海角社区

Сверление печатных плат является ключевым этапом в производстве печатных плат. Его основная функция заключается в создании монтажных отверстий для электронных компонентов (таких как резисторы, конденсаторы, чипы и т. д.) и установлении электрических соединений между различными слоями схемы. Поскольку электронные изделия становятся меньше и сложнее по функциям, предъявляются более высокие требования к точности и стабильности сверления печатных плат.

В этой статье будут представлены основные принципы, типы сверления, общие методы, технологические процессы, меры предосторожности при проектировании, методы контроля качества и решения распространенных проблем сверления печатных плат. Независимо от того, являетесь ли вы новичком или опытным инженером, это руководство поможет вам лучше понять и применять сверло для печатных плат.

Что такое сверление печатных плат?

Сверление печатных плат относится к процессу сверления различных типов отверстий на печатных платах (ПП) для установки электронных компонентов или соединения токопроводящих дорожек между слоями схемы. Эти отверстия обычно сверлятся механическим сверлением или лазерным сверлением, а для сверления ПП используются специальные инструменты.

Будь то простая односторонняя плата или сложная многослойная плата высокой плотности, сверление печатной платы напрямую влияет на производительность и надежность печатных плат. Распространенные типы отверстий включают металлизированные сквозные отверстия, неметаллизированные сквозные отверстия и переходные отверстия.

В высокоскоростных или радиочастотных (РЧ) схемах неиспользуемые заглушки могут повлиять на качество сигнала. На этом этапе можно использовать технологию обратного сверления или обратного сверления печатной платы для удаления излишков меди с другой стороны печатной платы, чтобы уменьшить помехи и улучшить целостность сигнала.

Типы отверстий для печатных плат

В процессе сверления печатных плат генерируются различные типы отверстий в соответствии с различными функциональными требованиями. Каждый тип отверстия играет свою роль в печатной плате, и его размер и точность позиционирования должны строго контролироваться во время проектирования и производства.

Металлизированные сквозные отверстия (PTH)

Металлизированное сквозное отверстие полностью просверлено через печатную плату. После завершения сверления на стенку отверстия будет нанесен слой меди. Медный слой обеспечивает электрические соединения между различными слоями. Этот тип отверстия широко используется для установки компонентов типа ?штыревое отверстие?, таких как резисторы и конденсаторы, а также может служить частью соединения через проводник.

Неметаллизированные сквозные отверстия (NPTH)

Неметаллизированные сквозные отверстия сверлятся без гальванопокрытия. Они не имеют электропроводности и в основном используются в механических конструкциях, таких как отверстия для крепления винтов, выравнивания или сквозные отверстия для сборки. Эти отверстия используются только для физической поддержки или структурного выравнивания.

Виас

Переходные отверстия используются для электрических соединений внутри многослойных печатных плат. В зависимости от различных положений соединения их можно разделить на следующие типы:

? Сквозные отверстия: Просверлите отверстие от верхнего слоя до нижнего, соединяя все слои.

? Слепые отверстия: Просверлите отверстие от поверхности до одного или нескольких внутренних слоев, не проникая через всю доску.

? Скрытые проходы: Расположен полностью во внутренних слоях печатной платы, соединяет только внутренние слои и не виден на внешних поверхностях.

? Микроотверстия: Очень маленькие переходные отверстия, обычно диаметром менее 150 мкм. Обычно используются в конструкциях с высокой плотностью соединений (HDI) и создаются с помощью лазерного сверления.

? Тепловые отверстия: Разработано для отвода тепла от мощных компонентов. Медное отверстие проводит тепло от поверхности компонента к внутренним или нижним слоям меди.

Каждый тип отверстия должен быть обработан с использованием соответствующих методов сверления печатных плат. Например, механическое сверление подходит для большинства PTH и NPTH, в то время как микроотверстия требуют лазерного сверления. Все сверления должны соответствовать требованиям к конструкции печатной платы и соответствовать строгим требованиям к допускам и позиционированию для обеспечения электрических характеристик и надежности конечного продукта.

Методы и технологии сверления печатных плат

В зависимости от сложности конструкции, типов материалов и спецификаций отверстий сверление печатных плат может осуществляться различными техническими методами:

1. Механическое бурение

Механическое сверление в настоящее время является наиболее распространенной и зрелой технологией сверления печатных плат. Оно использует высокоскоростные вращающиеся твердосплавные сверла (например, вольфрамовая сталь) для создания отверстий в материалах печатных плат. Этот метод применим к большинству металлизированных сквозных отверстий (PTH) и переходных отверстий, используемых для электрических соединений. Поскольку механические сверла обладают хорошей прочностью и долговечностью, они очень подходят для крупносерийного, последовательного производства печатных плат.

