CN112533375B - 一种pcb超高纵横比机械钻孔加工方法 - Google Patents

一种pcb超高纵横比机械钻孔加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种PCB超高纵横比机械钻孔加工方法，其采用三步分钻法进行机械钻孔来加工微孔，所述三步分钻法包括：采用刀刃长为3.0mm的钻咀从PCB板的C面下刀，进刀速度为F0，转速为S0，钻深2.0～3.0mm；采用刀刃长为4.5mm的钻咀从PCB板的C面下刀，进刀速度为F1，转速为S1，钻深3.0～4.0mm；采用刀刃长为6.0mm的钻咀从PCB板的C面下刀，进刀速度为F1，转速为S1，将PCB钻穿。本发明制得的微孔无论是X向孔位精度还是Y向孔位精度均满足1.33制程能力要求，同时，断刀率、堵孔率、孔偏率均为0％，孔粗及钉头均符合钻孔质量要求，加工效率快。

Description

一种PCB超高纵横比机械钻孔加工方法
技术领域
本发明涉及PCB加工技术领域，具体涉及一种PCB超高纵横比机械钻孔加工方法。
背景技术
随着5G技术的应用，传输容量需求的逐年增加，未来对高速产品的信号传输能力的要求越来越高，相应市场需求也在逐年增加。5G时代，光通信速率将提升到25G，主流产品将是25G高速光芯片。目前，大数据环境应用下的数据管道能力提升已经开始布局。已经开始应用扩容和提速针对性对设计出下一代高速PCB产品，对比目前25G产品速率提升约一倍，包括单板(LC/HDI/服务器)、背板(含存储背板)、无线运营商基站产品等。
高速信号板要求信号的超高速，而对信号有重大影响的，就是信号在传输过程中的损耗。信号传输从20G+发展到56G+，需要做的就是如何降低信号在传输过程中的损耗，实际上也就是要求我们在信号损耗方面做相应的研究。而在PCB线路板制造方面，针对高速信号板，一旦选定了连接器，其本身的插损也就被确定下来。因此，只能通过提升孔的质量来降低传输过程的损耗，将过孔的信号损耗减到最小。
目前微孔钻孔分为：光致成孔、等离子成孔、机械钻孔、激光钻孔，然而前两种方法因加工产能局限性，激光钻因加工成本昂贵且孔形不规整。另，机械钻孔成本低，效率高，尤其是近些年来的技术日益成熟的高速钻机，最高转速可达35万转，质量不断改进的极细微钻孔孔径钻刀，其最小孔径甚至可达0.015mm，均极大的改善了钻孔品质、微钻寿命、刀面磨损、孔位精度等。这些钻机和钻刀的快速发展为高速信号PCB创造了有利的条件，因此，可以通过高速PCB微孔钻来提升微孔质量，降低信号损耗。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种PCB超高纵横比机械钻孔加工方法，加工出孔位精度、孔壁质量、孔形、堵孔率、断刀率、孔偏均符合要求的超高从横比的微孔，克服了现有纵横比超高的微孔加工质量差导致信号损耗未能达到高速传输的缺陷。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种PCB超高纵横比机械钻孔加工方法，该方法采用三步分钻法进行机械钻孔来加工微孔，所述三步分钻法包括：
第一步：采用刀刃长为3.0±0.5mm的钻咀从PCB板的C面下刀，进刀速度为F0，转速为S0，钻深2.0～3.0mm；
第二步：采用刀刃长为4.5±0.5mm的钻咀从PCB板的C面下刀，进刀速度为F1，转速为S1，钻深3.0～4.0mm；
第三步：采用刀刃长为6.0±0.5mm的钻咀从PCB板的C面下刀，进刀速度为F1，转速为S1，将PCB钻穿；
其中，S1的转速大于S0，进刀速度F1大于F0。
进一步的,所述PCB板的板厚为4.6mm，所述微孔的孔径为0.20mm，所述纵横比为23：1。
