CN110022647A - 一种pcb的钻孔方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种PCB的钻孔方法及装置，用于解决现有技术中背钻精度较低的问题。本发明实施例方法包括：利用钻孔装置的钻头在印刷电路板PCB中制备通孔的过程中，检测钻头的钻孔信号，钻孔信号与钻头受到的轴向力相关；根据钻头的钻孔信号计算目标厚度，目标厚度为钻头与PCB开始接触的位置到PCB的信号层之间的距离，钻头与PCB开始接触的位置到PCB的信号层之间包括n层导电层；利用目标厚度与背钻补偿深度计算背钻深度；在通孔中按照背钻深度进行背钻。

Description

一种PCB的钻孔方法及装置

技术领域

本发明涉及印刷电路板领域，具体涉及一种PCB的钻孔方法及装置。

背景技术

多层印制电路板PCB中镀通孔PTH起到内层电源层与接地层的相互连通的功能，当系统进入高速信号传输时，PTH孔将成为信号完整性的瓶颈和障碍，而对PCB的背钻是一种能够有效降低孔链路损耗的工艺加工方式，但是背钻后的信号层上方多余的孔铜Stub长度越大，损耗越大，Stub长度越小，损耗越小。因此，如何控制背钻深度以使得Stub长度最小，成为背钻过程中直观重要的问题。

目前背钻加工控深方式已经比较成熟，主要为接触式电流感应控深和接触式电容感应控深。两种方式都是根据不同的PCB板及不同的层次背钻要求来设定背钻的深度，相同层次背钻板内不同位置都使用的时相同背钻深度。

但是，即使是相同编码PCB板，由于图形设计、压制时材料的流动性等影响，同一片板的不同位置的板厚也是有较大差异的(以3.0mm的板厚为例，同一片板不同位置差异达到0.3mm，且板厚越厚，差异越大)。即使是相同编码PCB板，由于图形设计、压制时材料的流动性等影响，同一片板的不同位置的板厚也是有较大差异的(以3.0mm的板厚为例，同一片板不同位置差异达到0.3mm，且板厚越厚，差异越大)。如果同一片板都使用相同的背钻深度，板厚过薄的位置可能出现背钻过深导致板件开路，板厚过厚的位置其背钻Stub长度过大，影响信号传输损耗。

发明内容

本发明提供一种PCB的钻孔方法及装置，用于解决现有技术中背钻精度较低的问题。

本发明实施例的一方面提供了一种PCB的钻孔方法，应用于PCB的钻孔装置，包括：

利用所述钻孔装置的钻头在印刷电路板PCB中制备通孔的过程中，检测所述钻头的钻孔信号，所述钻孔信号与所述钻头受到的轴向力相关；

根据所述钻头的钻孔信号计算目标厚度，所述目标厚度为所述钻头与所述PCB开始接触的位置到所述PCB的信号层之间的距离，所述钻头与所述PCB开始接触的位置到所述PCB的信号层之间包括n层导电层；

