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介绍目前应用最广泛的三种PCB微孔加工技术(机械钻孔、CO2激光钻孔、UV激光钻孔)的特点、现状和未来发展趋势。
关键词 | PCB；微孔加工；机械钻孔；CO2激光钻孔；UV激光钻孔
一、引言
PCB中孔的主要作用是实现层间互连或安装元件。PCB业界常以导通与否把孔分为电镀孔、非电镀孔两类；以板钻透与否把孔分为通孔、盲孔、埋孔。
PCB业界采用过的成孔方式有：机械钻孔、机械冲孔、激光钻孔、光致成孔、化学蚀刻、等离子蚀孔、射流喷砂、导电柱穿孔、绝缘置换、导电粘接片等，应用相对比较广泛和成熟的成孔技术有：机械钻孔和激光钻孔(CO2激光和UV激光)。
就目前PCB的技术发展状况而言，孔径在0.25mm及以下可称其为微孔。对于微孔钻孔，目前常用的方法有机械钻孔、CO2激光钻孔、UV激光 钻孔三种(一般孔径在0.1mm及以上的通孔多采用机械钻孔，0.1mm及以下的盲孔多采用激光钻孔)。本文主要介绍这三种钻微孔技术。
二、机械钻微孔技术
机械钻孔的主要特点有：属高速机械加工(最高转速达到35万转/分)，孔形(如孔壁粗糙度一般控制在≤30μm)、孔径(如孔径公差一般控制在≤+10μm/-40μm)和孔位(如孔位精度一般控制在≤±50μm)质量要求高。机械钻孔示意图见下图所示。
2.1 物料
机械钻微孔用到的主要物料有：钻头(又名钻刀、钻针、钻嘴)、盖板(又名面板)、垫板(又名底板)。
2.1.1 钻头
钻头是机械钻孔过程中用到的切削刀具。PCB用钻头，一般采用钨钴类合金(属硬质合金材料)制造。该合金以碳化钨(WC)粉末(90~94%)为基体，以钴(Co)(6~10%)为粘结剂，经高温、高压烧结而成，具有高硬度(主要来自WC)和高耐磨性。
微孔钻头的发展趋向是WC颗粒度由目前的0.3~0.2μm向纳米级减小，结构上由双排屑改为单排屑，钻尖角度加大等，以提高抗扭矩力，提高韧性，保证刚性的要求。
目前，PCB常用微孔钻头直径规格一般有0.1、0.15、0.2和0.25mm四种(也有0.05mm和0.075mm，但实际量产应用较少，见图3所示)；钻头柄径一般多采用Φ2.0mm，也有采用Φ3.175mm(常规钻头柄径一般都为Φ3.175mm）；钻头刃部多为UC型(对钻头刃部进行修磨，以减少棱刃与孔壁的摩擦)；为了分散微孔钻头的应力集中现象，一般在钻头柄部与刃部之间加入了缓冲段，做成阶梯式，见图4所示。
在加工微孔时需要关注的参数主要有以下5个：
(1)转速/切削速度
转速：每分钟主轴旋转的圈数；切削速度：每分钟切削距离
(2)进刀速度/进刀量
进刀速度：每分钟主轴下降的距离；进刀量：主轴每旋转一圈所钻入的距离
(3)退回速度退回速度：每分钟主轴提升的距离
(4)叠板数
影响叠板数的因素有：板层数、板厚、最小钻孔孔径、孔位公差要求、内层铜厚、孔环等，主要需要关注板层数、板厚、最小钻孔孔径。
（5)钻头状态
钻头状态包括钻头的研磨次数和钻孔数。随着微孔钻头的研磨次数增加，钻孔质量将逐渐变差，故钻孔数需要减少。由于微孔钻头比较难研磨(特别是0.1和0.15mm的钻头)，故PCB厂家业界一般使用一次就报废处理(可以通过调整钻孔参数增加钻孔数)。
三、激光钻微孔技术
激光钻孔兴起的主要原因有：PCB密、薄、平的发展趋势(减少通孔增加盲孔是提高密度的最有效方法)；采用机械钻孔无法快速、稳定量产微盲孔的加工等。
激光钻孔的主要特点有：属光学加工(用CO2激光或UV激光)，孔形(如孔壁粗糙度一般控制在≤18μm)、孔径(如孔径公差一般控制在≤±20μm)和孔位(如孔位精度一般控制在≤±20μm)质量要求高。
“激光钻孔”这个说法其实并不准确，准确说法应是“激光成孔”(主要是光学加工)，由于业界一般都称作“激光钻孔”，故本文也称作“激光钻孔”。
目前PCB业界常用的激光钻机有CO2和UV激光钻机两类，CO2激光钻机多为双轴双台面的机种(采用分时或分光的方式将一束激光变换成两束激光同时加工两块板子以提高加工效率)。
CO2激光钻孔的主要加工参数有：光束直径、脉冲宽度和脉冲数量；UV激光钻孔的主要加工参数有：光束移动速度和行走轨迹、圈数、激光频率和激光功率等(相对较为复杂)。
总之，对于机械钻孔，目前主要用于加工孔径在0.1mm及以上的微通孔。未来随着技术的发展(主要是机械钻机和钻头技术的进步)，钻孔速度和质量必将进一步提升；0.075mm甚至0.05mm的微通孔也可能能够批量生产；
对于CO2激光钻孔，目前主要用于加工孔径在0.15mm、0.125mm、0.1mm、0.075mm的微盲孔。未来随着技术的发展(主要是CO2激光器和光学系统技术的进步)，钻孔速度和钻孔质量必将进一步提升，0.05mm的微盲孔也可能能够批量生产；
对于UV激光钻孔，目前主要用于加工孔径在0.03~0.1mm的微盲孔。未来随着技术的发展(主要是UV激光器和光学系统技术的进步)，钻孔速度和钻孔质量必将进一步提升。
另外，由于机械钻孔、CO2激光钻孔和UV激光钻孔技术本身存在的极限以及它们加工的微孔经过层压后形成的都是传统意义上的增层技术，PCB业界一般认为这种增层法最多只能量产到5阶盲孔，如果需要继续增层则要采取其他的增层技术。目前业界出现的，应用较为广泛的增层技术有：B2it(Buried Bump interconnection technology，预埋凸块互连技术, 此为日本东芝公司最先开发的增层技术)、NMBI(Neo-Manhattan Bump Interconnection，新型立柱凸块互连技术，此为日本North Print 公司最先开发的增层技术)等，这些产生微孔的新颖方法必将为PCB产业开拓出更广大空间。
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