대부분의 PCB 드릴링 가이드는 비아와 스루홀의 차이점을 알려주고 거기서 멈춥니다. 이는 귀하의 보드가 초도품 검사를 통과했는지 여부를 실제로 결정하는 정보가 아닙니다. 결정하는 것은 최소 구멍 크기가 보드 두께와 구리 무게에 대해 현실적인지 여부, 종횡비로 인해 도금 화학 물질이 실제로 구멍 바닥에 도달할 수 있는지 여부, 그리고 팹의 위치 정확도가 이를 달성할 수 있는지 여부입니다. 20단 Stack-up을 통해 등록을 진행합니다. 이 가이드에서는 대부분의 제품이 정량화되지 않는 보드 두께 및 구리 무게와 관련된 구멍 크기 제약 조건과 다음 제조 도면에 직접 적용할 수 있는 결함 방지 프레임워크를 포함하여 프로세스 엔지니어의 책상에서 PCB 드릴링을 다룹니다.

PCB 드릴링이 실제로 수행하는 작업 및 제조에서 가장 위험한 단계인 이유

PCB 드릴링은 레이어를 연결하는 비아, 구성 요소 리드를 장착하는 스루홀, 보드를 섀시에 장착하는 기계적 구멍 등 보드에 모든 구멍을 만듭니다. 이는 적층 후에 발생합니다. 즉, 경도와 열적 특성이 완전히 다른 세 가지 재료인 경화된 구리, 수지 및 유리 섬유를 동시에 통해 모든 구멍을 뚫습니다.

이러한 조합으로 인해 드릴링으로 인해 PCB 스크랩이 불균형하게 발생하게 됩니다. 구리 라우팅의 설계 오류는 종종 제조 전에 재작업되거나 포착될 수 있습니다. 드릴링 결함, 비아 내부의 수지 번짐, 금이 간 배럴, 12층 스택의 6층에 있는 잘못 등록된 구멍은 일반적으로 보드가 이미 비용을 대부분 달성했을 때 도금, 단면 또는 전기 테스트 후에만 발견됩니다.

PCB 드릴링 방법: 기계식 드릴링과 레이저 드릴링

오늘날 사용되는 생산 드릴링 방법에는 두 가지가 있으며, 둘 중 어느 것이 더 나은지에 대한 선택은 아닙니다. 실제로 필요한 구멍 크기와 깊이가 중요합니다.

기계적 드릴링은 일반적으로 60,000~160,000RPM으로 회전하는 회전식 카바이드 드릴 비트를 사용하여 패널을 물리적으로 절단합니다. 이는 표준 관통 구멍의 기본 방법이며 특정 보드에 있는 대부분의 구멍을 담당합니다. 왜냐하면 두꺼운 패널을 경제적으로 드릴할 수 있는 유일한 방법이기 때문입니다.

레이저 드릴링은 CO2 또는 UV 레이저를 사용하여 물리적 접촉 없이 재료를 기화하며 HDI 설계의 마이크로비아에만 거의 사용됩니다. 전체 보드 두께를 경제적으로 뚫을 수는 없습니다. 실제 범위는 한두 층 깊이에 도달하는 블라인드 비아입니다.

올바르게 지정해야 하는 PCB 구멍 유형

제작 도면에 구멍 분류를 올바르게 적용하면 다른 단일 라인 항목보다 더 많은 재작업을 방지할 수 있습니다.

전기적 기능별:

· 도금 스루홀(PTH):구멍 벽은 구리로 도금되어 있으며 층 사이에 전기적 연결을 전달합니다.

· 비도금 스루홀(NPTH):벽은 노출되어 있으며 장착, 툴링 또는 기계적 고정에만 사용됩니다. 드릴 파일에 이를 혼합하여 도금이 필요한 것처럼 NPTH를 보내는 것은 팹 도면에서 가장 흔하고 비용이 많이 드는 문서 오류 중 하나입니다.

깊이별:

· 관통 구멍:보드 전체를 통과합니다.

· 블라인드를 통해:외부 레이어에서 시작하여 통과하지 않고 내부 레이어에서 멈춥니다.

· 다음을 통해 매장됨:내부 레이어만 연결하고 외부 표면에는 전혀 도달하지 않습니다.

· 마이크로비아:HDI 스택업에서 인접한 레이어를 연결하는 작은 직경의 블라인드 비아는 거의 항상 레이저로 드릴링됩니다.

팹 도면에서 알아야 할 기능적 구멍: 백 드릴 구멍(고속 레이어의 신호 반사를 자르기 위해 사용되지 않은 비아 스터브를 제거하는 제어된 깊이 재드릴), 기준 또는 툴링 구멍(비도금, 프로세스를 통해 패널을 등록하는 데 사용됨), 단면 및 임피던스 검증을 위한 쿠폰 구멍. 이들 중 어느 것도 신호를 전달하지 않지만, 잘못 입력하면 전체 패널 제작이 지연됩니다.

