DE2655452B2

DE2655452B2 - Drill for drilling contact holes in multilayer printed circuit boards made of synthetic resin

Info

Publication number: DE2655452B2
Application number: DE19762655452
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Brabetz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-12-07
Filing date: 1976-12-07
Publication date: 1978-09-07
Also published as: DE2655452A1

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Bohrer aus Hartmetall gemäß dem Bezugsgegenstand des Patentanspruches 1.The subject of the invention is a drill made of hard metal according to the subject matter of the patent claim 1.

Bei Werkstoffen, welche sich beim Bohren nicht zu Fließspänen, sondern zu Bohrmehl zerspanen, besteht die Gefahr, daß das Bohrmehl von der Bohrernebenschneide gegen die Bohrungswand gedrückt und dort zu einem festen Film angetrieben wird. Diese Verunreinigungen sind nur sehr schwer zu entfernen. Beim Bohren von mehrlagigen Leiterplatten führt das »Verschmieren« der Kontaktlöcher zu unsauberen Kontaktierungen der einzelnen Innenlagen untereinander. Man hat daher schon vorgeschlagen (DE-OS 17 04 296), zur raschen Abfuhr des Bohrmehls einen Druckluftstrahl zu verwenden, mittels welchem das Bohrmehl während des Bohrens oder nach erfolgtem Bohren aus den Kontaktierungslöchern herausgeblasen werden soll. Beim Bohren derartiger Kontaktierungslöcher, die einen Durchmesser von höchstens 1,5 mm besitzen, in aus Kunstharz bestehenden Leiterplatten arbeitet man mit hohen Schnittgeschwindigkeiten; daher verwendet man zum Bohren der Kontaktierungslöcher aus Sinterwerkstoff, aus sogenanntem Hartmetall gebildete Wendelbohrer. Um das Abfließen des Bohrmehls während des Bohrens zu erleichtern, verwendet man sogenannte Köpfchenbohrer, deren Span-Nuten tragende Drallteile etwa 0,6 mm hinter der Spitze hintersetzt sind. Durch diese Maßnahme soll ebenfalls das Abreiben des Bohrmehls an die Bohrungswand verhindert werden. Indessen ist auch diese konstruktive Maßnahme nahezu wirkungslos.In the case of materials that do not turn into continuous chips when drilling, but into drilling dust the risk that the drill dust pressed by the drill minor cutting edge against the bore wall and there a solid film is driven. These contaminants are very difficult to remove. When drilling of multilayer printed circuit boards, the "smearing" of the contact holes leads to unclean contacts of the individual inner layers among each other. It has therefore already been proposed (DE-OS 17 04 296) to rapid removal of the drill dust to use a compressed air jet, by means of which the drill dust during the Drilling or after drilling is to be blown out of the contacting holes. When drilling such contacting holes, which have a diameter of at most 1.5 mm, in circuit boards made of synthetic resin are used at high cutting speeds; therefore used one for drilling the contacting holes made of sintered material, formed from so-called hard metal Twist drill. In order to facilitate the drainage of the drilling dust during drilling, one uses so-called cupped drills, whose flutes carry twist parts about 0.6 mm behind the tip are set behind. This measure is also intended to rub off the drilling dust on the bore wall be prevented. However, this constructive measure is also almost ineffective.

Die Spitze des Bohrers wird durch die Querschneide gebildet, an der sich beidseitig von der Mittelachse des Bohrers die Hauptschneiden anschließen. Diese Hauptschneiden verlaufen bis zu den Schnittkanten des Wendelbohrers, denen sich die wendeiförmigen, die Span-Nuten abgrenzenden Nebenschneiden anschließen. Die Querschneide ist am höchsten belastet, da sie weniger im Material einschneidet, sondern eine reibende Wirkung auf das zu bohrende Material ausübt. Beim Nachschleifen von Wendelbohrern aller Art kann es vorkommen, daß die Schnittkantenlängen, z. B.The tip of the drill is formed by the cross-cutting edge on both sides of the central axis of the The main cutting edges. These main cutting edges extend to the cutting edges of the Twist drill, which are joined by the helical side cutting edges that delimit the flutes. The cross cutting edge is the most stressed because it cuts less into the material, but one has a rubbing effect on the material to be drilled. When regrinding twist drills of all kinds it can happen that the cut edge lengths, z. B.

