简介
在印刷电路板制造的各种加工过程中，其中一个步骤涉及机械钻通孔过孔。过孔形成之后进行除污程序以及金属喷镀。过孔钻孔工艺的质量（以及通过推断的钻的通孔的质量）或其缺乏也会影响去除钻孔污物和金属喷镀工艺。多年来，虽然钻孔设备、工具和方法不断地改进，但制造者还是必须遵守有关设备维护、钻头质量、钻孔操作参数以及盖板和垫板材料的正确选择和使用的严格指导。当缺乏对钻孔设备和钻头的简单维护时，钻出的孔壁质量劣化。然后这将导致电镀通孔PTH的缺陷，其并不是由电镀工艺（例如无电镀铜）引起的。 在本月的 “化学槽中的麻烦” 版块中，我将介绍一些关于钻孔的基础。
图1：五头钻孔机
钻孔基础
通孔是通过数控钻孔机中钻头的切割动作形成的。图1展示的是五头钻孔机。
在通过机械方式钻电镀通孔以及盲孔和埋孔时，要考虑多种因素（假设机械钻孔用于盲孔和埋孔的一些应用中）。这包括钻孔机、钻头、盖板和垫板材料、钻孔参数、堆叠厚度等。此外，构成电路板的树脂类型以及玻璃织造样式和内容也在钻过孔工艺中也有一定影响。这将是之后的 “化学槽中的麻烦” 专栏的主题。
图2：由不良钻孔导致的粗糙孔壁（来源：IPC照片档案）
图2显示的是当钻孔操作不受控制时可能发生的情景。注意树脂中的沟槽和撕裂的玻璃束。当诸如这样的钻孔进入PTH电镀通孔工艺时，无电镀铜或直接喷镀化学物恰当地沉积在这些钻孔的沟槽中的能力受到损害。即使PTH金属喷镀成功，随后的铜的电沉积将产生铜厚度太薄（因此不满足铜的厚度要求）或潜在地产生镀铜的区域折叠的情况。在后一种情况下，由于钻孔沟槽，铜表面不平整。这留下非常薄的区域并导致组装中产生气孔或PTH开口的可能性。这正是为什么许多成品裸板成功通过在线测试，但只在组装后显示出一些相关的不合格缺陷（图3）。
图3：大气泡表明在组装过程气体或水分排出的位置
当然，还可能存在波峰焊助焊剂的问题。但为了便于本文讨论，我们假设助焊剂不会造成这个问题。注意薄铜镀层、小空隙和粗糙孔壁的区域。所有这些问题都将带来产生气孔的可能性。尽管可能由于镀铜工艺产生薄的铜镀层沉积和空隙，但这些问题也可能与不良的钻孔条件直接相关。这就是为什么古老的格言“垃圾输入，垃圾输出”在这里适用。人们不能期望电镀化学品违反物理学和法拉第定律，并且总是弥补如图2所示的糟糕孔壁条件。
钻孔和基本定义
钻孔条件取决于钻孔机器、钻头品牌、钻头设计、钻轴类型、堆叠高度、PCB材料、需要钻的铜量、钻孔纵横比、盖板和垫板材料等等。孔壁质量、钻孔准确度以及钻头折断的可能性是所有钻孔参数共同作用的结果。
我们回顾一下几个钻孔的关键参数及其定义：
进给速率：钻头朝向和穿过待钻孔的电路板堆的速率。进给速率的单位为米/分钟（m/min）或英寸/分钟（IPM）。切削载荷的关键参数之一。
主轴转速：钻头主轴的RPM或转速。切削载荷的另一个关键参数。
切削载荷：钻头每转一圈所经过的深度或距离。切削载荷通常以密耳或英寸每转（IPR）或微米每转（μm/ rev）来测量。计算切削载荷可以使用以下公式：
切削载荷（IPR）= 进给速率(IPM)/主轴转速（RPM）
可见，以英寸每分钟为单位的切削载荷是由钻头主轴的进给速率除以主轴的旋转速度来确定的。还可以通过以密耳为单位的进给量除以主轴的RPM来计算切削载荷。进给速率和切削载荷的变化影响孔壁质量。从积极的方面来说，低进给率将提高孔位置精确度。从负面而言，低进给速率会造成过热，导致涂抹和钉头。低进给速率还可能造成玻璃纤维损坏，导致电镀铜化学物质的芯吸。就积极的方面而言，高进料速率将减少树脂涂抹。就负面而言，高进给速率会导致毛边、孔壁粗糙和孔中有碎屑。
根据标准钻孔准则，较小直径的孔和较厚的板需要更低的切削载荷。在本主题文章的第2部分中，我将介绍关于钻孔及其对PTH质量和可靠性的影响的更深入的信息。
总结
当这一月度专栏五年前第一次出现在的“PCB杂志”上时，就有人建议，生产高质量、高可靠性印刷电路板需要严格遵守加工指南，同时了解故障排除的原则的理解和执行。对每个加工步骤的透彻理解是将不合格缺陷最小化或消除的关键所在——这些缺陷会使制造商的成本增加并导致失去的客户。每种工艺都必须根据自己的优点深入理解。机械钻孔就是这样一个过程。
Michael Carano是RBP Chemical Technology技术和业务发展副总裁。阅读往期专栏或联系Carano，请点击这里。