2. Автоматизированное сверление с ЧПУ

В современных линиях по производству сверлильных плат сверлильные станки с ЧПУ (числовым программным управлением) являются одним из основных видов оборудования. l. Эти станки управляются запрограммированными инструкциями, которые направляют движение сверлильной головки и траекторию резки, обеспечивая высокую точность диаметра, положения и глубины отверстия. Станки с ЧПУ могут соответствовать жестким требованиям к допускам высокоплотных и многослойных печатных плат.

3. Лазерное сверление)

Лазерное сверление — это передовая бесконтактная технология сверления печатных плат, которая в основном используется для создания микроотверстий, особенно в платах HDI (High-Density Interconnect). Высокоэнергетический лазерный луч фокусируется на расплавлении и испарении материала подложки, что позволяет создавать чрезвычайно мелкие отверстия диаметром, как правило, менее 150 мкм — намного мельче, чем то, что можно получить с помощью механического сверления.

4. Сверление на фрезерном станке

Сверление на фрезерном станке — более традиционный метод сверления печатных плат, который подразумевает ручное или полуавтоматическое управление. Он обеспечивает гибкость в процессе обработки и часто используется для создания прототипов, мелкосерийного производства или в целях НИОКР. Операторы вручную позиционируют сверло на основе макета печатной платы, что, хотя и менее эффективно и точно, чем оборудование с ЧПУ, практично для проверки конструкции и мелкосерийного производства.

О PCBasic

Время — деньги в ваших проектах — и PCBasic получает это. PCБазовый  - это компания по сборке печатных плат который обеспечивает быстрые и безупречные результаты каждый раз. Наш комплексный Услуги по сборке печатных плат включают экспертную инженерную поддержку на каждом этапе, гарантируя высочайшее качество каждой платы. Как ведущий производитель сборки печатных плат, мы предлагаем комплексное решение, которое оптимизирует вашу цепочку поставок. Сотрудничайте с нашими передовыми Завод по производству прототипов печатных плат для быстрого выполнения заказов и превосходных результатов, которым вы можете доверять.

Сравнение методов и технологий сверления печатных плат

Пошаговый процесс сверления печатной платы

Ниже представлен стандартный процесс сверления печатной платы, охватывающий каждый шаг от выравнивания до очистки. Это обеспечивает точность и качество сверления печатной платы в производстве.

Сверление отверстий для размещения

Перед сверлением на панели печатной платы создаются установочные отверстия. Они действуют как точки регистрации, чтобы обеспечить правильное выравнивание многослойных печатных плат и предотвратить несовпадение слоев. Для печатных плат с большим количеством слоев часто используется рентгеновское сверление печатных плат. Это помогает выровнять сверление внешнего слоя с шаблонами внутреннего слоя, чтобы обеспечить точность сверления для массового производства.

Настройка стека

Перед фактическим сверлением панели печатных плат укладываются друг на друга с алюминиевым листом входа сверху и резервной платой внизу. Лист входа помогает рассеивать тепло и предотвращает отклонение сверла, в то время как резервная плата уменьшает заусенцы на выходе сверла. Стопка фиксируется лентой и выравнивающими штифтами для предотвращения смещения во время процесса сверления печатной платы, обеспечивая точность сверления.

Сверление отверстий

После настройки сверлильные станки с ЧПУ или ручные инструменты сверлят отверстия. Траектория сверления создается инженерами CAD/CAM и экспортируется в файлы NC Drill или Excellon. Станок сверлит отверстия на основе этих данных. К распространенным отверстиям относятся сквозные отверстия с покрытием (PTH), сквозные отверстия без покрытия (NPTH) и переходные отверстия. Для каждого типа отверстий используются определенные сверла и параметры в соответствии с конструкцией. Это один из самых важных этапов в производстве печатных плат, напрямую влияющий на подключение и размещение компонентов.

Проверка отверстий

После сверления выполняется проверка первой детали, чтобы убедиться, что результаты соответствуют требованиям проекта. Это включает проверку точности расположения отверстий, правильного диаметра отверстий, заусенцев или следов смолы. Этот шаг помогает обнаружить ранние ошибки процесса и предотвратить дефекты партии. Некоторые производители также используют автоматизированную оптическую проверку (AOI) для проверки качества сверления.

Очистка и удаление заусенцев

Последним шагом после сверления печатных плат является очистка и удаление заусенцев. Для удаления механических заусенцев обычно используется щеточная машина. Для удаления пыли и мусора также можно использовать плазменную очистку или сжатый воздух. Этот шаг улучшает качество гальванизации и пайки и гарантирует, что никакие загрязняющие вещества не повлияют на конечный продукт. Это необходимо для изготовления надежных печатных плат.

Проектирование и изготовление отверстий под печатные платы

Для обеспечения высококачественного сверления печатных плат необходимо учитывать несколько ключевых факторов проектирования и производства. Эти факторы помогают поддерживать процесс сверления печатных плат стабильным, точным и совместимым с последующими процессами.