ίο die Mitte der Querschneide außerhalb der Bohrungsachse gelegen ist, oder daß die Hauptschneiden ungleiche Längen oder einen ungleichen Winkel zueinander aufweisen. Dies hat den Nachteil (Hütte, Taschenbuch für Betriebsingenieure, Band 1, 6. Auflage, 1964, Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin, München, Seite 537 d), daß die Schneiden ungleich belastet werden und sich das Bohrloch beim Bohren vergrößert Fernerhin besteht die Gefahr, daß der Bohrer verläuft Der asymmetrische Anschliff ist demnach ein Nachteil, der möglichst vermieden werden soll. Die beim Schleifen der Bohrer angegebenen und geforderten Maßabweichungen der Schliffwinkel dürfen daher bei derartig kleinen Bohrern, wie eingangs genannt, picht mehr als 2° betragen.ίο the center of the cross cutting edge outside of the hole axis is located, or that the main cutting edges are of unequal lengths or an unequal angle have to each other. This has the disadvantage (hut, Paperback for production engineers, Volume 1, 6th edition, 1964, published by Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin, Munich, page 537 d) that the cutting edges are unevenly loaded and the borehole when drilling enlarged Furthermore, there is a risk that the drill will run out. The bevel is asymmetrical therefore a disadvantage that should be avoided as far as possible. The and Required dimensional deviations of the grinding angle are therefore allowed with such small drills as at the beginning called, must be more than 2 °.

Ausgehend vom eingangs genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Bohrer zu schaffen, der durch eine bessere Abfuhr des Bohrmehh während des Bohrens der Kontaktlöcher oder auch durch seine Geometrie der Schneiden dasOn the basis of the prior art mentioned at the beginning, the invention is based on the object to create a drill, which by a better removal of the Bohrmehh while drilling the contact holes or through its geometry of the cutting edge that

jo Verschmieren der Bohrungswandungen vermeidet. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.jo avoids smearing of the bore walls. This object is achieved by the in claim 1 specified invention solved.

Die in der Literatur beschriebenen Nachteile treten zwar auch beim Bohren von aus Kunstharz gebildetenThe disadvantages described in the literature also occur when drilling from synthetic resin

;5 Leiterplatten in Erscheinung; indessen ist die ungleichmäßige Belastung der Schneiden, welche zur Aufweitung des Bohrloches führt, hier erwünscht. Durch die ungleichmäßige Belastung der Schneiden wird nämlich der Bohrer beim Bohren immer mit ein- und derselben Nebenschneide an die Bohrungswand gedrückt, während die gegenüberliegende Nebenschneide immer einen Abstand von mindestens 20 μπι jedoch nicht mehr als 50 μπι zur Bohrungswand einnimmt. Dadurch wird verhindert, daß das Bohrmehl zwischen Bohrungswand und Nebenschneide verrieben wird. In Anbetracht dessen, daß Kontaktierungslöcher, Durchgangsbohrungen und die Bohrtiefen — auch bei mehrlagigen Leiterplatten — vergleichsweise gering sind, ist ein Verlaufen des Bohrers im Material gering und liegt; 5 circuit boards in appearance; meanwhile it is uneven Loading of the cutting edge, which leads to the widening of the borehole, is desirable here. Through the Uneven loading of the cutting edge is namely always the same when drilling the drill The secondary cutting edge is pressed against the wall of the hole, while the opposite secondary cutting edge is always a distance of at least 20 μπι but not more than 50 μπι to the bore wall. This will prevents the drill dust from being rubbed between the wall of the bore and the minor cutting edge. In view of that contact holes, through-holes and the drilling depths - even with multi-layered Printed circuit boards - are comparatively small, the drill bit will not run into the material and will not lie

