Vrtání desek plošných spojů je nejdražší a časově nejnáročnější proces při výrobě desek plošných spojů. Proces vrtání desek plošných spojů musí být proveden pečlivě, protože i malá chyba může vést k významným ztrátám. Vrtání je nejdůležitějším krokem při výrobě desek plošných spojů. Tvoří základ pro propojení mezi průchody a různými vrstvami, takže vrtací dovednosti jsou nesmírně důležité.Techniky vrtání desek plošných spojů
Existují primárně dva typy technik vrtání desek plošných spojů: mechanické vrtání a laserové vrtání.
Mechanické vrtání má nižší přesnost, ale je snadno proveditelné. Tato technika vrtání zahrnuje použití mechanických vrtáků. Minimální velikost otvoru, který tyto vrtáky dokáží vytvořit, je přibližně 6 mil (0,006 palce). Omezení mechanického vrtání Při použití na měkčích materiálech, jako je FR4, lze mechanické vrtáky použít po dobu přibližně 800 cyklů. U materiálů s vyšší hustotou se životnost může snížit na 200 cyklů. Pokud výrobci desek plošných spojů tento aspekt přehlédnou, může to vést k nesprávným otvorům, což vede k poškození desky plošných spojů.Na druhou stranu, laserové vrtání může vytvářet menší otvory. Laserové vrtání je bezkontaktní proces, při kterém se obrobek a nástroj vzájemně nedotýkají. Laserový paprsek se používá k odstraňování materiálu z desky plošných spojů a vytváření přesných otvorů, což umožňuje snadnou kontrolu hloubky vrtání. Laserová technologie se používá k snadnému vrtání průchodů s kontrolovanou hloubkou, což umožňuje přesné vrtání otvorů s minimálním průměrem 2 mil (0,002 palce). Omezení laserového vrtání Desky plošných spojů (PCB) jsou vyrobeny z mědi, skleněných vláken a pryskyřic, které mají odlišné optické vlastnosti, což ztěžuje laserovému paprsku efektivní pronikání desky plošných spojů. Laserové vrtání je v tomto případě také spojeno s relativně vyššími náklady.Proces vrtání desek plošných spojů
Pro inženýry desek plošných spojů je pochopení výroby desek plošných spojů zásadní při navrhování desek plošných spojů. To zajišťuje, že návrh desek plošných spojů je vyrobitelný a spolehlivý. Naopak, zohlednění výrobních procesů během návrhu může snížit náklady a umožnit včasné dodání produktu. Po procesu laminace se vícevrstvá deska naloží na výstupní materiálový panel vrtačky. Výstupní materiál snižuje tvorbu otřepů. Otřepy jsou výčnělky z mědi, které vznikají, když osa vrtání pronikne do desky. Na tento panel se naskládají a pečlivě zarovnají další vrstvy. Nakonec se na celou vrstvu umístí vrstva hliníkové fólie. Hliníková fólie zabraňuje vstupním otřepům a odvádí teplo generované rychlou rotací vrtáku. Jakmile je vyvrtán požadovaný počet otvorů, deska plošných spojů se odešle k odjehlení a čištění. Vzhledem k zásadnímu významu kvality vrtání je třeba zvážit geometrii nástrojů. Rychlořezná ocel (HSS) a karbid wolframu (WC) jsou běžně používané materiály vrtáků pro vrtání kompozitních materiálů. Během zpracování polymeru vyztuženého skelnými vlákny (GFRP) mohou nástroje z tvrdých slitin zajistit delší životnost nástroje. Vrtáky z tvrdých slitin se obvykle používají pro vrtání desek plošných spojů.- Úhel vrcholu a úhel šroubovice
Úhel špičky vrtáku do desek plošných spojů je 130° a úhel šroubovice se pohybuje mezi 30° a 35°. Úhel špičky se nachází na špičce vrtáku a měří se mezi nejvýraznějšími břity. Úhel šroubovice je úhel na straně vrtáku v místě průsečíku.
- Numericky řízená (NC) vrtačka
CNC vrtačka je předprogramovaný stroj s numerickým řízením (CNC). Vrtání se provádí na základě souřadnic XY zadaných do CNC systému. Vřeteno se otáčí vysokými otáčkami, aby bylo zajištěno přesné vrtání do desky. Při otáčení vřetena vysokou rychlostí se v důsledku tření mezi stěnou otvoru a vřetenem vytváří teplo, které taví složky pryskyřice na stěně otvoru a vede k rozmazání pryskyřice. Jakmile jsou požadované otvory vyvrtány, výstupní a vstupní panely se odstraní. Toto je jen malý detail toho, co se děje v dílně. Na rozdíl od procesů leptání a pokovování nemají procesy vrtání pevnou dobu trvání. Doba vrtání v dílně se liší v závislosti na objemu otvorů, které se mají vyvrtat.
