PCB微孔加工技術現狀及發展趨勢

本文介紹了目前應用最廣泛的三種PCB微孔加工技術（機械鉆孔、CO2激光鉆孔、紫外激光鉆孔）的特點、現狀及未來發展趨勢。

一、簡介

PCB中孔的主要作用是實現層與層之間的互連或安裝元器件。 PCB行業常根據孔是否導電將孔分為電鍍孔和非電鍍孔； 孔按板材是否鉆通分為通孔、盲孔和埋孔。

PCB行業使用的成孔方式有：機械鉆孔、機械沖孔、激光鉆孔、光致鉆孔、化學刻蝕、等離子刻蝕、噴射噴砂、導電柱鉆孔、絕緣置換、導電鍵合片等，應用比較廣泛 成熟的成孔技術有：機械鉆孔和激光鉆孔（CO2激光和紫外激光）。

就目前PCB的技術發展而言，孔徑在0.25mm以下的都可以稱為微孔。 微孔鉆孔常用的方法有機械鉆孔、CO2激光鉆孔和紫外激光鉆孔三種（孔徑0.1mm及以上通孔一般采用機械鉆孔，孔徑0.1mm及以上的盲孔采用激光鉆孔） 0.1mm及以下的孔徑）。 本文主要介紹這三種微孔鉆削技術。

二、機械鉆微孔技術

機械鉆孔的主要特點是：高速加工（最高轉速達到350000轉/分鐘），孔形（如果孔壁粗糙度一般控制在≤30μm）孔徑（如果孔徑公差一般控制在 ≤+10μm/-40μm）和孔位（如孔位精度一般控制在≤±50μm以內）質量要求高。 機械鉆孔示意圖如下圖所示。

2.1 材料

用于微孔機械鉆孔的主要材料有：鉆頭（又稱鉆頭、鉆針、鉆嘴）、蓋板（又稱面板）、底板（又稱底板）。

2.1.1 鉆頭

鉆頭是機械鉆孔過程中使用的切削工具。 PCB用鉆頭一般采用鎢鈷合金（硬質合金材料）。 該合金以碳化鎢（WC）粉末（90~94%）為基體，鈷（Co）（6~10%）為結合劑，經高溫高壓燒結而成。 它具有高硬度（主要來自WC）和高耐磨性。

微孔鉆頭的發展趨勢是WC粒徑由0.3~0.2μm方向縮小至納米級，結構由雙排屑改為單排屑，加大鉆尖角度提高扭矩 性，提高韌性，保證剛性要求。

目前PCB常用微孔鉆的直徑規格一般為0.1、0.15、0.2和0.25mm（也有0.05mm和0.075mm，但實際量產應用較少，如圖3所示）； 鉆頭柄徑一般采用Φ2.0mm，也有采用Φ3.175mm（常規鉆柄直徑一般為Φ3.175mm）；鉆頭刃口多為UC型（鉆頭刃口經過磨削，減少刃口與孔的摩擦力 wall）；為了分散微孔鉆頭的應力集中現象，一般在鉆柄與切削刃之間加緩沖段，形成階梯式，如圖4所示。

加工微孔時應注意以下五個參數：

(1)速度/切削速度

轉速：主軸每分鐘的轉數； 切割速度：每分鐘切割距離

(2)進給速度/進給量

進給速度：主軸每分鐘下降的距離； 進給量：主軸每轉鉆孔的距離

(3)RETURN SPEED 返回速度：主軸每分鐘抬升的距離

(4)層壓板數

影響疊層板數的因素有：層數、厚度、最小孔徑、孔位公差要求、內層銅厚、孔環等。板的層數、厚度、最小孔徑主要應 擔心的。

(5) 位狀態

鉆頭狀態包括研磨次數和鉆孔數。 隨著微孔鉆頭磨削次數的增加，鉆孔質量會逐漸變差，因此需要減少鉆孔數量。 由于微孔鉆頭難磨（尤其是0.1和0.15mm的鉆頭），PCB廠家一般用一次就報廢（可以通過調整鉆孔參數來增加鉆孔數）。

三、激光打孔微孔技術

激光打孔興起的主要原因是：PCB板致密、薄化、扁平化的發展趨勢（減少通孔和增加盲孔是提高密度最有效的方法）； 微盲孔的加工不能通過機械鉆孔實現快速穩定的批量生產。

激光打孔的主要特點是：光學加工（CO2激光或紫外激光）、孔形（如孔壁粗糙度一般控制在≤18μm）孔徑（如孔徑公差一般控制在≤±20 μ m)和孔位(如孔位精度一般控制在≤±20 μ m)質量要求高。

其實，“激光打孔”這個詞并不準確。 準確的說法應該是“激光打孔”（主要是光學加工）。 由于業界普遍稱為“激光鉆孔”，本文也稱為“激光鉆孔”。

目前PCB行業常用的激光打孔機有兩種：CO2激光打孔機和紫外激光打孔機。 CO2激光打孔機多為雙軸雙工作臺式（采用分時或分光方式，將一束激光變為兩束激光同時加工兩塊板，提高加工效率）。

CO2激光打孔的主要加工參數有：光束直徑、脈沖寬度和脈沖數； 紫外激光打孔的主要加工參數包括：光束移動速度和行走軌跡、圈數、激光頻率和激光功率（比較復雜）。 PCB制造、PCB設計和PCBA加工廠家將講解PCB微孔加工技術的現狀和發展趨勢。