아무도 테이블에 넣지 않는 구멍 크기 규칙: 보드 두께와 구리 무게가 최소 드릴 크기를 변경하는 방법

대부분의 PCB 드릴링 가이드가 부족한 부분이 바로 이 부분이며, 설계자가 DFM 검토에서 가장 많은 시간을 낭비하는 부분입니다. 사양 시트의 최소 구멍 크기는 고정된 숫자가 아닙니다. 종횡비는 도금 화학이 실제로 채울 수 있는 범위 내에 있어야 하기 때문에 보드 두께와 구리 무게에 따라 확장됩니다.

잘 갖추어진 공장의 현재 기계적 드릴링 기능을 반영하는 작업 규칙: 표준 기계식 스루홀은 직경이 약 0.15mm에서 최대 6.3mm이며 일반적인 마감 홀 공차는 약 ±0.08mm입니다. 그러나 실제로는 세 가지 제약 조건이 일반적인 범위보다 우선합니다.

· 보드 두께 2.0mm 이상:최소 기계적 스루홀 직경은 약 0.3mm로 증가합니다. 2mm 이상의 패널에 0.15mm 구멍을 뚫으면 표준 도금조가 안정적으로 채울 수 있는 수준을 넘어서 종횡비가 증가하고 배럴 중간 지점에서 얇거나 빈 구리가 생성됩니다.

· 2온스 구리 보드:보드 두께가 1.2mm에 도달하면 최소 비아 크기는 최대 약 0.25mm로 이동합니다. 더 무거운 구리 도금이 효과적인 홀 직경 감소에 비례적으로 더 많이 추가되고 도금 중에 전류 밀도가 균등하게 분배되는 방식을 변경하기 때문입니다.

· 3온스(무거운 구리) 보드:2.0mm 이상의 두께에서는 같은 이유로 실제 최소 비아가 증폭되어 약 0.3mm로 증가합니다.

스택업이 전력 공급을 위해 무거운 구리를 사용하고 동일한 보드에서 신호 탈출을 위한 작은 비아도 지정하는 경우, 팹에 플래그를 지정한 후가 아니라 드릴 테이블을 마무리하기 전에 이 제약 조건을 확인하십시오. 이것은 무거운 구리 다층 작업에서 볼 수 있는 DFM 홀드의 가장 일반적인 단일 소스입니다.

마이크로비아 작업의 경우 현재 레이저 드릴링 기능은 약 0.1mm에 이르며 1차 및 2차 HDI 적층 블라인드 및 매립 구조, 수지 플러그 충진, 약 18미크론 이상의 균일성을 유지하는 홀-벽 구리 도금을 지원하며 이는 조밀하고 얇은 보드의 BGA 탈출 라우팅에 직접적으로 중요합니다.

PCBgogo에서는 이 두께에 따른 스케일링이 설계자가 파악하도록 남겨두지 않고 DFM 검사에 직접 내장됩니다. 표준 기계적 드릴링은 ±0.08mm의 마감 구멍 공차로 0.15mm ~ 6.3mm를 덮고, HDI 마이크로비아용 레이저 드릴링은 레진 플러그형 블라인드 및 매립 구조와 최소 18미크론으로 유지되는 구멍벽 구리를 사용하여 0.1mm까지 내려갑니다. 위의 두께 및 구리 중량 제약 조건은 자동으로 확인됩니다. 생산이 시작되기 전에 제출된 스택업에 대해

종횡비 및 드릴-구리 클리어런스: 도금 수율을 결정하는 두 가지 숫자

종횡비보드 두께를 완성된 구멍 직경으로 나눈 값입니다. 0.2mm 구멍이 있는 1.6mm 보드의 종횡비는 8:1입니다. 실용적인 천장으로서 기계식 관통 구멍은 약 10:1까지 합리적으로 잘 유지됩니다. 그 외에도 도금 용액은 배럴 중앙에서 충분히 빠르게 교환하기 위해 고군분투하며 일반적으로 보드가 이미 전기 테스트에 실패한 후에 단면에만 나타나는 얇은 구리 또는 보이드를 얻습니다.

드릴-구리 클리어런스드릴된 구멍의 가장자리에서 연결되지 않는 가장 가까운 구리 피처까지의 거리입니다. 너무 꽉 조이면 도금 중에 파손되거나 단락될 위험이 있습니다. 너무 관대하면 잃을 필요도 없는 보드 공간을 낭비하게 됩니다. 일반적으로 사용되는 최소값은 약 0.2mm(8mil)이며 필요한 환형 링과 솔더 마스크 댐 간극으로 구성되지만, 팹의 경우 고급 HDI 프로세스에서 더 엄격한 값을 달성할 수 있습니다. 등록 허용 오차는 이를 지원합니다. 교과서적인 수치를 가정하기보다는 팹에서 실제로 달성할 수 있는 수치를 물어보세요. 이는 기계적 드릴링과 레이저 드릴링 마이크로비아 프로세스 사이에서 가장 많이 달라지는 값 중 하나이기 때문입니다.