Dva důležité aspekty vrtání desek plošných spojů
Poměr stran vyjadřuje schopnost efektivně pokovovat mědí uvnitř otvoru (průchodu). S klesajícím průměrem a zvětšující se hloubkou se pokovování mědí uvnitř otvoru stává náročným úkolem. To vyžaduje galvanickou lázeň s vysokou rovnoměrnou schopností pokovování, aby kapalina mohla proudit do malých otvorů. Poměr stran (AR) = (hloubka otvoru / průměr vrtáku) Poměr stran pro průchody je 10:1 a pro mikroprůchody 0,75:1. Pro desku plošných spojů o objemu 62 ml může být minimální velikost vrtáku obvykle 6 mil.Rozteč měď-měď je rovinná mezera mezi okrajem vyvrtaného otvoru a nejbližším měděným prvkem. Nejbližším měděným prvkem může být měděná stopa nebo jakákoli jiná aktivní měděná oblast. Toto je klíčový faktor, protože i malé odchylky mohou vést k přerušení obvodu. Typická hodnota měděného vrtání je kolem 8 mil. Minimální rozteč = šířka prstence + rozteč pájecí maskyKlasifikace vrtání desek plošných spojů
Pokovený průchozí otvor (PTH) je vodivý průchod, který přenáší signály a umožňuje propojení mezi různými vrstvami desky plošných spojů. Používá se k bezpečnému upevnění součástek během procesu osazování desky plošných spojů. Nepokovené průchozí otvory (NPTH) jsou nevodivé otvory. Tyto otvory nemají tolerance, protože součástky nebudou pasovat, pokud je velikost otvoru příliš velká. Vrtání otvorů do desky plošných spojů je náročný úkol, který vyžaduje vysokou přesnost a dodržování specifických konstrukčních pravidel.Pokovený průchozí otvor (PTH)
Velikost hotového otvoru (minimální) = 0,006 palce Velikost prstence (minimální) = 0,004 palce Vzdálenost mezi hranami (od jakéhokoli jiného prvku povrchu) (minimální) = 0,009 palceNepokovený průchozí otvor (NPTH)
Velikost hotového otvoru (minimální) = 0,006 palce Vzdálenost od hrany k hraně (od jakéhokoli jiného prvku povrchu) (minimální) = 0,005 palceNebezpečí vrtání desek plošných spojů
Po opakovaném používání jsou vrtací nástroje náchylné k opotřebení a zlomení, což vede k následujícím problémům:- Zhoršená přesnost polohování otvoru
Pokud vrták nezasáhne požadovaný bod a pohybuje se podél stejné osy, je ovlivněna přesnost. Drift při vrtání může způsobit prolínání nebo prasknutí prstenců otvoru.- Drsnost uvnitř vyvrtaných otvorů
Drsnost povrchu může vést k nerovnoměrnému mědění, což vede ke vzniku vzduchových dutin a prasklin v válci. Roztok mědění může pronikat do stěn otvoru a způsobovat snížení izolačního odporu.V důsledku tepla vznikajícího během vrtání se může pryskyřice v desce plošných spojů roztavit. Roztavená pryskyřice ulpívá na stěnách otvoru a způsobuje její rozmazání. To následně vede ke špatnému měděnému pokovení a vodivým poruchám mezi prostupy a vnitřními vrstvami obvodu. Zbytky pryskyřice se odstraňují chemickými roztoky.- Přítomnost vstupních a výstupních otřepů
Otřepy označují zbytečné vyčnívání mědi z otvorů po vyvrtání, ke kterému dochází na horním a spodním povrchu vícevrstvých desek plošných spojů.Nevhodné podmínky vrtání mohou způsobit ohnutí vnitřní vrstvy mědi, což má za následek nerovnoměrné pokovování a problémy s vodivostí.Částečné oddělení vrstev desek plošných spojů je známé jako delaminace a nesprávné vrtání může delaminaci způsobit.Nápravná opatření
