CN113211539B - 背钻刀具、其加工方法及多层线路板控深钻的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种背钻刀具、背钻刀具的加工方法及多层线路板控深钻的方法，背钻刀具包括：刀刃部，所述刀刃部包括刀身及设于所述刀身前端的刀尖，所述刀身的中心轴线与所述刀尖的中心轴线重合，所述刀身呈从前至后外径逐渐减小的倒锥形，所述刀身的外周设有若干螺旋状的容屑槽，所述刀尖的最大外径小于或等于所述刀身前端的外径；其中，所述容屑槽的沟槽表面以及所述刀尖的外表面绝缘，所述刀身的外圆面导电。本发明的有益效果为：背钻刀具的加工效率高，加工良率高，且利用该背钻进行孔深钻时，控深精度高，操作简单。

Description

背钻刀具、其加工方法及多层线路板控深钻的方法

技术领域

本发明涉及一种背钻刀具、其加工方法及多层线路板控深钻的方法。

背景技术

随着信息化产业的不断推动，数字信号传输的速度越来越快，频率越来越高，传统设计的PCB板已经不能满足这种高频电路的需要。信号的完整性传输研究成为越来越关键的重要核心技术。当电路信号的频率增加到一定高度后，PCB中的导通孔PTH中无用的孔铜部分，其多余的镀铜就相当于天线一样，产生信号辐射对周围的其它信号造成干扰，严重时将影响到线路系统的正常工作，背钻的作用就是将多余的镀铜用背钻的方式钻掉，从而消除此类EMI(Electromagnetic Interference,电磁干扰)问题。

背钻其实就是一种特殊的控制钻孔深度的钻孔技术，在多层板的制作中，例如八层板的制作，当需要将第一层连到第六层时，通常首先钻出通孔(一次钻)，然后镀铜，这样第一层直接连到第八层，而实际上我们仅需要将第一层连到第六层，此时第七层到第八层由于没有线路相连，像一个多余的镀铜柱子(STUB)，这个柱子在高频高速电路设计中，会导致信号传输的反射、散射、延迟等，给信号带来完整性方面的问题，所以将这个多余的柱子从反面钻掉(二次钻)，并将此叫做背钻。

背钻是目前利用钻机的深度控制功能实现的，由于背钻的钻刀是尖状的，钻到相应的层时，由于钻刀的倾斜角总会保留有一小段余量，该背钻深度控制建议至少保留0.2㎜；而且在层叠设置的时候需要考虑介质厚度，避免出现走线被钻断的情况。如果背钻要求钻到N层，那么与N层相邻未被钻到的层之间介质厚度最小0.3㎜，但是当板材为多层板时，因其内部固化片的公差范围较大，导致高多层板厚度公差较大，所以通过钻机机械控深精度无法满足现在加工要求。

发明内容

本申请的一个目的在于提供一种背钻刀具，其结构简单、加工效率高且控深精度高。本申请的另一个目的在于提供一种加工包括上述背钻刀具的方法，以及一种利用上述背钻刀具的多层线路板控深钻的方法。

本申请的目的是通过如下技术方案实现的：

一种背钻刀具，其包括：

刀刃部，所述刀刃部包括刀身及设于所述刀身前端的刀尖，所述刀身的中心轴线与所述刀尖的中心轴线重合，所述刀身呈从前至后外径逐渐减小的倒锥形，所述刀身的外周设有若干螺旋状的容屑槽，所述刀尖的最大外径小于或等于所述刀身前端的外径；

其中，所述容屑槽的沟槽表面以及所述刀尖的外表面绝缘，所述刀身的外圆面导电。

本申请一些实施例中，所述刀身及所述刀尖均采用导电材料制成，所述容屑槽的沟槽表面及所述刀尖的外表面均设有绝缘层。

本申请一些实施例中，所述刀身与所述刀尖采用一体成型。

本申请一些实施例中，所述刀刃部采用钨钢制成；

其中，用于制备所述刀刃部的钨钢中钴的质量分数为3％-8％。

本申请一些实施例中，所述绝缘层为金刚石层或陶瓷层。

本申请一些实施例中，所述刀身前端的直径与其后端的直径的差值范围为0.002mm～0.005mm。

本申请一些实施例中，所述刀体还包括：

刀柄部及过渡台，所述刀柄部的前端通过所述过渡台与所述刀身相连，所述刀柄部的中心轴线、所述过渡台的中心轴线及所述刀身的中心轴线均重合，所述刀柄部的外径比所述刀身后端的外径大。