进一步的,所述第一步、第二步和第三步的退刀速度为U0,所述U0为110IPM。
进一步的,所述钻咀的孔限为H0,所述H0为1500孔。
进一步的,所述S0为105Krp/min，所述S1为128Krp/min，所述F0为5m/min，所述F1为7m/min。
进一步的,在进行机械钻孔加工时,将PCB板放置在密胺垫板上,然后再在PCB板上加放镀膜铝片,再进行机械钻孔。
进一步的,所述C面为PCB板的零件面。
进一步的，第一步采用的钻咀的刀刃长为3.0，第二步采用的钻咀的刀刃长为4.5mm，第三步采用的钻咀的刀刃长为6.0mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
发明人经过大量的研究发现，机械钻孔并不是钻孔的速度越快越好，也不是分步钻孔的次数越多越精细，对于纵横比高的微孔，采用三步钻孔法，且每一步采用不同的刃长的钻咀，第一步相对低速，第二步和第三步高速，经过三步钻孔后，获得的微孔无论是X向孔位精度还是Y向孔位精度均满足1.33制程能力要求，同时，断刀率、堵孔率、孔偏率均为0％，孔粗及钉头均符合钻孔质量要求，加工效率快。采用本发明的加工方法，获得了超高纵横比的高质量微孔，降低了PCB板信号损耗。
附图说明
图1为本发明的一种实施方式的加工方法示意图；
图2为本发明的一种实施方式加工后PCB微孔的孔粗、钉头微切片图；
图3为本发明的一种实施方式加工后PCB微孔的电镀后整体切片图。
具体实施方式
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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通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，均属于本发明的保护范围。
实施例1
一种PCB超高纵横比机械钻孔加工方法，该方法采用三步分钻法进行机械钻孔来加工微孔，具体加工方法如下：
请参照图1,步骤(1)，在加工平台上先放上一层垫板1，所述垫板1为密胺垫板，然后将需要加工钻孔的PCB板2置于所述密胺垫板上，PCB板的S面，也就是焊锡面朝向密胺垫板，而PCB板2的C面，也就是零件面朝向上方。然后，再在PCB板2的C面上放置镀膜铝片3。为机械钻孔加工做好准备。所述PCB板2的厚度为4.6mm。
步骤(2)，采用刀刃长为3.0mm、直径为0.20mm的钻咀由上而下下刀,进刀速度为F0，转速为S0，钻深2.0～3.0mm；其中,钻深2.0～3.0mm包含2.0mm但不包含3.0mm。然后,以U0的退刀速度退刀。所述钻咀的孔限为H0。本实施方式中，F0为5m/min，S0为105Krp/min，U0为110IPM。
步骤(3),采用刀刃长为4.5mm、直径为0.20mm的钻咀由上而下下刀,进刀速度为F1，转速为S1，钻深3.0～4.0mm；其中,钻深3.0～4.0mm包含3.0mm但不包含4.0mm。然后,以U0的退刀速度退刀。所述钻咀的孔限为H0。本实施方式中，F1为7m/min，S1为128Krp/min。
步骤(4),采用刀刃长为6.0mm、直径为0.20mm的钻咀由上而下下刀,进刀速度为F1，转速为S1，将PCB板钻穿。然后,以U0的退刀速度退刀。所述钻咀的孔限为H0。在本实施方式中，H0为1500孔。
经过上述加工步骤,获得了板厚为4.6mm,纵横比为23:1,孔径为0.20的微孔。
性能测试：
对实施1加工获得的PCB板微孔进行测试,取5块样品测试后取平均值。测试流程如下:检查钻后质量→PTH(切片检查孔粗、钉头)→AOI检验→孔位精度。测试结果如表一。
