PCB背鉆堵孔改善探討

莫崇慧

（深圳崇達多層線路板有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

為了減少孔銅對信號傳輸?shù)挠绊懀ㄐ蓬愑≈齐娐钒澹╬rinted circuit board，PCB）產(chǎn)品通過設計大量的背鉆將影響信號傳輸?shù)亩嘤嗫足~鉆除。在加工過程中，孔銅與粉塵混合無法正常排出，堵在背鉆與通孔鉆接駁的位置，無法通過人工去除，樹脂塞孔后出現(xiàn)樹脂塞孔空洞、回流焊爆板現(xiàn)象。同時，殘留物銅渣導致信號傳輸層長度增加、信號傳輸異常，背鉆堵孔平均不良率高達16.8%，如圖1 和表1 所示。背鉆堵孔成為亟須改善的問題［1］。

表1 背鉆堵孔的不良率統(tǒng)計

圖1 背鉆堵孔

本文從影響背鉆堵孔的鉆頭結(jié)構(gòu)、鉆孔負壓、分段鉆孔方式、蓋板材料等4 個方面進行分析和研究，探索有效改善和控制背鉆堵孔的方法。

1 試驗目的

通過統(tǒng)計背鉆堵孔PCB 的型號發(fā)現(xiàn)，背鉆堵孔主要集中在背鉆直徑≤0.4 mm，背鉆底孔≤0.2 mm，背鉆深度≥1.0 mm 的PCB 中。為了改善背鉆堵孔，同時保證試驗結(jié)果的有效性，本次所有試驗針對以上類型的PCB，選用生產(chǎn)過程中背鉆堵孔嚴重型號的壓制試驗板，同時選用同一設備、性能正常的大族背鉆鉆機，從影響背鉆堵孔的背鉆鉆頭結(jié)構(gòu)、鉆孔負壓、分段鉆孔方式、背鉆蓋板材料等4 個方面進行研究，找出改善背鉆堵孔的最佳生產(chǎn)方式。

2 試驗條件

2.1 試驗板信息

試驗板設計參數(shù)：背鉆底孔直徑0.2 mm、背鉆鉆頭0.4 mm、背鉆深度1.033 mm/1.257 mm，制作背鉆堵孔改善測試板，試驗板背鉆加工信息見表2。

表2 試驗板背鉆加工信息

2.2 試驗輔助材料及加工設備

試驗輔助材料：墊板為2.0 mm 的木纖墊板，蓋板為0.24 mm的牛皮紙+0.15 mm的普通鋁片。

加工設備：檢測合格的大族背鉆鉆機。

3 試驗方案研究

3.1 背鉆鉆頭的結(jié)構(gòu)對背鉆堵孔影響的研究

3.1.1 背鉆鉆頭的結(jié)構(gòu)

背鉆鉆頭的結(jié)構(gòu)明細見表3。背鉆堵孔的主要原因是背鉆鉆頭加工過程中排屑空間小，螺旋角及鉆尖角設計不合理，通過減少背鉆鉆頭的芯厚，加大螺旋角及鉆尖角，提升背鉆的排屑能力，達到改善背鉆堵孔的目的。通過將0.4 mm 背鉆鉆頭的芯厚由0.065 mm 優(yōu)化為0.060 mm，螺旋角由35°優(yōu)化為40°，鉆尖角由130°優(yōu)化為135°，進行對比測試，從而找出現(xiàn)有鉆孔方式下改善背鉆堵孔的最優(yōu)背鉆結(jié)構(gòu)設計方案。

表3 背鉆鉆頭的結(jié)構(gòu)明細

3.1.2 測試條件

使用不同條件及生產(chǎn)輔料在大族背鉆鉆機上分別加工試驗板背鉆孔，測試數(shù)據(jù)見表4。

表4 背鉆鉆頭結(jié)構(gòu)的測試條件

3.1.3 測試結(jié)果

背鉆鉆頭結(jié)構(gòu)的測試結(jié)果見表5。

表5 背鉆鉆頭結(jié)構(gòu)的測試結(jié)果

由表5的測試結(jié)果可知，鉆頭1背鉆堵孔的不良率為0.56%，鉆頭2 背鉆堵孔的不良率為0%。減少背鉆鉆頭的芯厚，增大螺旋角及鉆尖角，以及改變背鉆鉆頭的結(jié)構(gòu)為改善背鉆堵孔的關(guān)鍵影響因子。

3.2 鉆孔負壓對背鉆堵孔影響的研究

3.2.1 鉆孔負壓

使用負壓設備在背鉆過程中制作大氣壓強差，將背鉆殘屑通過鉆頭及吸塵管道排出。為了改善背鉆堵孔，運用標桿管理原則，對PCB 行業(yè)背鉆加工鉆孔負壓進行對標學習。目前，行業(yè)內(nèi)背鉆負壓均≥17 kPa。為了驗證當負壓達到標準后，持續(xù)地加大鉆孔負壓時，背鉆堵孔的改善效果，通過設置17 kPa、18 kPa、19 kPa 及20 kPa 4 組負壓進行測試。