so innerhalb der zulässigen Grenzen. Die Aufweitung des Bohrloches in den angegebenen Grenzen ist ebenfalls unerheblich. Nachteilig ist es indessen, daß mindestens eine der Bohrerschneiden beim Bohren einer vergleichsweise höheren Belastung unterliegt. Dies bedingt eine geringere Standzeit des Bohrers. Dem steht jedoch der Vorteil eines einwandfreien sauberen Bohrloches und somit eine Vermeidung größerer Schäden gegenüber. Es besteht die Forderung, daß die Abweichung der Winkel an den Hauptschneiden der Bohrer der vorgenannten Art nicht mehr als 2° betragen darf. Diese Abweichung ist indessen nicht ausreichend, um die gewünschte Asymmetrie der radialen Schnittkraft, wie gemäß dem erfinderischen Verfahren gefordert, zu erzeugen. Die notwendige Asymmetrie hinsichtlich der Schneidenwinkel oder der Schneidenlängen ist empirisch zu bestimmen, da sie von einer Mehrzahl von Parametern abhängig ist. Derartige Parameter sind der Elastizitätsmodul des Bohrermaterials, die Werkstoffe!-so within the permissible limits. The expansion of the borehole within the specified limits is also irrelevant. However, it is disadvantageous that at least one of the drill cutting edges when drilling a comparatively subject to higher loads. This results in a shorter tool life for the drill. However, it is the advantage of a perfectly clean borehole and thus the avoidance of major damage. There is a requirement that the deviation of the angles at the main cutting edges of the drill aforementioned type must not be more than 2 °. However, this deviation is not sufficient to reduce the desired asymmetry of the radial cutting force, as required according to the inventive method produce. The necessary asymmetry with regard to the cutting edge angles or the cutting edge lengths is empirical to be determined, since it depends on a plurality of parameters. Such parameters are the Modulus of elasticity of the drill material, the materials! -

genschaften des Werkstückes, die Umfangsgeschwindigkeit des Bohrers sowie der Bohrervorschub und die Qualität des Schliffes der Schneiden. Derartige empirische Größen für die Winkeldifferenz der Hauptschneiden liegen im Bereich zwischen 3° bis 14°. Die ■> entsprechenden Längenänderungen der Schneiden sind errechenbar, wenn man ferner berücksichtigt, daß alle Schneiden bei einem Umlauf des Bohrers und bei üblicher Vorschubgeschwindigkeit noch im Eingriff mit dem Material des Werkstückes sein müssen. inproperties of the workpiece, the peripheral speed of the drill and the drill feed and the Quality of the cut of the cutting edges. Such empirical The sizes for the angle difference between the main cutting edges are in the range between 3 ° and 14 °. The ■> corresponding changes in length of the cutting edges can be calculated if one also takes into account that all Cutting with one revolution of the drill and at the usual feed rate still in engagement must be the material of the workpiece. in

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. The invention is described below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing.

Besonderheiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Es zeigt 1 ·> Special features of the invention are characterized in the subclaims. It shows 1 ·>

F i g. 1 das Verhalten des Bohrers beim Bohren von mehrlagigen Leiterplatten,F i g. 1 the behavior of the drill when drilling multi-layer circuit boards,

F i g. 2 eine Seitenansicht auf die Bohrerspitze eines Bohrers zum Bohren von Kontaktlöchern in Leiterplatten, ;(iF i g. 2 shows a side view of the drill tip of a Drill for drilling contact holes in printed circuit boards,; (i

F i g. 3 eine Ansicht auf die Spitze des Bohrers gemäß Fig. 2,F i g. 3 a view of the tip of the drill according to FIG. 2,

Fig.4 einen Bohrer mit einem asymmetrischen Anschliff der Hauptschneiden und4 shows a drill with an asymmetrical bevel of the main cutting edges and

F i g. 5 einen Bohrer mit außerhalb der Mitte seiner :■-> Drehachse gelegenen Querschneide.F i g. 5 a drill with off the center of his: ■ -> Cross cutting edge located on the axis of rotation.