表一:实施例一测试结果表
Figure BDA0002770002270000051
通过三步机械钻，以3.0mm、4.5mm、6.0mm刃长均从C面下钻；可以得出以下：
①孔位精度Cpk(X方向和Y方向)均满足1.33制程能力要求；同时孔粗和钉头均满足生产规格要求。
②过程中底板检无披锋且机床5个钻轴断刀率为0％；出刀面孔口无爆孔，整体孔形正常。
③钻孔后去毛刺验孔堵孔率0％；一趟板加工总周期约8H。
④外层AOI光学扫面孔偏率0％。
对比实施例1
一种PCB超高纵横比机械钻孔加工方法，该方法采用五步分钻法进行机械钻孔来加工微孔，具体加工方法如下：
步骤(1)，在加工平台上先放上一层垫板，所述垫板为密胺垫板，然后将需要加工钻孔的PCB板置于所述密胺垫板上，PCB板的S面，也就是焊锡面朝向密胺垫板，而PCB板的C面，也就是零件面朝向上方。然后，再在PCB板的C面上放置镀膜铝片。为机械钻孔加工做好准备。所述PCB板的厚度为4.6mm。
步骤(2)，采用刀刃长为3.0mm、直径为0.20mm的钻咀由上而下下刀,进刀速度为F0，转速为S0，钻深2.0～3.0mm；其中,钻深2.0～3.0mm包含2.0mm但不包含3.0mm。然后,以U0的退刀速度退刀。所述钻咀的孔限为H0。
步骤(3),采用刀刃长为4.5mm、直径为0.20mm的钻咀由上而下下刀,进刀速度为F1，转速为S1，钻深3.0～4.0mm；其中,钻深3.0～4.0mm包含3.0mm但不包含4.0mm。然后,以U0的退刀速度退刀。所述钻咀的孔限为H0。
步骤(4),将PCB板的C面和S面颠倒过来,也即是C面放置在垫板上,然后面朝上,在S面上放置镀膜铝片。采用刀刃长为3.0mm、直径为0.20mm的钻咀由上而下下刀,进刀速度为F1，转速为S1，钻深2.0～3.0mm；其中,钻深2.0～3.0mm包含2.0mm但不包含3.0mm。然后,以U0的退刀速度退刀。所述钻咀的孔限为H0。
步骤(5),采用刀刃长为4.5mm、直径为0.20mm的钻咀由上而下下刀,进刀速度为F1，转速为S1，钻深3.0～4.0mm；其中,钻深3.0～4.0mm包含3.0mm但不包含4.0mm。然后,以U0的退刀速度退刀。所述钻咀的孔限为H0。
步骤(6),采用刀刃长为6.0mm、直径为0.20mm的钻咀由上而下下刀,进刀速度为F1，转速为S1，将PCB板钻穿。然后,以U0的退刀速度退刀。所述钻咀的孔限为H0。
同样地，在本实施方式中，所述H0为1500孔，U0为110IPM，所述S0为105Krp/min，所述S1为128Krp/min，所述F0为5m/min，所述F1为7m/min。
对上述加工获得的PCB板微孔进行测试,取5块样品测试后取平均值。测试流程如下:检查钻后质量→PTH(切片检查孔粗、钉头)→AOI检验→孔位精度。测试结果如表二。
表二:对比实施例1测试结果表
Figure BDA0002770002270000071
通过五步机械钻，以3.0mm、4.5mm、6.0mm刃长先从C面下钻后由S面对钻；可以得出以下：
①孔位精度Cpk X方向满足1.33制程能力，但Y方向无法满足1.33制程能力要求；孔粗和钉头均满足生产规格要求。
②过程中底板检无披锋且机床5个钻轴断刀率为0％；出刀面孔口无爆孔，但因对钻导致相交位出有台阶孔形异常。
③钻孔后去毛刺验孔堵孔率0％；一趟板加工因分面次对钻总周期长约16H。
④外层AOI光学扫面孔偏率0％。
对比实施例2
一种PCB超高纵横比机械钻孔加工方法，该方法采用五步分钻法进行机械钻孔来加工微孔，具体加工方法如下：