利用所述目标厚度与背钻补偿深度计算背钻深度；

在所述通孔中按照所述背钻深度进行背钻。

可选的，利用所述钻头在所述PCB中制备通孔的过程中，若所述钻头的转速恒定，所述钻孔信号为所述钻孔装置的功率信号。

可选的，所述钻孔信号为对所述钻头的轴向力信号。

可选的，根据所述钻头的钻孔信号计算目标厚度包括：

记录初始信号峰值对应的第一时刻，所述初始信号峰值为利用所述钻头在所述PCB中制备通孔的过程中第一次检测到的所述钻孔信号的峰值；

记录目标次信号峰值对应的第二时刻，所述目标次信号峰值为利用所述钻头在所述PCB中制备通孔的过程中第n+1次检测到的所述钻孔信号的峰值；

利用所述第一时刻与所述第二时刻之间的时长和所述钻头的轴向运动速度计算所述目标厚度。

可选的，根据所述钻头的钻孔信号计算目标厚度包括：

记录初始信号峰值对应的第一轴向位置信息，所述初始信号峰值为利用所述钻头在所述PCB中制备通孔的过程中第一次检测到的所述钻孔信号的峰值；

记录目标次信号峰值对应的第二轴向位置信息，所述目标次信号峰值为利用所述钻头在所述PCB中制备通孔的过程中第n+1次检测到的所述钻孔信号的峰值；

利用所述第一轴向位置信息与所述第二轴向位置信息计算所述目标厚度。

本发明实施例第二方面提供一种PCB的钻孔装置，包括主机和钻头，所述主机包括控制器和检测装置；

在利用钻头在PCB中制备通孔的过程中，所述检测装置用于检测所述钻头的钻孔信号，所述钻孔信号与所述钻头受到的轴向力相关；

所述控制器用于根据所述钻头的钻孔信号计算目标厚度，所述目标厚度为所述钻头与所述PCB开始接触的位置到所述PCB的信号层之间的距离，所述钻头与所述PCB开始接触的位置到所述PCB的信号层之间包括n层导电层，利用所述目标厚度与背钻补偿深度计算背钻深度，并控制所述钻头在所述通孔中按照所述背钻深度进行背钻。

可选的，利用所述钻头在所述PCB中制备通孔的过程中，若所述钻头的转速恒定，所述检测装置为功率信号检测装置，用于检测所述钻孔装置的功率信号，作为所述钻孔信号。

可选的，所述检测装置为力信号检测装置，用于检测所述钻头的轴向力信号，作为所述钻孔信号。

可选的，所述控制器具体用于：

记录初始信号峰值对应的第一时刻，所述初始信号峰值为利用所述钻头在所述PCB中制备通孔的过程中第一次检测到的所述钻孔信号的峰值；

记录目标次信号峰值对应的第二时刻，所述目标次信号峰值为利用所述钻头在所述PCB中制备通孔的过程中第n+1次检测到的所述钻孔信号的峰值；

利用所述第一时刻与所述第二时刻之间的时长和所述钻头的轴向运动速度计算所述目标厚度。

可选的，所述控制器具体用于：

记录初始信号峰值对应的第一轴向位置信息，所述初始信号峰值为利用所述钻头在所述PCB中制备通孔的过程中第一次检测到的所述钻孔信号的峰值；

记录目标次信号峰值对应的第二轴向位置信息，所述目标次信号峰值为利用所述钻头在所述PCB中制备通孔的过程中第n+1次检测到的所述钻孔信号的峰值；

利用所述第一轴向位置信息与所述第二轴向位置信息计算所述目标厚度。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供了一种PCB的钻孔方法，应用于PCB的钻孔装置，首先利用钻孔装置的钻头在印刷电路板PCB中制备通孔，在制备通孔的过程中，检测钻头的钻孔信号，钻孔信号与钻头受到的轴向力相关，根据钻头的轴向力信号计算目标厚度，目标厚度为钻头与PCB开始接触的位置到PCB的信号层之间的距离，钻头与PCB开始接触的位置到PCB的信号层之间包括n层导电层，利用目标厚度与背钻补偿深度计算背钻深度，最后在通孔中按照背钻深度进行背钻。和现有技术相比，本发明在背钻过程中使用的背钻深度为根据目标厚度的测量值计算得到的，因此背钻精度更高。

附图说明

图1是为PCB的剖面结构示意图；

图2是本发明PCB的钻孔方法一个实施例示意图；

图3是本发明钻头的轴向力信号随时间的变化示意图；

图4是本发明PCB的钻孔装置一个实施例示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种PCB的钻孔方法及装置，用于提高背钻精度。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

请参阅图1，为PCB的剖面结构示意图，现有技术在背钻过程中，首先需要确定目标厚度20的理论值H_理论和Stub长度23的目标值L_目标，计算背钻深度d＝H_理论-L_目标，其中，目标厚度20为第一导电层21和信号层22之间的厚度，背钻深度d为钻头接触到PCB表面后继续深入的长度，由于考虑到背钻加工时设备的精度，背钻深度d应小于目标厚度20，因此预留一个背钻补偿深度，即Stub长度23的目标值L_目标。之后，在PCB上的不同背钻位置按照统一的背钻深度d进行背钻。由于PCB中不同背钻位置对应目标厚度d的实际值不同，当目标厚度20的实际值大于H_理论时，容易导致Stub长度23的实际值过大，增加信号损失，当目标厚度20的实际值小于H_理论时，容易导致板件开路。影响背钻精度最大的因素就是不同位置板厚的差异，但是在每次背钻过程中对目标厚度20进行测量十分困难。