Соотношение сторон

Соотношение сторон — это отношение глубины отверстия к его диаметру. Для стандартных сквозных металлизированных отверстий (PTH) соотношение сторон может достигать 10:1. Для микроотверстий, которые обычно изготавливаются методом лазерного сверления, соотношение составляет около 0.75:1. Проектировщики должны поддерживать соотношение сторон в пределах технологических ограничений. Если соотношение слишком велико, это может привести к плохому меднению внутри отверстия или к блокировке отверстий.

Кольцо круглое

Кольцевое кольцо — это медная площадка, окружающая просверленное отверстие. Если кольцо слишком узкое, небольшое смещение сверла может привести к прорыву (прорыву площадки), что приведет к слабым паяным соединениям или неисправным электрическим соединениям. Важно сделать площадку достаточно большой, чтобы выдерживать допуски сверления и обеспечивать надежность пайки.

Расстояние от сверла до меди

Это минимальное расстояние между краем отверстия и близлежащими медными дорожками. Если отверстие находится слишком близко к дорожке, сверление печатной платы может привести к коротким замыканиям, пробою диэлектрика или помехам сигнала. Соблюдение правил минимального расстояния снижает риск и повышает электрическую надежность.

Допуски сверления

Размер и положение отверстий должны соответствовать строгим требованиям допуска. Для PTH типичный допуск диаметра отверстия составляет ±3 мил. Для NPTH он составляет ±2 мил. Допуск расположения отверстий еще жестче, около ±1 мил. Контроль этих допусков гарантирует, что отверстия будут хорошо соответствовать процессам гальванизации, пайки и сборки. Это также предотвращает размерные ошибки, которые могут повлиять на производительность платы.

Оптимизируя все эти параметры, производители могут добиться чистого и точного сверления печатных плат, поддерживать надлежащее выравнивание отверстий и качество стенок, а также повышать как электрическую, так и механическую надежность платы.

Обратное сверление (контролируемая глубина сверления)

Обратное сверление или обратное сверление PCB — это специальный метод сверления печатных плат, используемый для удаления неиспользуемых частей переходных отверстий, называемых заглушками. Этот процесс важен в высокоскоростных и высокочастотных схемах, поскольку он помогает улучшить качество сигнала.

Почему обратное бурение так важно

Обратное сверление удаляет заглушки, которые могут вызывать отражения сигнала. Это помогает улучшить согласование импеданса и уменьшает такие проблемы, как детерминированный джиттер и вносимые потери. Эти преимущества имеют решающее значение в приложениях, где передача сигнала должна быть чистой и стабильной.

Как работает обратное бурение

Сначала отверстие просверливается и покрывается как обычное сквозное отверстие. Затем с противоположной стороны платы сверлом большего диаметра просверливается отверстие на контролируемую глубину. Это удаляет неиспользуемую часть отверстия, сохраняя при этом электрическое соединение между требуемыми слоями.

Обратное сверление обычно используется в телекоммуникационном оборудовании, серверах и РЧ-печатных платах. В этих приложениях сохранение целостности сигнала очень важно, и обратное сверление является эффективным решением.

Контроль качества и инспекция сверления печатных плат

Высокое качество сверления печатных плат обеспечивается за счет нескольких уровней контроля и проверки:

Визуальный и АОИ осмотр

?  Проверяет положение, размер и чистоту отверстий

Микроскопическое обследование

?  Обнаруживает внутренние дефекты или заусенцы, невидимые невооруженным глазом

Анализ поперечного сечения

?  Показывает качество покрытия, шероховатость стенок и целостность кольцевого уплотнения.

Электрические испытания

?  Проверяет проводимость между слоями печатной платы после сверления и гальванопокрытия

Контрольный список проверки бурения

?  Подтвердите соответствие количества отверстий и размера проекту

?  Дифференциация ПТГ от НПТГ

?  Проверьте наличие отверстий < 7 мил (по возможности избегайте)

?  Убедитесь, что обратное сверление применено правильно к указанным отверстиям.

Заключение

В производстве электроники сверление печатных плат является ключевым процессом, который напрямую влияет на работу печатной платы. Это не просто базовый шаг — он играет большую роль в надежности и производительности платы.

От стандартных сквозных отверстий до более продвинутых методов, таких как обратное сверление, понимание того, как работает сверление печатных плат, помогает инженерам создавать более качественные и надежные печатные платы. Если вы работаете с платами HDI, пытаетесь улучшить качество сигнала с помощью методов обратного сверления печатных плат или просто стремитесь к точным отверстиям, важно выбрать правильное сверло для метода печатных плат и следовать строгим проверкам качества.

Проще говоря, всякий раз, когда вы сверлите печатную плату, точность имеет значение — а все начинается с хорошего отверстия.