- Proces odstraňování zbytků
Jedná se o chemický proces používaný k odstranění roztavené pryskyřice usazené na stěnách otvorů. Tento proces odstraňuje nežádoucí pryskyřici a zvyšuje vodivost skrz průchodku.Jedná se o mechanický proces, který dokáže odstranit vystouplé konce (otřepy) kovu (mědi), známé jako otřepy. Veškeré zbývající úlomky uvnitř otvoru se odstraní procesem odjehlování, po kterém následuje opakovaný proces čištění.Tomu se lze vyhnout použitím laserového vrtání. Jak již bylo zmíněno, při laserovém vrtání se obrobek a nástroj nedotýkají, čímž se eliminuje delaminace.Techniky vrtání desek plošných spojů
Vrtací vodicí otvory pro správné vrtání
Prvním krokem před jakýmkoli vrtáním je vytvoření vodicího otvoru. To se provádí proto, aby se zabránilo „putování“ vrtáku, což znamená, že vrták začíná na jedné pozici a poté se během vrtání pohybuje neočekávaným směrem. Vodicí otvor lze vytvořit ručně pomocí malých vrtáků nebo automaticky pomocí nástroje zvaného vrtací lis. Pokud se vodicí otvory vytvářejí pomocí vrtačky, vrtáky se z nástroje vytahují jeden po druhém. Počet vrtáků použitých v tomto procesu závisí na velikosti vrtané desky plošných spojů. Například pokud se použije vrták o průměru 0,2 milimetru, lze vyvrtat jeden otvor ze čtyř. Tento proces obvykle zanechává na desce plošných spojů malou kovovou stopu po vyjmutí každého vrtáku.Používejte vertikální vrtáky do desek plošných spojů pro vrtání pod úhlem
Vrtání pod úhlem vyžaduje specializované vrtáky, které se obvykle prodávají v sadách a dodávají se v různých velikostech. Mezi velikosti patří:
Vrtáky pro dráty o tloušťce 0,8 až 1 milimetru: Používají se pro dráty o tloušťce 0,8 až 1 milimetr.
Malé vrtáky: Vhodné pro otvory o tloušťce nebo průměru od 0,7 do 2 milimetrů, včetně plochých a kulatých tvarů.
Střední vrtáky: Tento typ se používá k vrtání otvorů o tloušťce nebo průměru od 2 do 10 milimetrů, obvykle včetně plochých a kulatých tvarů.
Velké vrtáky: Tyto vrtáky se používají pro otvory o průměru 5 milimetrů nebo větší. Mohou být ploché nebo kulaté, v závislosti na výrobci.
Používejte vrtáky správné velikosti
Je nezbytné zajistit, aby vrtáky použité pro desky plošných spojů měly správnou velikost. Pokud je vrták příliš velký, může při vrtání poškodit součástky uvnitř desky plošných spojů. Na druhou stranu, pokud je příliš malý, neumožní protažení vodičů vyvrtaným otvorem.Používání vrtáků s vhodnou rychlostí a výkonem
Výkon a otáčky vrtáku určují účinnost vrtání kovu. Nejběžnější možnosti jsou:
Vysokorychlostní vrtáky: Tento typ vrtáku dokáže rychle a efektivně vrtat do kovu, ale delší používání v jednom sezení může vést k problémům.
Vrtáky do rychlořezné oceli: Tyto typy se používají pro větší vrtací operace a jsou vhodné pro vrtání vícenásobných, ne příliš silných desek plošných spojů.
Pokovené vrtáky: Tyto vrtáky se používají pro vrtání a pokovování desek plošných spojů, stejně jako pro vrtání do silných plechů nebo ve spojení s vysokofrekvenčním pneumatickým kladivem.