在PCB背钻之前，首先需要利用钻头在PCB中制造通孔，在通孔内壁镀金属后，再利用钻头在通孔中进行背钻。在制造通孔的过程中，钻头绕其轴线进行旋转，同时按照预设速度进行轴向运动，逐步深入PCB内部直至生成通孔。PCB是由导电层(比如铜箔层或铝箔层)和介质层(比如玻纤树脂层)交替组成的，在钻头深入PCB内部的过程中，钻头交替接触导电层与介质层，由于导电层和介质层的硬度不同，钻头在导电层或介质层中进行旋转以及轴向运动的过程中，受到的轴向力不同，由于导电层的硬度通常大于介质层的硬度，因此钻头在导电层中受到的轴向力大于其在介质层中受到的轴向力。

本发明基于上述规律提出PCB的钻孔方法，应用于PCB的钻孔装置，请参阅图2，本发明PCB的钻孔方法一个实施例包括：

步骤100、检测钻头的钻孔信号；

首先需要利用钻孔装置的钻头在PCB中制备通孔，在制备通孔的过程中，钻孔装置可以检测钻头的钻孔信号，钻孔信号与钻头受到的轴向力相关。下面提供钻孔信号的两种可能的具体形式：

1)钻孔信号为钻孔装置的功率信号：

在利用钻头在PCB中制备通孔的过程中，若钻头的转速恒定，钻头在导电层受到的轴向力较大，为了维持恒定的转速，钻孔装置需要以较大的功率进行旋转以及轴向深入；钻头在介质层受到的轴向力较小，为了维持恒定的转速，钻孔装置需要以较小的功率进行旋转以及轴向深入。可见，若钻头的转速恒定，钻孔装置的功率信号能够用于区分钻头所处的层为导电层还是介质层，因此可于作为本发明实施例中的钻孔信号。

2)钻孔信号为对钻头的轴向力信号：

可以在钻头主轴上或者在PCB的底部安装动态受力检测传感装置(以下简称力信号检测装置)，用于检测钻孔切削时钻头受到的轴向力信号。钻头在导电层受到的轴向力较大，因此钻头位于导电层时，钻孔装置检测到的轴向力信号较大；钻头在介质层受到的轴向力较小，因此钻头位于介质层时，钻孔装置检测到的轴向力信号较小。假设PCB的结构如图1所示，检测到的钻头的轴向力信号随时间的变化如图3所示，A1、A2、A3、A4表示钻头位于导电层，B1、B2、B3、B4表示钻头位于介质层。可见，轴向力信号能够用于区分钻头所处的层为导电层还是介质层，因此可于作为本发明实施例中的钻孔信号。

步骤200、根据钻头的钻孔信号计算目标厚度；

检测到钻头的钻孔信号之后，钻孔装置可以根据钻头的钻孔信号计算目标厚度，目标厚度为钻头与PCB开始接触的位置到PCB的信号层之间的距离，钻头与PCB开始接触的位置到PCB的信号层之间包括n层导电层。以钻孔信号为对钻头的轴向力信号为例，假设步骤200检测到的钻头的轴向力信号随时间的变化如图3所示，下面提供两种计算目标厚度的方法：

第一种方法包括如下步骤：

步骤211、记录初始信号峰值对应的第一时刻；

记录初始信号峰值对应的第一时刻，初始信号峰值为利用钻头在PCB中制备通孔的过程中第一次检测到的钻孔信号的峰值。继续假设PCB的结构如图1所示，检测到的钻头的轴向力信号随时间的变化如图3所示，那么初始信号峰值对应于图3中的信号值A，第一时刻约为3ms。

步骤212、记录目标次信号峰值对应的第二时刻；

记录目标次信号峰值对应的第二时刻，目标次信号峰值为利用钻头在PCB中制备通孔的过程中第n+1次检测到的钻孔信号的峰值。继续假设PCB的结构如图1所示，检测到的钻头的轴向力信号随时间的变化如图3所示，那么n＝1，目标次信号峰值对应于图3中的信号值A2，第二时刻约为8ms。

步骤213、利用第一时刻与第二时刻之间的时长和钻头的轴向运动速度计算目标厚度。

钻头的轴向运动速度即为钻头在PCB中的深入速度，目标厚度为第一时刻和第二时刻之间的时长与钻头的轴向运动速度的积分，若钻头的轴向运动速度为恒定的数值，假设为a，那么目标厚度＝第一时刻和第二时刻之间的时长×a。