一种背钻刀具的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对导电原料棒进行外圆磨削获得成品棒料；

S2、将所述成品棒料进行精磨，以加工出从后至前外径逐渐增大呈倒锥形的刀身；

S3、在刀身上开槽以加工出容屑槽，并将成品棒料的前端进行磨尖，以加工出刀尖；

S4、在已开槽的刀身外表面以及刀尖的外表面涂覆绝缘层；

S5、去除刀身的外圆面的绝缘层。

本申请一些实施例中，采用激光将刀身的外圆面的绝缘层去除。

一种多层线路板控深钻的方法，其特征在于，包括：

在蚀刻工序中，将感应层以上的所有信号层沿预定钻出孔的外周区域蚀刻掉；其中，所述感应层为压合后位于背钻需达到的目标层的上一层信号层；

各信号层通过半固化片粘连组成多层线路板后，在所述多层线路板上沿预定钻出孔处钻出通孔，并金属化所述通孔以形成导通孔；

利用上述PCB背钻刀具进行控深钻孔，将控深钻机的电流感应系统分别电连接于底层信号层以及所述刀身的外圆面，PCB背钻刀具从多层线路板的顶层信号层开始向下钻孔，当刀身的外圆面与感应层接触时，电流感应系统感应到电流，控深钻机控制PCB背钻刀具退刀，完成控深钻。

本申请的钻背刀具、其加工方法以及多层线路板孔深钻的方法，刀身整体呈倒锥形，由于不存在任何中间凸起的台阶形式，能够实现一次加工成型，加工效率高，加工良率高；且刀身的外圆面设置为导电形式，而刀尖的外表面及容屑槽的沟槽表面设为绝缘非导电形式，采用绝缘与非绝缘的设计思路，配合蚀刻工序，在利用该刀具进行控深钻时，通过控制刀身的外圆面与多层线路板内的导电孔之间的回路电流信号的导通及切断，准确控制线路板背钻的控深精度，能够有效避免由于多层线路板的厚度公差大所造成的控深精度差的问题，且操作简单，加工效率高。

附图说明

以下结合附图和优选实施例来对本申请进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为本申请范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅是意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。

图1是本申请的钻背刀具的一个实施例的结构示意图；

图2是本申请的钻背刀具的加工方法的一个实施例的示意图；

图3是本申请的一个实施例的多层线路板控深钻的方法的示意图。

图中，100、背钻刀具；1、刀刃部；11、刀身；111、容屑槽；12、刀尖；2、刀柄部；3、过渡台；4、绝缘层；

10、信号层；110、目标层；120、感应层；20、半固化片；30、导通孔；40、电流感应系统；50、无金属窗口。

具体实施方式

以下将参考附图来详细描述本申请的优选实施例。本领域中的技术人员将领会的是，这些描述仅为描述性的、示例性的，并且不应当被解释为限定了本申请的保护范围。

首先，需要说明的是，在本文中所提到的前端、后端为相对的位置关系，在加工多层线路板初期时，刀具靠近线路板的一端为前端，背离线路板的一端为后端。

应注意，术语“包括”并不排除其他要素或步骤，并且“一”或“一个”并不排除复数。

此外，还应当指出的是，对于本文的实施例中描述或隐含的任意单个技术特征，或在附图中示出或隐含的任意单个技术特征，仍能够在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行组合，从而获得未在本文中直接提及的本申请的其他实施例。

另外还应当理解的是，本文中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

应当注意的是，在不同的附图中，相同的参考标号表示相同或大致相同的组件。

如图1所示，本申请实施例的一方面提出一种背钻刀具100，其包括：刀刃部1，刀刃部1包括刀身11及设于刀身11前端的刀尖12，刀身11的中心轴线与刀尖12的中心轴线重合，刀身11呈从前至后外径逐渐减小的倒锥形，刀身11的外周设有若干螺旋状的容屑槽111，刀尖12的最大外径小于或等于刀身11前端的外径；其中，容屑槽111的沟槽表面以及刀尖12的外表面绝缘，刀身11的外圆面导电。

基于上述技术方案，刀身11整体呈倒锥形，由于不存在任何中间凸起的台阶形式，能够实现一次加工成型，加工效率高，加工良率高；另外，本实施例中通过将刀身11的外圆面设置为导电形式，而刀尖12的外表面及容屑槽111的沟槽表面设为绝缘非导电形式，采用绝缘与非绝缘的设计思路，在利用该刀具进行控深钻时，配合蚀刻工序，根据刀身11的外圆与多层线路板内的导电孔30之间的回路电流信号的导通及切断情况，准确控制线路板背钻的控深精度，能够有效避免由于多层线路板的厚度公差大所造成的控深精度差的问题。