F i g. 1 zeigt in einer annähernd zehnfach vergrößerten Ausführungsform einen Querschnitt durch eine mehrlagige Leiterplatte 1, in welche Kontaktlöcher 2, wie bei 2' dargestellt, gebohrt werden sollen. Die .«1 Leiterplatte ist aus Epoxydharz gebildet und besitzt aus Metall gebildete Leiterbahnen 3, 3' usw. Zum Kontaktieren der Leiterbahnen untereinander werden die Bohirungslöcher 2 — wie hier gestrichelt dargestellt — nach erfolgtem Bohren mit einer — hier gestrichelt j5 dargestellten — Metallschicht 4 versehen, welche den Kontakt zwischen den Leiterbahnen herstellt. Zum Bohren der mehrlagigen Leiterplatten dienen aus Hartmetall gebildete Wendelbohrer 5. Diese Wendelbohrer besitzen an ihrer Bohrerspitze 6 einen asymmetrischen Anschliff. Dies hat zur Folge, daß der Bohrer an seiner Spitze exzentrisch zur Bohrlochachse 7 rotiert. Durch diese exzentrische Rotation entsteht stets einseitig ein Bohrungslochspalt 8. Ein Verschmieren des Bohrmehls an der Bohrungswandung wird so v> verhindert. Der asymmetrische Anschliff der Bohrer-S'.hneiden wird derart gewählt, daß sich eine Spaltbreite jzw. Lochaufweitung von mindestens 20 μιη bis höchstens 50 μιτι ergibt.F i g. In an embodiment enlarged approximately ten times, FIG. 1 shows a cross section through a multilayer printed circuit board 1, into which contact holes 2, as shown at 2 ′, are to be drilled. The. «1 circuit board is made of epoxy resin and has conductor tracks 3, 3 ', etc. made of metal , which establishes the contact between the conductor tracks. Twist drills 5 formed from hard metal are used for drilling the multilayer printed circuit boards. These twist drills have an asymmetrical bevel on their drill tip 6. This has the consequence that the drill bit rotates eccentrically to the borehole axis 7 at its tip. By this eccentric rotation, a bore hole 8. gap Smearing occurs always on one side of the drilling dust on the bore so v> prevented. The asymmetrical grind of the drill bit S'.neiden is chosen so that a gap width jzw. Hole expansion of at least 20 μιη to a maximum of 50 μιτι results.

Gemäß den Fig.2 und 3 erzieh man z.B. einen asymmetrischen Schliff der Bohrerspitze 6 durch einen exzentrischen Versatz der Querschneide 9 um das Maß Z Der symmetrische Schliff der Hauptschneiden 10 ist hier gestrichelt, wohingegen der asymmetrische Schliff scharf ausgezogen dargestellt ist. Bedingt durch den asymmetrischen Schliff und eine unterschiedliche Länge der beiden Hauptschneiden 10, 10' sowie eine gleichbleibende Länge der Nebenschneiden 11 ist eine Asymmetrie der Querschneide 9 zwangsläufig gegeben. Diese Asymmetrie erzeugt man durch einen asymmetrischen Schliff des Bohrer-Spitzenwinkels W, z. B. derart, daß man Wt kleiner als W 2 hält. So beträgt z. B. der Spitzen winkel W, wie üblich, 130"; dabei hält man den Winkel Wl der Hauptschneide 10' mit 59° und den Winkel W2 der Hauptschneide 10 mit 71°.According to FIGS. 2 and 3, for example, an asymmetrical cut of the drill tip 6 is created by an eccentric offset of the cross cutting edge 9 by the dimension Z. The symmetrical cut of the main cutting edges 10 is shown here with dashed lines, whereas the asymmetrical cut is shown sharply drawn. As a result of the asymmetrical cut and a different length of the two main cutting edges 10, 10 'as well as a constant length of the secondary cutting edges 11, an asymmetry of the cross cutting edge 9 is inevitable. This asymmetry is created by an asymmetrical grinding of the drill point angle W, z. B. in such a way that Wt is kept smaller than W 2 . So z. B. the point angle W, as usual, 130 "; while keeping the angle Wl of the main cutting edge 10 'at 59 ° and the angle W2 of the main cutting edge 10 at 71 °.

