介紹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、UV激光鉆孔)的特點、現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢。

關鍵詞 | PCB；微孔加工；機械鉆孔；CO2激光鉆孔；UV激光鉆孔

一、引言

     PCB中孔的主要作用是實現(xiàn)層間互連或安裝元件。PCB業(yè)界常以導通與否把孔分為電鍍孔、非電鍍孔兩類；以板鉆透與否把孔分為通孔、盲孔、埋孔。

     PCB業(yè)界采用過的成孔方式有：機械鉆孔、機械沖孔、激光鉆孔、光致成孔、化學蝕刻、等離子蝕孔、射流噴砂、導電柱穿孔、絕緣置換、導電粘接片等，應用相對比較廣泛和成熟的成孔技術有：機械鉆孔和激光鉆孔(CO2激光和UV激光)。

     就目前PCB的技術發(fā)展狀況而言，孔徑在0.25mm及以下可稱其為微孔。對于微孔鉆孔，目前常用的方法有機械鉆孔、CO2激光鉆孔、UV激光 鉆孔三種(一般孔徑在0.1mm及以上的通孔多采用機械鉆孔，0.1mm及以下的盲孔多采用激光鉆孔)。本文主要介紹這三種鉆微孔技術。

二、機械鉆微孔技術

     機械鉆孔的主要特點有：屬高速機械加工(最高轉速達到35萬轉/分)，孔形(如孔壁粗糙度一般控制在≤30μm)、孔徑(如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)質量要求高。機械鉆孔示意圖見下圖所示。

 

2.1 物料

   機械鉆微孔用到的主要物料有：鉆頭(又名鉆刀、鉆針、鉆嘴)、蓋板(又名面板)、墊板(又名底板)。

2.1.1 鉆頭

     鉆頭是機械鉆孔過程中用到的切削刀具。PCB用鉆頭，一般采用鎢鈷類合金(屬硬質合金材料)制造。該合金以碳化鎢(WC)粉末(90~94%)為基體，以鈷(Co)(6~10%)為粘結劑，經(jīng)高溫、高壓燒結而成，具有高硬度(主要來自WC)和高耐磨性。
                                               
    微孔鉆頭的發(fā)展趨向是WC顆粒度由目前的0.3~0.2μm向納米級減小，結構上由雙排屑改為單排屑，鉆尖角度加大等，以提高抗扭矩力，提高韌性，保證剛性的要求。
    目前，PCB常用微孔鉆頭直徑規(guī)格一般有0.1、0.15、0.2和0.25mm四種(也有0.05mm和0.075mm，但實際量產應用較少，見圖3所示)；鉆頭柄徑一般多采用Φ2.0mm，也有采用Φ3.175mm(常規(guī)鉆頭柄徑一般都為Φ3.175mm）；鉆頭刃部多為UC型(對鉆頭刃部進行修磨，以減少棱刃與孔壁的摩擦)；為了分散微孔鉆頭的應力集中現(xiàn)象，一般在鉆頭柄部與刃部之間加入了緩沖段，做成階梯式，見圖4所示。

                    

在加工微孔時需要關注的參數(shù)主要有以下5個：
     (1)轉速/切削速度
         轉速：每分鐘主軸旋轉的圈數(shù)；切削速度：每分鐘切削距離
     (2)進刀速度/進刀量
         進刀速度：每分鐘主軸下降的距離；進刀量：主軸每旋轉一圈所鉆入的距離
     (3)退回速度退回速度：每分鐘主軸提升的距離
     (4)疊板數(shù)
         影響疊板數(shù)的因素有：板層數(shù)、板厚、最小鉆孔孔徑、孔位公差要求、內層銅厚、孔環(huán)等，主要需要關注板層數(shù)、板厚、最小鉆孔孔徑。
    （5)鉆頭狀態(tài)
         鉆頭狀態(tài)包括鉆頭的研磨次數(shù)和鉆孔數(shù)。隨著微孔鉆頭的研磨次數(shù)增加，鉆孔質量將逐漸變差，故鉆孔數(shù)需要減少。由于微孔鉆頭比較難研磨(特別是0.1和0.15mm的鉆頭)，故PCB廠家業(yè)界一般使用一次就報廢處理(可以通過調整鉆孔參數(shù)增加鉆孔數(shù))。

三、激光鉆微孔技術

　　激光鉆孔興起的主要原因有：PCB密、薄、平的發(fā)展趨勢(減少通孔增加盲孔是提高密度的最有效方法)；采用機械鉆孔無法快速、穩(wěn)定量產微盲孔的加工等。

　　激光鉆孔的主要特點有：屬光學加工(用CO2激光或UV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≤±20μm)和孔位(如孔位精度一般控制在≤±20μm)質量要求高。
   “激光鉆孔”這個說法其實并不準確，準確說法應是“激光成孔”(主要是光學加工)，由于業(yè)界一般都稱作“激光鉆孔”，故本文也稱作“激光鉆孔”。
    目前PCB業(yè)界常用的激光鉆機有CO2和UV激光鉆機兩類，CO2激光鉆機多為雙軸雙臺面的機種(采用分時或分光的方式將一束激光變換成兩束激光同時加工兩塊板子以提高加工效率)。
    CO2激光鉆孔的主要加工參數(shù)有：光束直徑、脈沖寬度和脈沖數(shù)量；UV激光鉆孔的主要加工參數(shù)有：光束移動速度和行走軌跡、圈數(shù)、激光頻率和激光功率等(相對較為復雜)。

                        

        總之，對于機械鉆孔，目前主要用于加工孔徑在0.1mm及以上的微通孔。未來隨著技術的發(fā)展(主要是機械鉆機和鉆頭技術的進步)，鉆孔速度和質量必將進一步提升；0.075mm甚至0.05mm的微通孔也可能能夠批量生產；
        對于CO2激光鉆孔，目前主要用于加工孔徑在0.15mm、0.125mm、0.1mm、0.075mm的微盲孔。未來隨著技術的發(fā)展(主要是CO2激光器和光學系統(tǒng)技術的進步)，鉆孔速度和鉆孔質量必將進一步提升，0.05mm的微盲孔也可能能夠批量生產；
        對于UV激光鉆孔，目前主要用于加工孔徑在0.03~0.1mm的微盲孔。未來隨著技術的發(fā)展(主要是UV激光器和光學系統(tǒng)技術的進步)，鉆孔速度和鉆孔質量必將進一步提升。
        另外，由于機械鉆孔、CO2激光鉆孔和UV激光鉆孔技術本身存在的極限以及它們加工的微孔經(jīng)過層壓后形成的都是傳統(tǒng)意義上的增層技術，PCB業(yè)界一般認為這種增層法最多只能量產到5階盲孔，如果需要繼續(xù)增層則要采取其他的增層技術。目前業(yè)界出現(xiàn)的，應用較為廣泛的增層技術有：B2it(Buried Bump interconnection technology，預埋凸塊互連技術, 此為日本東芝公司最先開發(fā)的增層技術)、NMBI(Neo-Manhattan Bump Interconnection，新型立柱凸塊互連技術，此為日本North Print 公司最先開發(fā)的增層技術)等，這些產生微孔的新穎方法必將為PCB產業(yè)開拓出更廣大空間。