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背鉆設計與生產:技術解析及應用

PCB學習醬 ? 來源:PCB學習醬 ? 作者:PCB學習醬 ? 2024-12-24 18:15 ? 次閱讀

背鉆是一種特殊的控深鉆技術,用于多層PCB板的制造。例如,在12層板中,如果需要將第1層連接到第9層,通常會先進行一次鉆孔(通孔)并沉銅,這樣會導致第1層直接連接到第12層。實際上,我們只需要第1層連接到第9層,第10到第12層之間沒有線路連接,形成了一個無用的柱狀結構(稱為STUB),這會影響信號完整性。

為解決這個問題,從反面進行二次鉆孔(背鉆),去除多余的STUB。由于后續工序中的電解過程會進一步去除一些銅,且鉆頭本身是尖銳的,因此PCB制造商通常會保留一小段STUB,這段保留的長度稱為B值,一般在50-150微米范圍內。這樣既能保證信號完整性,又能確保制造過程順利進行。

一、背鉆孔定義及特性

1、背鉆孔類型

背鉆孔利用機械鉆機的深度控制功能,用較大直徑的鉆刀鉆出具有一定深度要求的NPTH孔,并鍍上孔銅。常見的背鉆孔類型有斷樁式、階梯式和非導通式

2、產品特性

(1)在布線空間緊張的情況下,背鉆孔可以連接內層芯板,減少出線層數,降低PCB厚度

(2)設計背鉆孔可以減小過孔帶來的“殘樁效應”,減少孔鏈路損耗,提高信號完整性。

3、作用

在PCB制造過程中,鍍通孔可視為線路的一部分。某些鍍通孔端部無連接,會導致信號折回共振,引起反射、散射和延遲等問題,從而影響信號傳輸的完整性。通過背鉆孔去除這些無用的“殘樁”,可以有效減輕這些問題,保證信號傳輸的質量。

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二、背鉆線路板產品類型

1、斷樁式:背鉆后不鍍銅。

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2、階梯孔:背鉆后鍍銅。

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3、半封背鉆孔:非導通孔。

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三、背鉆線路板生產工藝流程

1、工藝流程

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2、背鉆孔制作關鍵技術配置

(1)設備:具備CCD射電深控功能的大族鉆機。

(2)材料:底板、紙板、酚醛蓋板、0.125mm鋁片、皺紋膠紙。

(3)工具:鉆咀、銷釘、大力鉗、錘子。

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3、深度控制能力界定

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(1)工程設計評審:確保介質層厚度 h×90% 符合最小要求。

(2)pin生產選擇:

① 當符合電木板能力(優先選擇)時,無需特殊標注。

② 當超出電木板能力時,使用夾PIN生產,并在指示中注明。

③ 夾PIN生產能力限制:板長≤29.5" 且板厚≤3.5mm。

(3)超出能力處理:工程部需與客戶協商放寬公差或提交業務評審。

4、背鉆鉆帶編程

(1)深度設定:每把刀后插入“M18 Zxx”設定下鉆深度,最后加“M19”關閉功能。

(2)拼板尺寸:當拼板長方向≥29.5"時,分割鉆孔程序應遵循規則:︱Ymax-Ymin︱≤29.5",確保最大坐標差值小于機臺加工尺寸。

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5、背鉆深度值設定

(1)切片測試:一鉆后送切片至物測室,取板邊和板中間各2pcs,記錄H和h值于《鉆孔切片測試報告》。

(2)標準設定:鋁片平均厚度中值+下鉆深度標準中值。

(3)定位孔:夾pin方式生產的背鉆型號需在標靶孔左側10mm區域加一對定位孔,雙面背鉆則在右側10mm區域再加一對。定位孔居中放置,距離板邊≤10",并封孔制作。

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6、背鉆試鉆孔制作

(1)試鉆孔位置:板邊四周每種背鉆孔各加一組6個/組的試鉆孔,標識為Ls-m。

(2)單元間試鉆孔:拼2個或以上單元的板需在單元間加試鉆孔,離單元外形邊距離≥5mm。

(3)排列要求:多種背鉆深度、不同孔徑的孔依次對稱排列,孔壁間距25mil。

(4)焊盤設計:試鉆孔按比背鉆刀徑單邊大10mil制作,首鉆時編入鉆帶,上下板邊試鉆孔作為出進刀孔編程。

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7、受影響重點生產工序控制

(1)開料:100%全測板厚,超標板不允許過板。

(2)壓合:

① 小于24"×28"的板采用Mass-lam壓機生產。

② 使用同一批次半固化片壓板。

③ IPQC負責測板厚,抽測頻率30pnl抽取6pnl。

(3)鉆孔:

① 使用具有CCD射電深控測量功能的鉆孔設備。

② 背鉆孔采用鎢鋼一體新刀,1塊/疊,下刀速0.5-1m/min,孔位精度±2mil。

③ 單面背鉆孔從相同面鉆孔,雙面按工程設計要求進行。

④ M孔(防反盲孔)制作:CS面在切片孔下方,SS面在左下角,使用1.5mm條孔刀,單獨組成一把刀,程序中標注1.55,鉆刀補償Z+0.8。

(4)鍍銅:

① 一次鍍銅方式,避免二銅上錫問題。

② 槽體改造成VCP噴射方式攪拌,調整光澤劑配比。

③ 背鉆板過前后處理時,背鉆孔向下,烘干速度100-110℃,速度1-1.5m/min,減少氧化問題。

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四、背鉆線路板制作關鍵技術

1、關鍵技術概述

公司在首次嘗試背鉆技術時,主要面臨以下三個難點:背鉆孔深度控制、背鉆孔深度公差值控制以及背鉆孔鍍銅厚度控制。通過與相關人員的技術交流,我們確定了以下關鍵控制技術。

2、背鉆孔下鉆深度設定控制

為了確保背鉆孔的下鉆深度準確,需要嚴格控制溫升速率在2.0-2.5℃/min,并且保證壓合厚度的均勻性。具體步驟如下:

(1)在試樣板上進行九點測量,計算板厚中值,作為背鉆孔下鉆深度的參考值之一。

(2)測量鋁片厚度并取中值,作為背鉆下鉆深度的另一個參考值。

(3)計算背鉆孔下鉆深度參數為板厚參考值加上鋁片參考值。

3、背鉆孔深度公差值控制

背鉆孔是單通孔,連接內層芯板(L2/L3層),但不穿透L1層,因此對下鉆精度要求極高。具體措施包括:

(1)使用特殊的疊板結構進行鉆孔:紙墊板*2 + 1pnl覆銅板 + 鋁片 + 0.3mm酚醛蓋板

(2)采用頂角150°槽刀,壽命控制在800hit,使用正常鉆速和起刀速,下刀速控制在0.5m/min

(3)使用帶有CCD射電測量功能的鉆機設備,在槽刀接觸鋁片時立即計算下鉆深度,并在達到設定值時立即起刀,將公差控制在±0.05mm范圍內

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4、背鉆孔鍍銅厚度控制

為了確保背鉆孔的鍍銅厚度符合要求,采取了以下措施:

(1)采用二次除膠工藝,減少背鉆孔內的細小殘渣,并進行二次沉銅以提高沉積率。

(2)板電采用低電流長時間原則,避免二銅鍍錫不均導致蝕刻侵蝕,影響孔銅厚度。

(3)鍍銅后,對板進行九點測量,計算銅厚中值,以便在酸性蝕刻過程中根據實際銅厚調整蝕刻參數和壓力。

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華秋DFM軟件是一款專業的PCB設計和制造分析工具,旨在幫助設計師在設計階段就發現并解決潛在的制造問題。背鉆線路板作為一種特殊類型的多層PCB,其設計和制造過程中存在一些特定的技術挑戰,利用華秋DFM軟件可以高效準確的檢查出設計問題和生產隱患。

比如檢查背鉆孔的設計是否符合制造商的工藝能力,包括孔徑、位置、深度等參數;確保背鉆孔與其他元件和走線之間的間距滿足最小安全距離要求,避免短路或干擾;還能幫助設計師驗證阻抗匹配是否正確,確保信號傳輸的質量;以及提供初步的成本估算,幫助設計師了解不同設計方案的經濟性等等。歡迎大家下載體驗!


華秋DFM軟件下載地址(復制到電腦瀏覽器打開):

https://dfm.elecfans.com/dl/software/hqdfm.zip?from=fsyzlh


審核編輯 黃宇

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