本申请一些实施例中，刀身11及刀尖12均采用导电材料制成，且通过在容屑槽111的沟槽表面及刀尖12的外表面涂覆绝缘层4以分别实现对容屑槽111的沟槽表面及刀尖12的外表面的非导电处理；作为一种可替换方案，刀身11及刀尖12可采用非导电材料制成，且在刀身11的外周涂覆导电层，此方案成本相对较高，但此方案中刀尖12表面不用增加涂层，相对于前一方案中的需要在刀尖12的外表面涂覆绝缘层4来说更耐磨损。

本申请中，刀身11与刀尖12采用一体成型，通常采用棒料进行分段加工成型。

具体地，为了保证刀具强度，刀身11及刀尖12采用钨钢制成；另外，由于钨钢中含钴可导致弱导电，因此为了能够便于后面绝缘涂层的去钴处理，要求用于制备刀刃部1的钨钢中钴的含量较低，通常钴的质量分数为3％-8％。具体地，制备刀刃部1的钨钢中钴的质量分数可以为3％、5％、6％、8％等。

示例性地，本申请中的绝缘层4为金刚石层或陶瓷层。

具体地，本申请中的刀身11前端的直径与其后端的直径的差值范围为0.002mm～0.005mm；且优选为0.002㎜。

本申请中的刀体还包括刀柄部2及过渡台3，刀柄部2的前端通过过渡台3与刀身11相连，刀柄部2的中心轴线、过渡台3的中心轴线及刀身11的中心轴线均重合，刀柄的外径比刀身11后端的外径大，在刀柄部2的后端外缘处加工有倒角结构。

其中，根据具体钻孔深度，过渡台3的外表面以及刀柄部2的外表面可选择为绝缘或非绝缘；示例性地，优选将刀柄部2、过渡台3与刀身11采用一体成型，即刀柄部2及过渡台3也由导电材料制成，且可选择性地在刀柄部2的外表面和/或过渡台3的外表面涂覆绝缘层4。

示例性地，本申请中容屑槽111可为对称螺旋槽或非对称螺旋槽，且该容屑槽111的螺旋角度选用25°～40°的单螺旋角设计；示例性地，可以为25°、35°、40°。

本申请一些实施例中，刀尖12采用对称型刀面，刀尖12的顶角为120°～150°；示例性地，可以为120°、130°、150°。

本申请实施例的第二方面还提出一种加工上述背钻刀具100的方法，具体参阅附图2所示，其具体包括以下步骤：

S1、将整支钨钢棒料进行外圆磨削及切断，获得等长、等径的成品棒料；

S2、将成品棒料进行段差精磨加工，以分别加工出：刀柄部2、过渡台3、刀身11以及倒角结构，该刀身11呈从后至前外径逐渐增大的倒锥形结构；

S3、对已经段差精磨后的成品棒料进行开槽，以在刀身11上加工出容屑槽111，以及对刀身11的前端进行磨尖加工，以加工出刀尖12；

S4、将已加工了容屑槽111及刀尖12的成品棒料整体进行表面处理，以在其外表面涂覆金刚石涂层或陶瓷涂层；

S5、最后，将刀身11的外圆面上的绝缘涂层进行激光去除，采用外圆直径控制，不可去除刀尖12部分和容屑槽111的沟槽表面的绝缘涂层；表面粗糙度可控制在0.4μm，保证钻孔时的孔壁粗糙度。

基于上述技术方案，刀身11采用ST型倒锥结构(Straight type)，倒锥结构减少刃带与孔壁间的摩擦面积，提升孔壁质量，而且ST型倒锥结构的刀身11可一次加工成型，加工效率相较于中间凸台设计来说提升了120％，且加工良率可提升70％；另外，在去除绝缘涂层时，相对于使用砂轮研磨，本实施例中采用激光加工，成型率高，且刀具的沟槽边缘不会发生崩缺现象。

本申请实施例的第三方面还提出一种利用上述背钻刀具100进行多层线路板控深钻的方法，具体参阅附图3所示：

首先，按照预定设计，将压合后位于背钻需达到的目标层110的上一层定义为感应层120(图中所有线路层均为信号层10，对应附图中从上往下的第三层为目标层110，第二层为感应层120)；控深钻需要配合线路板的蚀刻工序，在蚀刻工序中，将感应层120以上的所有信号层10(附图中仅包括顶层信号层10)沿预定钻出孔的外周区域蚀刻形成无金属窗口50，即该无金属窗口50的尺寸需要大于导电孔30的尺寸，且需保证无金属窗口50大于该导电孔30经金属化以及背钻后的尺寸，而感应层120及其以下的所有信号层10中需要层间互联的多层线路层中沿预定钻出孔的外周区域则保留金属，使得位于感应层120上方所有的信号层10均与金属化后的导电孔30保持绝缘，而位于感应层120下方的所有的信号层10均电连接；

