厚铜电源板内层独立铜环结构对钻孔品质的影响

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【摘 要】随着印刷电路板技术的不断发展，厚铜电源板（内层铜厚度3到6 盎司）在电子行业的应用越来越广泛。对于PCB制造者来说，钻孔品质和钻孔效率必须同时保证，本文从厚铜电源板内层独立铜环不同结构设计对不同孔径的钻孔品质进行了研究探讨。

【关键词】内层独立铜环；钻孔品质

随着印刷电路板技术的不断发展，厚铜电源印刷线路板在电子行业的应用越来越广泛，由于内层芯板铜厚度从3盎司到6盎司不等且印刷线路板层数在8到16层，PCB板压合后总铜厚度经常超过60盎司。由于对这类PCB板特性认识不足，往往在机械加工钻孔工序出现各种各样的品质问题。本文主要针对厚铜电源板内层独立铜环的不同设计对钻孔品质影响进行了相关研究并给出了解决方案。

一、钻孔品质问题

1.1 孔壁裂缝

大孔孔壁出现裂缝是一个非常严重的质量问题，由于孔数量少，在一般常规的生产流程品质监控过程中经常漏失检查，往往是在最后电测试工序以微短的现象表现出来，同时鉴于对产品可靠性能的担忧，制造者会对整批怀疑有问题的批次采取额外的检查手段包括过回流焊后再电测，四端子电测等等，产生的生产成本非常高昂。从图1我们可以看出孔的每一层都保留了铜环 。

1.2 孔形状异常

小孔孔形状异常也是一个非常严重的品质问题，由于孔内有异物，在电镀时孔铜厚度异常，达不到客户要求，也必须在产线分拣出来报废。从图2我们可以看出孔的内层铜环不是每层都保留。怎样保证厚铜电源板不同孔径的钻孔品质全部达到客户要求？钻孔质量与内层铜环的多少是怎样的相互关系？ 怎样找到合适的钻孔生产条件？为此进行了以下所述的测试。

二、测试因子及测试板条件讨论

2.1 对于普通的PCB板而言，影响钻孔品质的主要条件是钻孔参数与PCB材料匹配的问题，但对于厚铜电源板来说，内层铜厚度的多少和钻咀尺寸也有密切的关系，鉴于此，制定以下几个因子来进行测试。（见表1）

2.2 同时为了对钻孔品质进行有效性的数据收集，所有钻咀使用全新的，确保将因异常而导致的问题排除在外。所有测试板固定在一台钻机上生产，同时机器的性能包括动态run-out，水平度，震动度，真空度，压脚压力，断钻检查完全满足生产品质要求。（见表2）

三、测试数据收集和结果分析

3.1 孔粗数据收集总表

3.2 测试结果分析

3.2.1 小孔（0.35mm/0.40mm）+1080 固化片+不同的内层铜环结构

3.2.1.1 主因图

讨论： 从以上的主因图中我们可以看出，使用钻孔参数水平1和内层铜环全部保留水平在1080半固化片结构下能够获得理想的钻孔孔壁粗糙度控制。

3.2.1.2 主因和相互因子分析

讨论： 以上的数据表说明在主因子和相互因子作用下可得到的孔壁粗糙度数据分布。

3.2.1.3 切片图

讨论：从以上的切片图比较中可以明显地看出，小孔内层铜环全部保留的PCB板具有最好的孔壁形状的最小的孔壁粗糙度（单点出现粗糙度较大现象可能和钻咀磨损切割不良有关）

3.2.2 小孔（0.35mm/0.40mm）+2116 固化片+不同的内层铜环结构

3.2.2.1 由于厚铜电源板可能会使用到2116半固化片，所以同时做了对比测试。

讨论： 孔径和内层铜结构是影响孔粗的因子，但是内层铜结构是最主要因子因为它占了总体因子影响的75%（604.25/815.75）。

3.2.2.2

讨论：根据以上的图表说明，小孔径（0.35mm）和内层铜环全部保留在2116半固化片结构下可以获得较小的孔粗糙度。

3.2.2.3 切片图

讨论：对于2116半固化片结构的厚铜电源板，相比其他内层结果而言，内层铜环全部保留可获得较好的孔形状，但孔粗要求不一定能完全满足。相对来说，0.40mm的孔粗大于0.35mm。

主要分析：

1） 从切片结果可以看出，每层保留的效果的孔粗最小，隔层保留的孔粗最大。其主要原因为在钻小孔过程中，当铜厚大于等于3OZ 时，钻铜和钻基材的阻力差异，造成孔型异常。 从钻厚铜到钻基材的过程中，阻力变小，这种差异造成在基材位置孔尺寸变大。特别是在不保留独立拍的位置，由于该位置全部由树脂填充，阻力最小，在此位置的孔型差异或孔粗最大。

2） 在厚铜板的钻孔过程中，阻力保持均匀非常关键。基本上每层加铜或每层不加铜的阻力较均匀，孔粗和孔壁形状较好。小孔设计时应考虑钻孔过程中的阻力均匀。设计时，各层铜厚要避免差异，3 OZ的基铜的芯板和1OZ基铜的芯板要避免组合在一起。对于每层环宽都保留的情况下，绝缘层厚度是个需要考虑的因素。

3.2.3 大孔（0.8mm/1.2mm）+1080 固化片+不同的内层铜环结构

讨论：对于大孔来说，钻孔参数为第一主因子，第二为孔径，第三为内层铜环结构，三个因子占了总因子影响的75% 左右。

3.2.4 主因图和交互图

3.2.5 切片图

3.2.6 大孔（0.8mm/1.2mm）+2116 固化片+不同的内层铜环结构

主要原理分析：

1） 对于大孔，无功能拍的保留方式虽然会对孔粗造成一定的影响，但其孔形状的影响较小。基本上，每种条件的铜拍保留，其孔形状都是可以接受的。

2） 在加工孔的过程中，无论是大孔还是小孔，从加工厚铜到加工基材的切换过程中，其所受到的阻力差异都是存在的。为什么在加工0.8mm时，各种条件的铜拍保留方式对孔的形状影响较小？主要是因为钻孔过程中所受的阻力差异不足以对钻嘴的摆动产生较大的影响。0.8mm的钻嘴直径较大，且其转速较低，在钻孔的过程中所承受的摆动阻力较大。

四、测试结论

厚铜电源板内层铜环的结构对钻孔质量有直接的影响，通过优化设计，可以有效地改善此问题。

五、实际生产结果

将优化的设计运用到实际生产板以后，类似的孔壁缺陷问题没有重复出现。