Použití vrtačky
Vrtačka je nejlepší volbou pro zajištění co nejpřesnějších otvorů. Jejich účinnost vrtání je nejméně čtyřikrát vyšší než u ručních vrtaček a běžně používají standardní vrtáky.Pochopení obsluhy vrtačky
Vrtačky se liší podle ceny a možností, ale všechny fungují na principu vyvíjení odpovídajícího tlaku k vrtání do kovu. Čím větší je vyvíjený tlak, tím vyšší je rychlost vrtání. Existují různé typy vrtání, jako například „křížové vrtání“, „vrtání zapichováním“, „vrtání větracích otvorů“ a „vrtání se zkosením“. Nejpoužívanější typ vrtačky má vertikální panel (vrtání do kovové desky pod určitým úhlem). Při použití tohoto typu se ujistěte, že vrták směřuje nahoru a že úhel odpovídá otvorům na desce plošných spojů.Použití vrtačky k vrtání desek plošných spojů
Vrtačku lze použít v každé fázi vrtání desek plošných spojů, zejména pokud je vyžadováno přesné vrtání. I když nastavení vrtačky nějakou dobu trvá, při správném použití může dosáhnout vynikajících výsledků.Při vrtání otvorů buďte opatrní
Vrtání otvorů do desky plošných spojů může být bez vhodného nářadí a materiálů náročné. Při vrtání si dejte na čas a buďte trpěliví, protože spěchání může desku plošných spojů poškodit. Vždy se ujistěte, že rychlost vrtání není ani příliš vysoká, ani příliš pomalá. Při vrtání je také nezbytné nosit ochranné brýle, abyste si chránili zrak.Čištění desky plošných spojů po použití vrtáku
Po dokončení vrtání desky plošných spojů je nutné otvory vyčistit kartáčem a rozpouštědlem. Rozpouštědlo odstraní veškeré kovové nečistoty, které mohly vzniknout během vrtání na desce plošných spojů, a zajistí tak, že deska bude po dokončení efektivně použitelná.Nanášení pájky na vyvrtané otvory
Po dokončení vrtání desky plošných spojů (PCB) je nutné na nové otvory nanést pájku a roztavit je pomocí páječky s malým hrotem. Pro zajištění správné přilnavosti pájky provlékněte drát jedním z otvorů a zahřejte jej. Tím zabráníte vytékání pájky z otvoru. Poté jej jemně přitlačte, abyste zajistili bezpečné spojení. Při vrtání nebo drážkování vhodným vrtákem se ujistěte, že na desce plošných spojů nejsou žádné malé úlomky a třísky. Pokud se na vrtáku najdou nějaké úlomky nebo třísky, může to během vrtání způsobit problémy a vést k nežádoucím výsledkům. Pokud se vrtání desky plošných spojů provede správně, lze jej provést bez poškození vrtáků. Pokud se však mechanické části během provozu stroje dostanou do kontaktu s vrtáky, může to způsobit jejich poškození.Techniky ověřování vrtání desek plošných spojů DFM:
- Poměr stran musí být minimalizován, aby se zabránilo opotřebení vrtáku.
- Čím více velikostí vrtáků je přidáno, tím více vrtáků bude výrobce muset použít. Naopak, snížení počtu velikostí vrtaných otvorů zkrátí dobu vrtání.
- Potvrďte, že jste definovali typy vrtaných otvorů (PTH/NPTH).
- Ověřte umístění/rozměry vrtaných otvorů mezi vrtacím souborem a výtiskem z výroby.
- Uzavřené otvory menší než 0,006 palce je nutné ošetřit.
- Pokud vrtané otvory a další prvky na měděné vrstvě přesahují obrys desky plošných spojů, zmenšete velikost pokoveného průchozího otvoru (PTH) tak, aby byly splněny požadavky na minimální poměr stran (A/R).
- U pokovených průchozích otvorů (PTH) s tolerancemi menšími než +/- 0,002" a u nepokovených průchozích otvorů (NPTH) s tolerancemi +/- 0,001" ukažte na výrobním výkresu oblouky pro chybějící vrtané otvory/drážky NPTH nebo pozice zářezů z vrtacího souboru.
- Přidejte pájku do vyvrtaných otvorů.
- Pro přesné vrtání použijte přesnou vrtačku.
- Po vrtání očistěte desku plošných spojů.
Využijte inovativní znalosti a pozvedněte své dovednosti ve vrtání desek plošných spojů pomocí těchto propracovaných technik. Začleněním těchto 9 vynikajících metod do vašich projektů odhalíte svět přesnosti a efektivity ve vašem procesu výroby desek plošných spojů. Buďte o krok napřed a sledujte, jak vaše návrhy vzkvétají s bezchybně provedenými vrtanými otvory, které dláždí cestu pro bezproblémová elektronická spojení. Začněte svou cestu k dokonalosti desek plošných spojů ještě dnes a nechte se inovacemi a odbornými znalostmi vést k bezkonkurenčnímu úspěchu ve světě obvodů.
Transformujte svou výrobu desek plošných spojů se SprintPCB SprintPCB je renomovaný high-tech podnik specializující se na poskytování výjimečných služeb v oblasti výroby desek plošných spojů globálním klientům. Díky našim rozsáhlým znalostem oboru a konkurenceschopným cenám se můžete zaměřit na nejdůležitější prvky vaší organizace. Kontaktujte nás ještě dnes a prozkoumejte možnosti spolupráce a zjistěte, jak vám můžeme pomoci překonat vaše cíle.
Budova A19 a C2, čtvrť Fuqiao č. 3, ulice Fuhai, čtvrť Bao'an, Šen-čen, Čína 
+86 0755 2306 7700
Jazyk
