mm位置的压后半固化片介质层厚度，与前述根据整板板厚进行的半固化片介质层厚度的推算结果是一致的。
另外，本实施方式还提供了一种PCB，其包括背钻孔，该背钻孔是采用如以上所述的提升背钻STUB精度的方法设置的。
在具体的打背钻孔的过程中，不同位置的背钻孔的深度是采用计算机软件进行输出的，具体的，根据前面模型模拟的流胶规律及单层半固化片介质层厚度的影响，结合内层芯板分布因素自主开发软件脚本进行板厚预测运算，具体如以下所述：
首先，在软件的操作界面，输入内层芯板厚度和生产板分区数据，其中内层芯板厚度用于提供内层芯板的厚度及分布信息，而生产板分区则用于指导生产板分割成若干大小一致的板区间模块。接着，软件进行内部逻辑运算，累计内层各层芯板的厚度，以及对背钻板按照距离板边50mm、100mm、150mm进行划分并形成若干板区间。最近，软件在操作界面输出结果，指导用户在不同的板区间设置相应的背钻深度。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种提升背钻STUB精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：对PCB的内部铜层结构和层压压板半固化片的流胶规律进行分析；
步骤B：根据步骤A中的分析结果，建立背钻板模型；
步骤C：建立背钻板模型不同的含铜量在板面各个位置的等高曲面图，以及不同位置的板厚等高线图；
步骤D：确定背钻板各个内层铜层的厚度和分布，以及将背钻板分割成多个区域，根据步骤C中等高曲面图和等高线图确定各个区域铜层的累计厚度，以及流胶的分布区域，划分多个取样位置；
步骤E：根据预测的板厚对需要背钻的板打背钻孔，然后在取样位置进行切片取样，对实际背钻孔的深度进行测量，最后根据需要调整背钻孔的钻孔深度。
2.根据权利要求1所述的提升背钻STUB精度的方法，其特征在于，在步骤A包括以下步骤：
步骤a1：对现有的板材进行系统性的分析，确定现有板材的不同的型号、芯板厚度、铜厚、尺寸、板厚、残铜率所占的比例；
步骤a2：根据步骤a1中确定的比例选取试验板材；
步骤a3：根据现有的层叠设计选取层叠结构采用的半固化片；
步骤a4：确定现有的背钻钻深在板边和板中的分布情况。
3.根据权利要求1所述的提升背钻STUB精度的方法，其特征在于，在步骤C中，不同位置的板厚等高线图：将背钻板模型按照设定的间隔进行分区铣出多个均匀分布的通孔，测量每个通孔处的板厚数据，数据录入后形成板厚等高线图。
4.根据权利要求3所述的提升背钻STUB精度的方法，其特征在于，设定的间隔为40mm-60mm。
5.根据权利要求3所述的提升背钻STUB精度的方法，其特征在于，所述通孔的横截面为矩形。
6.根据权利要求5所述的提升背钻STUB精度的方法，其特征在于，所述矩形的各边长的取值范围均为：10mm-15mm。
7.根据权利要求1所述的提升背钻STUB精度的方法，其特征在于，根据等高曲面图和板厚等高线图，对单张半固化片介质层厚度进行推算。
8.根据权利要求7所述的提升背钻STUB精度的方法，其特征在于，选取板材进行切片试验，测得单张半固化片介质层厚度的具体数据，并得出含铜量与压后半固化片介质层厚度的关系，对比单张半固化片介质层厚度的推算值和实测值，判断推算值是否准确。
9.根据权利要求1所述提升背钻STUB精度的方法，其特征在于，根据PCB板厚的不同，在背钻板上划分不同的取样位置。
10.一种PCB，其特征在于，包括背钻孔，该背钻孔是采用如权利要求1-9任意一项所述的提升背钻STUB精度的方法设置的。
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