第二种方法包括如下步骤：

步骤221、记录初始信号峰值对应的第一轴向位置信息；

记录初始信号峰值对应的第一轴向位置信息，初始信号峰值为利用钻头在PCB中制备通孔的过程中第一次检测到的钻孔信号的峰值。轴向位置信息用于标识钻头在其轴向运动过程中所处的位置，比如，可以为钻头伸出的长度。

步骤222、记录目标次信号峰值对应的第二轴向位置信息；

记录目标次信号峰值对应的第二轴向位置信息，目标次信号峰值为利用钻头在PCB中制备通孔的过程中第n+1次检测到的钻孔信号的峰值。

步骤223、利用第一轴向位置信息与第二轴向位置信息计算目标厚度。

根据第一轴向位置信息和第二轴向位置信息可以确定钻头在这两个位置之间的轴向运动距离，对应于图1中钻头从第一导电层运动至信号层进行轴向运动的距离，即为目标厚度。

步骤300、利用目标厚度与背钻补偿深度计算背钻深度；

步骤200计算得到的目标厚度为对步骤100制备的通孔进行背钻加工时的背钻深度的理论值，然后考虑背钻加工时设备的精度，预设背钻补偿深度△，将每个通孔的背钻深度补偿△，得到背钻深度的实际值＝背钻深度的理论值-△(即Stub长度的中值)。

步骤400、在通孔中按照背钻深度进行背钻。

对每一个孔背钻加工时，都采用补偿后的控深深度加工，可以消除不同位置背钻孔板厚差异(表层导电层与内层信号层间的介质厚度变化)对背钻Stub长度的影响，实现对背钻控深的精准补偿控制，进一步提升stub长度的控制能力。

请参阅图4，本发明PCB的钻孔装置一个实施例包括：

主机和钻头42，主机包括控制器411和检测装置412；

在利用钻头在PCB中制备通孔的过程中，检测装置用于检测钻头的钻孔信号，钻孔信号与钻头受到的轴向力相关。控制器用于根据钻头的轴向力信号计算目标厚度，目标厚度为钻头与PCB开始接触的位置到PCB的信号层之间的距离，钻头与PCB开始接触的位置到PCB的信号层之间包括n层导电层，利用目标厚度与背钻补偿深度计算背钻深度，并控制钻头在通孔中按照背钻深度进行背钻。

可选的，在本发明的一些实施例中，利用钻头在PCB中制备通孔的过程中，若钻头的转速恒定，检测装置为功率信号检测装置，用于检测钻孔装置的功率信号，作为钻孔信号。

可选的，在本发明的一些实施例中，检测装置为力信号检测装置，用于检测钻头的轴向力信号，作为钻孔信号。

可选的，在本发明的一些实施例中，控制器具体用于：

记录初始信号峰值对应的第一时刻，初始信号峰值为利用钻头在PCB中制备通孔的过程中第一次检测到的钻孔信号的峰值，记录目标次信号峰值对应的第二时刻，目标次信号峰值为利用钻头在PCB中制备通孔的过程中第n+1次检测到的钻孔信号的峰值，利用第一时刻与第二时刻之间的时长和钻头的轴向运动速度计算目标厚度。

可选的，在本发明的一些实施例中，控制器具体用于：

记录初始信号峰值对应的第一轴向位置信息，初始信号峰值为利用钻头在PCB中制备通孔的过程中第一次检测到的钻孔信号的峰值，记录目标次信号峰值对应的第二轴向位置信息，目标次信号峰值为利用钻头在PCB中制备通孔的过程中第n+1次检测到的钻孔信号的峰值，利用第一轴向位置信息与第二轴向位置信息计算目标厚度。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

所述的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上，以上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精神和范围。

Claims (10)

1.一种PCB的钻孔方法，应用于PCB的钻孔装置，其特征在于，包括：

利用所述钻孔装置的钻头在印刷电路板PCB中制备通孔的过程中，检测所述钻头的钻孔信号，所述钻孔信号与所述钻头受到的轴向力相关；

根据所述钻头的钻孔信号计算目标厚度，所述目标厚度为所述钻头与所述PCB开始接触的位置到所述PCB的信号层之间的距离，所述钻头与所述PCB开始接触的位置到所述PCB的信号层之间包括n层导电层；