3.2.2 測試條件

使用不同條件及生產(chǎn)輔料在大族背鉆鉆機上分別加工試驗板背鉆孔，見表6。

表6 鉆孔負壓的測試條件

3.2.3 測試結(jié)果

鉆孔負壓的測試結(jié)果見表7。

表7 鉆孔負壓的測試結(jié)果

由表7 的測試結(jié)果可知：負壓為17 kPa 時，不良率為0.96%；負壓為18 kPa 時，不良率為0.82%；負壓為19 kPa 時，不良率為0.73%；負壓為20 kPa時，不良率為0.65%。當負壓≥17 kPa時，鉆孔負壓增加，背鉆堵孔改善不明顯。

3.3 分步鉆孔的方式對背鉆堵孔影響的研究

3.3.1 分步鉆孔的方式

在背鉆加工過程中設置分步鉆孔，通過減少每次背鉆孔銅切削的長度，增強背鉆殘屑的排出能力。同時，為了兼顧背鉆的加工效率，行業(yè)內(nèi)通常使用大族背鉆鉆機分段鉆孔模式3，減少背鉆加工運行距離，提升背鉆加工效率，每次分段加工回刀未退出板面，導致背鉆殘屑無法完全被排除。

通過與大族背鉆鉆機供應商進行技術(shù)交流，使用分段鉆孔模式1，每次分段加工回刀均退出板面，可將背鉆殘銅帶出板面，從而改善背鉆堵孔情況。2種分段鉆孔模式如圖2所示。

圖2 分段鉆孔模式

為了驗證以上2 種背鉆分段鉆孔的加工效果，在試驗板上分別使用2種分段鉆孔進行驗證。

3.3.2 測試條件

使用不同條件及生產(chǎn)輔料在大族背鉆鉆機上分別加工試驗板背鉆孔，見表8。

表8 分步鉆孔方式的測試條件

3.3.3 測試結(jié)果

分步鉆孔方式的測試結(jié)果見表9。

表9 分步鉆孔方式的測試結(jié)果

由表9的測試結(jié)果可知，分段鉆孔模式1的不良率為0%，分段鉆孔模式3 的不良率為0.70%，分段鉆孔模式1 的背鉆改善效果優(yōu)于分段鉆孔模式3。

3.4 背鉆蓋板對背鉆堵孔的影響研究

3.4.1 背鉆蓋板

通過行業(yè)對標，同行均有采用絕緣層+鋁片的方式進行5G 通信背板背鉆。其中，使用復合背鉆蓋板（物料形態(tài)表現(xiàn)為供應商已經(jīng)將絕緣層和鋁片黏結(jié)，集成在一起）的占60%，單獨采購絕緣層和普通鋁片自行疊放在機臺上當做背鉆蓋板使用的占30%，使用牛皮紙和普通鋁片當背鉆蓋板使用的占10%。為了驗證以上3 種背鉆蓋板對背鉆堵孔的改善效果，在試驗板上分別使用3 種背鉆蓋板進行驗證。3 種背鉆蓋板如圖3 所示，3 種背鉆蓋板的原理說明見表10。

表10 背鉆蓋板的原理說明

圖3 3種背鉆蓋板

3.4.2 測試條件

使用不同條件及生產(chǎn)輔料在大族背鉆鉆機上分別加工試驗板背鉆孔，見表11。

表11 背鉆蓋板的測試條件

3.4.3 測試結(jié)果

背鉆蓋板的測試結(jié)果見表12。

表12 背鉆蓋板的測試結(jié)果

由表12 的測試結(jié)果可知：背鉆專用蓋板、背鉆紙板和鋁片加工背鉆，背鉆堵孔數(shù)量為0；牛皮紙和鋁片加工背鉆堵孔數(shù)量為33 個，不良率0.93%；使用背鉆專用蓋板或背鉆紙板和鋁片加工背鉆，背鉆堵孔得到明顯的改善。

3.5 結(jié)果驗證

為了保證試驗結(jié)果的可靠性和嚴謹性，需再次做驗證試驗保證結(jié)果的重復性和再現(xiàn)性。選取417 772 塊在線板進行批量生產(chǎn)驗證背鉆堵孔的改善效果，具體參數(shù)及物料見表13。

表13 驗證試驗的加工條件

光臺檢查如圖4 所示，驗證試驗結(jié)果見表14。

表14 驗證試驗結(jié)果

圖4 光臺檢查

驗證試驗結(jié)果表明，負壓≥17 kPa 時，通過減少背鉆鉆頭的芯厚，增大螺旋角及鉆尖角，優(yōu)化分段鉆孔為模式1，同步使用背鉆專用蓋板或背鉆紙板+鋁片，生產(chǎn)72 片背鉆板，背鉆堵孔的不良率為0%。

4 結(jié)語

通過背鉆鉆頭結(jié)構(gòu)、鉆孔負壓、分段鉆孔方式、背鉆蓋板材料等4 組對比試驗，明確了負壓≥17 kPa 時，通過減少背鉆鉆頭的芯厚、增大螺旋角及鉆尖角、優(yōu)化分段鉆孔為模式1，同步使用具有鉆頭纏絲清潔作用的背鉆專用蓋板或背鉆紙板+鋁片，可有效改善鉆孔背鉆堵孔問題。