Wie Fig.4 zeigt, ist es auch möglich, einen asymmetrischen Schliff des Bohrer-Spitzenwinkels W bei mittig die Drehachse kreuzender Querschneide zu erzeugen; in diesem Fall ist eine der Hauptschneiden 10 länger als die andere; sie kürzt die Nebenschneide 11 um das Maß L Die Hauptschneide 10' ist hier höher belastet als die mit ihr zusammenarbeitende gegenüberliegende Hauptschneide 10. Dies hat ebenfalls zur Folge, daß sich der Lochdurchmesser, wie dargestellt, vergrößert. Indessen darf die Nebenschneide 11 nicht so weit verkürzt werden, daß das Maß L größer ist als der Vorschub Vbei einer Umdrehung Jes Wendelbohrers.As FIG. 4 shows, it is also possible to produce an asymmetrical grind of the drill point angle W with a cross cutting edge crossing the center of the axis of rotation; in this case one of the main cutting edges 10 is longer than the other; it shortens the secondary cutting edge 11 by the dimension L. The main cutting edge 10 'is more heavily loaded than the opposing main cutting edge 10 cooperating with it. This also has the consequence that the hole diameter increases, as shown. Meanwhile, the secondary cutting edge 11 must not be shortened to such an extent that the dimension L is greater than the feed rate V for one revolution of the twist drill.

F i g. 5 zeigt einen Bohrer gemäß F i g. 2 während der Bohrarbeit, und zwar nach einer halbem Umdrehung. Es ist ersichtlich, daß hier bei jeder Umdrehung des Bohrers, und zwar bedingt durch die Asymmetrie der Querschneide, dem Bohrer eine exzentrische Kreisbewegung aufgezwungen wird, welche ebenfalls zur Vergrößerung des Lochdurchmessers führt. Diese an sich bekannte und im allgemeinen als fehlerhaft betrachtete Arbeitsweise der Wendelbohrer wird hier in vorteilhafter Art zum Bohren der Kontaktlöcher in aus Kunstharz gebildeten mehrlagigen Leiterplatten genutzt. F i g. 5 shows a drill according to FIG. 2 while drilling, after half a turn. It it can be seen that here with every revolution of the drill, due to the asymmetry of the Cross cutting edge, an eccentric circular movement is imposed on the drill, which also leads to Enlargement of the hole diameter leads. This is known per se and is generally considered to be faulty considered mode of operation of the twist drill is used here in an advantageous manner for drilling the contact holes in Resin-formed multilayer printed circuit boards are used.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Drill made of hard metal with a maximum diameter of 1.5 mm for drilling contact holes in multilayer printed circuit boards made of synthetic resin, which has helical chip grooves in its twisted part, as well as two main and secondary cutting edges opposite the drill axis, and at least one this cutting edge has a different angle or a different length compared to the similarly other cutting edge, characterized in that the difference between the two cutting angles (Wi, W2) or lengths to be compared is chosen so that the widening of the borehole (2) begins the drill entry surface of the circuit board (3) is at least 20 μιτ », but not more than 50 μπι

2. Drill according to claim 1, characterized in that the point angle (W) of the main cutting edges (10, 10 ') is situated asymmetrically to the axis of rotation of the drill (5)

3. Drill according to claim 1, characterized in that the difference in the inclinations of the both main cutting edges (10, 10 ') is at least 3 ° but not more than 14 °, advantageously 10 °.

4. Drill according to claim 1, characterized in that the difference (L) in the length of the secondary cutting edges (11) is smaller than the dimension (V) of the feed for one revolution of the twist drill.