将各信号层10通过半固化片20粘连组成多层线路板后，沿多层线路板的预定钻出孔钻出通孔，并金属化通孔以形成导通孔30(底层信号层10与导通孔30电连接)；钻通孔步骤位于蚀刻工序后。

将控深钻机的电流感应系统40分别电连接于底层信号层10以及刀身11的外圆面，PCB背钻刀具100从多层线路板的顶层信号层10开始向下钻孔；如未钻到感应层120的位置时，由于位于感应层120以上所有的信号层10均通过无金属窗口50与导通孔30保持绝缘，且刀尖12以及容屑槽111的沟槽表面均绝缘，则此时刀身11的外圆面与导电孔30不导电，电流感应系统40不会形成回路电流，感应不到电流；直到刀具100向下钻到感应层120时，刀身11的外圆面与感应层120接触时，电流感应系统40形成回路电流后感应到电流，同时控深钻机控制PCB背钻刀具100退刀或延迟预设时间后再退刀，完成控深钻。

本申请中多层线路板孔深钻的方法，由于采用绝缘与非绝缘的设计思路，仅当钻孔至预定的感应层120时才形成回流电信号，不会由于多层线路板的厚度公差问题导致控深精度差的现象，有效提高背钻的控深精度；且仅需要增设在蚀刻工序中将感应层120以上的所有信号层10沿预定钻触控的外周区域蚀刻掉的步骤，加工简单。

本说明书参考附图来公开本申请，并且还使本领域中的技术人员能够实施本申请，包括制造和使用任何装置或系统、采用合适的材料以及使用任何结合的方法。本申请的范围由请求保护的技术方案限定，并且包括本领域中的技术人员想到的其他实例。只要此类其他实例包括并非不同于请求保护的技术方案字面语言的结构元件，或此类其他实例包含与请求保护的技术方案的字面语言没有实质性区别的等价结构元件，则此类其他实例应当被认为处于本申请请求保护的技术方案所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种背钻刀具，其特征在于，包括：

刀刃部，所述刀刃部包括刀身及设于所述刀身前端的刀尖，所述刀身的中心轴线与所述刀尖的中心轴线重合，所述刀身呈从前至后外径逐渐缩小的倒锥形，所述刀身的外周设有若干螺旋状的容屑槽，所述刀尖的最大外径小于或等于所述刀身前端的外径；

其中，所述刀身及所述刀尖均为导电材料制成，所述刀身的外表面及所述刀尖的外表面均涂覆有绝缘层，所述刀身的外圆面上的绝缘层通过激光去除，使得所述容屑槽的沟槽表面以及所述刀尖的外表面绝缘，所述刀身的外圆面导电。

2.根据权利要求1所述的背钻刀具，其特征在于，所述刀身与所述刀尖采用一体成型。

3.根据权利要求1所述的背钻刀具，其特征在于，所述刀刃部采用钨钢制成；

其中，所述钨钢中钴的质量分数为3%-8%。

4.根据权利要求1所述的背钻刀具，其特征在于，所述绝缘层为金刚石层或陶瓷层。

5.根据权利要求1所述的背钻刀具，其特征在于，所述刀身前端的直径与其后端的直径的差值范围为0.002 mm ~0.005mm。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的背钻刀具，其特征在于，所述背钻刀具还包括：

刀柄部及过渡台，所述刀柄部的前端通过所述过渡台与所述刀身相连，所述刀柄部的中心轴线、所述过渡台的中心轴线及所述刀身的中心轴线均重合，所述刀柄部的外径比所述刀身后端的外径大。

7.一种背钻刀具的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对导电原料棒进行外圆磨削获得成品棒料；

S2、将所述成品棒料进行精磨，以加工出从后至前外径逐渐增大呈倒锥形的刀身；

S3、在刀身上开槽以加工出容屑槽，并将成品棒料的前端进行磨尖，以加工出刀尖；

S4、在已开槽的刀身外表面以及刀尖的外表面涂覆绝缘层；

S5、采用激光去除刀身的外圆面上的绝缘层。

8.一种多层线路板控深钻的方法，其特征在于，包括：

在蚀刻工序中，将感应层以上的所有信号层沿预定钻出孔的外周区域蚀刻掉；其中，所述感应层为压合后位于背钻需达到的目标层的上一层信号层；

各信号层通过半固化片粘连组成多层线路板后，沿所述多层线路板上的预定钻出孔钻出通孔，并金属化所述通孔以形成导通孔；

利用如权利要求1-6中任一项所述的背钻刀具进行控深钻孔，将控深钻机的电流感应系统分别电连接于底层信号层以及所述刀身的外圆面，背钻刀具从多层线路板的顶层信号层开始向下钻孔，当刀身的外圆面与感应层接触时，电流感应系统感应到电流，控深钻机控制背钻刀具退刀，完成控深钻。

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