步骤(1)，在加工平台上先放上一层垫板，所述垫板为密胺垫板，然后将需要加工钻孔的PCB板置于所述密胺垫板上，PCB板的S面，也就是焊锡面朝向密胺垫板，而PCB板的C面，也就是零件面朝向上方。然后，再在PCB板的C面上放置镀膜铝片。为机械钻孔加工做好准备。所述PCB板的厚度为4.6mm。
步骤(2)，采用刀刃长为1.8mm、直径为0.20mm的钻咀由上而下下刀,进刀速度为F0，转速为S0，钻深1.0～2.0mm；其中,钻深1.0～2.0mm包含1.0mm但不包含2.0mm。然后,以U0的退刀速度退刀。所述钻咀的孔限为H0。
步骤(3)，采用刀刃长为3.0mm、直径为0.20mm的钻咀由上而下下刀,进刀速度为F0，转速为S0，钻深2.0～3.0mm；其中,钻深2.0～3.0mm包含2.0mm但不包含3.0mm。然后,以U0的退刀速度退刀。所述钻咀的孔限为H0。
步骤(4),采用刀刃长为4.5mm、直径为0.20mm的钻咀由上而下下刀,进刀速度为F1，转速为S1，钻深3.0～4.0mm；其中,钻深3.0～4.0mm包含3.0mm但不包含4.0mm。然后,以U0的退刀速度退刀。所述钻咀的孔限为H0。
步骤(5),采用刀刃长为6.0mm、直径为0.20mm的钻咀由上而下下刀,进刀速度为F1，转速为S1，钻深4.0～4.5mm；其中,钻深4.0～4.5mm包含4.0mm但不包含4.5mm。然后,以U0的退刀速度退刀。所述钻咀的孔限为H0。
步骤(6),采用刀刃长为6.0mm、直径为0.20mm的钻咀由上而下下刀,进刀速度为F1，转速为S1，将PCB板钻穿。然后,以U0的退刀速度退刀。所述钻咀的孔限为H0。
同样地，在本实施方式中，所述H0为1500孔，U0为110IPM，所述S0为105Krp/min，所述S1为128Krp/min，所述F0为5m/min，所述F1为7m/min。
对上述加工获得的PCB板微孔进行测试,取5块样品测试后取平均值。测试流程如下:检查钻后质量→PTH(切片检查孔粗、钉头)→AOI检验→孔位精度。测试结果如表三。
表三:对比实施例2测试结果表
Figure BDA0002770002270000091
通过五步机械钻，以1.8mm、3.0mm、4.5mm、6.0mm刃长均从C面下钻；可以得出以下：
①孔位精度Cpk(X方向和Y方向)均满足1.33制程能力要求；同时孔粗和钉头均满足生产规格要求。
②过程中底板检无披锋且机床5个钻轴断刀率为0.02％；出刀面孔口无爆孔，整体孔形正常。
③钻孔后去毛刺验孔堵孔率0％；一趟板加工因分步分刀较多总加工周期长约14.5H。
④外层AOI光学扫面孔偏率0％。
对比实施例3
一种PCB超高纵横比机械钻孔加工方法，该方法采用五步分钻法进行机械钻孔来加工微孔，具体加工方法如下：
步骤(1)，在加工平台上先放上一层垫板，所述垫板为密胺垫板，然后将需要加工钻孔的PCB板置于所述密胺垫板上，PCB板的S面，也就是焊锡面朝向密胺垫板，而PCB板的C面，也就是零件面朝向上方。然后，再在PCB板的C面上放置镀膜铝片。为机械钻孔加工做好准备。所述PCB板的厚度为4.6mm。
步骤(2)，采用刀刃长为3.0mm、直径为0.20mm的钻咀由上而下下刀,进刀速度为F0，转速为S0，钻深1.0～2.0mm；其中,钻深1.0～2.0mm包含1.0mm但不包含2.0mm。然后,以U0的退刀速度退刀。所述钻咀的孔限为H0。
步骤(3),采用刀刃长为4.5mm、直径为0.20mm的钻咀由上而下下刀,进刀速度为F1，转速为S1，钻深2.0～3.0mm；其中,钻深2.0～3.0mm包含2.0mm但不包含3.0mm。然后,以U0的退刀速度退刀。所述钻咀的孔限为H0。