利用所述目标厚度与背钻补偿深度计算背钻深度；

在所述通孔中按照所述背钻深度进行背钻。

2.根据权利要求1所述的PCB的钻孔方法，其特征在于，利用所述钻头在所述PCB中制备通孔的过程中，若所述钻头的转速恒定，所述钻孔信号为所述钻孔装置的功率信号。

3.根据权利要求1所述的PCB的钻孔方法，其特征在于，所述钻孔信号为对所述钻头的轴向力信号。

4.根据权利要求2或3所述的PCB的钻孔方法，其特征在于，根据所述钻头的钻孔信号计算目标厚度包括：

记录初始信号峰值对应的第一时刻，所述初始信号峰值为利用所述钻头在所述PCB中制备通孔的过程中第一次检测到的所述钻孔信号的峰值；

记录目标次信号峰值对应的第二时刻，所述目标次信号峰值为利用所述钻头在所述PCB中制备通孔的过程中第n+1次检测到的所述钻孔信号的峰值；

利用所述第一时刻与所述第二时刻之间的时长和所述钻头的轴向运动速度计算所述目标厚度。

5.根据权利要求2或3所述的PCB的钻孔方法，其特征在于，根据所述钻头的钻孔信号计算目标厚度包括：

记录初始信号峰值对应的第一轴向位置信息，所述初始信号峰值为利用所述钻头在所述PCB中制备通孔的过程中第一次检测到的所述钻孔信号的峰值；

记录目标次信号峰值对应的第二轴向位置信息，所述目标次信号峰值为利用所述钻头在所述PCB中制备通孔的过程中第n+1次检测到的所述钻孔信号的峰值；

利用所述第一轴向位置信息与所述第二轴向位置信息计算所述目标厚度。

6.一种PCB的钻孔装置，包括主机和钻头，其特征在于，所述主机包括控制器和检测装置；

在利用钻头在PCB中制备通孔的过程中，所述检测装置用于检测所述钻头的钻孔信号，所述钻孔信号与所述钻头受到的轴向力相关；

所述控制器用于根据所述钻头的钻孔信号计算目标厚度，所述目标厚度为所述钻头与所述PCB开始接触的位置到所述PCB的信号层之间的距离，所述钻头与所述PCB开始接触的位置到所述PCB的信号层之间包括n层导电层，利用所述目标厚度与背钻补偿深度计算背钻深度，并控制所述钻头在所述通孔中按照所述背钻深度进行背钻。

7.根据权利要求6所述的PCB的钻孔装置，其特征在于，利用所述钻头在所述PCB中制备通孔的过程中，若所述钻头的转速恒定，所述检测装置为功率信号检测装置，用于检测所述钻孔装置的功率信号，作为所述钻孔信号。

8.根据权利要求6所述的PCB的钻孔装置，其特征在于，所述检测装置为力信号检测装置，用于检测所述钻头的轴向力信号，作为所述钻孔信号。

9.根据权利要求7或8所述的PCB的钻孔装置，其特征在于，所述控制器具体用于：

记录初始信号峰值对应的第一时刻，所述初始信号峰值为利用所述钻头在所述PCB中制备通孔的过程中第一次检测到的所述钻孔信号的峰值；

记录目标次信号峰值对应的第二时刻，所述目标次信号峰值为利用所述钻头在所述PCB中制备通孔的过程中第n+1次检测到的所述钻孔信号的峰值；

利用所述第一时刻与所述第二时刻之间的时长和所述钻头的轴向运动速度计算所述目标厚度。

10.根据权利要求7或8所述的PCB的钻孔装置，其特征在于，所述控制器具体用于：

记录初始信号峰值对应的第一轴向位置信息，所述初始信号峰值为利用所述钻头在所述PCB中制备通孔的过程中第一次检测到的所述钻孔信号的峰值；

记录目标次信号峰值对应的第二轴向位置信息，所述目标次信号峰值为利用所述钻头在所述PCB中制备通孔的过程中第n+1次检测到的所述钻孔信号的峰值；

利用所述第一轴向位置信息与所述第二轴向位置信息计算所述目标厚度。