步骤(4),将PCB板的C面和S面颠倒过来,也即是C面放置在垫板上,然后面朝上,在S面上放置镀膜铝片。采用刀刃长为3.0mm、直径为0.20mm的钻咀由上而下下刀,进刀速度为F1，转速为S1，钻深1.0～2.0mm；其中,钻深1.0～2.0mm包含1.0mm但不包含2.0mm。然后,以U0的退刀速度退刀。所述钻咀的孔限为H0。
步骤(5),采用刀刃长为4.5mm、直径为0.20mm的钻咀由上而下下刀,进刀速度为F1，转速为S1，钻深2.0～3.0mm；其中,钻深3.0～4.0mm包含2.0mm但不包含3.0mm。然后,以U0的退刀速度退刀。所述钻咀的孔限为H0。
步骤(6),采用刀刃长为6.0mm、直径为0.20mm的钻咀由上而下下刀,进刀速度为F1，转速为S1，将PCB板钻穿。然后,以U0的退刀速度退刀。所述钻咀的孔限为H0。
同样地，在本实施方式中，所述H0为1500孔，U0为110IPM，所述S0为105Krp/min，所述S1为128Krp/min，所述F0为5m/min，所述F1为7m/min。
对上述加工获得的PCB板微孔进行测试,取5块样品测试后取平均值。测试流程如下:检查钻后质量→PTH(切片检查孔粗、钉头)→AOI检验→孔位精度。测试结果如表四。
表四:对比实施例3测试结果表
Figure BDA0002770002270000111
通过五步机械钻，以3.0mm、4.5mm、6.0mm刃长先从C面浅钻然后由S面对钻，可以得出以下：
①孔位精度Cpk(X方向和Y方向)均无法满足1.33制程能力要求；孔粗和钉头均满足生产规格要求。
②过程中底板检无披锋且机床5个钻轴断刀率为0％；出刀面孔口无爆孔，但因对钻导致相交位出有台阶孔形异常。
③钻孔后去毛刺验孔堵孔率0％；一趟板加工因分步分刀较多总加工周期长约18H。
④外层AOI光学扫面孔偏率0％。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种PCB超高纵横比机械钻孔加工方法，其特征在于，采用三步分钻法进行机械钻孔来加工微孔，所述PCB的板厚为4.6mm，所述微孔的孔径为0.20mm，所述纵横比为23：1；所述三步分钻法包括：
第一步：采用刀刃长为3.0±0.5mm的钻咀从PCB的C面下刀，进刀速度为F0，转速为S0，钻深2.0～3.0mm；
第二步：采用刀刃长为4.5±0.5mm的钻咀从PCB的C面下刀，进刀速度为F1，转速为S1，钻深3.0～4.0mm；
第三步：采用刀刃长为6.0±0.5mm的钻咀从PCB的C面下刀，进刀速度为F1，转速为S1，将PCB钻穿；
其中，S1的转速大于S0，进刀速度F1大于F0。
2.如权利要求1所述的PCB超高纵横比机械钻孔加工方法，其特征在于：所述第一步、第二步和第三步的退刀速度为U0,所述U0为110IPM。
3.如权利要求1所述的PCB超高纵横比机械钻孔加工方法，其特征在于：所述钻咀的孔限为H0,所述H0为1500孔。
4.如权利要求1所述的PCB超高纵横比机械钻孔加工方法，其特征在于：所述S0为105Krp/min，所述S1为128Krp/min，所述F0为5m/min，所述F1为7m/min。
5.如权利要求1所述的PCB超高纵横比机械钻孔加工方法，其特征在于：在进行机械钻孔加工时,将PCB放置在密胺垫板上,然后再在PCB上加放镀膜铝片,再进行机械钻孔。
6.如权利要求1所述的PCB超高纵横比机械钻孔加工方法，其特征在于：所述C面为PCB的零件面。
7.如权利要求1所述的PCB超高纵横比机械钻孔加工方法，其特征在于：第一步采用的钻咀的刀刃长为3.0，第二步采用的钻咀的刀刃长为4.5mm，第三步采用的钻咀的刀刃长为6.0mm。
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