위치 정확도: 기능 시트의 숫자가 실제로 의미하는 것

±0.02mm 구멍 위치 정확도를 나열하는 기능 시트는 CNC 드릴링 플랫폼의 제어 시스템과 단일 축 위치 지정 정밀도에 의해 구동되는 패널 수준 위치 편차를 설명하며, 일반적으로 최신 FANUC 제어 드릴링 장비에서 ±0.005mm 범위에 있습니다. X 및 Y 이동과 레이어, 이미징 및 라미네이션 사이의 모든 정합 단계에서 단일 축 숫자가 합성됩니다. 이것이 바로 완성된 구멍이 완성된 이유입니다. 전체 다층 기판의 공차는 단일 축 사양보다 ±0.08mm에 더 가깝습니다.

설계에 대한 실제적 의미: 단단한 환형 링이나 미세 피치 BGA 팬아웃에서는 드릴의 광고 정확도에 맞춰 패드 크기를 조정하지 마십시오. 팹이 실제로 전체 패널에 걸쳐 유지하게 될 완성된 누적 허용 오차에 맞춰 크기를 조정하고 최상의 단일 축 수치가 처음부터 끝까지 적용된다고 가정하는 대신 DFM 검토에서 해당 수치를 확인합니다.

단계별: PCB 드릴링 공정 흐름

1.패널 준비.적층 패널은 상단에 입구 시트(일반적으로 입구 버를 줄이고 열을 발산하기 위한 알루미늄)와 아래에 백킹 보드를 쌓아서 출구 버를 줄이고 기계 베드를 보호합니다.

2.프로그램 로드 및 데이텀 설정.Gerber 및 드릴 파일에서 생성된 드릴 프로그램이 로드되고 패널이 기준 또는 툴링 구멍에 등록되므로 모든 후속 구멍은 원시 패널 가장자리가 아닌 고정 데이텀을 기준으로 배치됩니다.

3.테스트 드릴링.전체 패널을 적용하기 전에 소규모 샘플을 실행하여 구멍 크기, 위치 및 벽 품질을 확인합니다.

4.생산 드릴링.구멍은 구멍 등급에 따라 기계적으로 또는 레이저로 프로그램에 따라 절단되며, 사용 중인 재료의 드릴 비트 마모 수명에 맞춰 공구 변경이 예정되어 있습니다.

5.디스미어.기계적 드릴링으로 인한 열은 구멍 벽에 얇은 수지 층을 녹입니다. 화학적 디스미어 단계를 통해 이를 제거합니다. 이 단계를 건너뛰거나 단축하는 것은 도금 후 간헐적인 전도 실패의 가장 일반적인 원인 중 하나입니다.

6.디버링.드릴링 중 구멍 입구 및 출구에서 발생한 구리 버를 기계적으로 제거합니다.

7.점검.패널을 도금하기 전에 구멍 크기, 위치 및 벽 품질을 드릴 테이블과 비교하여 확인합니다.

일반적인 PCB 드릴링 결함과 실제로 이를 방지하는 방법

· 수지 얼룩.녹은 수지는 기계적 드릴링 중에 구멍 벽을 코팅하며, 디스미어에서 완전히 제거되지 않으면 내부 층의 구리-구리 연결을 차단합니다. 근본 원인은 일반적으로 과도한 드릴 속도 또는 너무 많은 마찰열을 생성하는 둔한 비트입니다. 해결책은 재료에 맞는 스핀들 속도 제어와 검증된 디스미어 주기이며, 사후에 더 공격적인 디스미어 해결 방법은 아닙니다.

· 네일헤딩.내부 층 구리는 드릴 압력으로 인해 구멍 가장자리에서 구부러지거나 변형되어 고르지 않게 도금되는 표면이 고르지 않게 됩니다. 이는 도금 검사 중에 종종 표면화되더라도 도금 라인 문제가 아니라 해당 층의 구리 중량에 대한 드릴 매개변수 불일치를 나타냅니다.

· 브레이크아웃.천공된 구멍은 의도한 구리 패드나 환형 링을 부분적으로 놓칠 정도로 이동합니다. 이는 거의 항상 드릴 비트 문제가 아닌 드릴링 자체의 업스트림 등록 또는 패널 이동 문제이므로 더 엄격한 프로그램으로 다시 드릴해도 반복되는 문제가 해결되는 경우는 거의 없습니다.

· 배럴 균열.일반적으로 이미 한계 종횡비가 있거나 얇은 벽 도금이 있는 구멍에 작용하는 반복적인 리플로우 사이클로 인한 열 응력입니다. 이를 방지하는 것은 나중에 도금 두께를 추가하는 것이 아니라 종횡비를 10:1 가이드라인 이내로 유지하는 것부터 설계 단계부터 시작됩니다.

· 구멍 주변의 박리.과도한 드릴링 열 또는 열악한 입구/출구 지지 설정으로 인해 배럴 주위에서 국부적으로 레이어가 분리될 수 있습니다. 비접촉식 레이저 드릴링은 본질적으로 도달할 수 있는 구멍에 대한 이러한 실패 모드를 제거합니다. 이는 기계식 드릴링을 실제 크기 이하로 밀어넣는 대신 고가치 마이크로비아를 레이저 드릴링으로 라우팅하는 또 다른 이유입니다.

보드에 기계식, 레이저 및 백 드릴링 중에서 선택하는 방법

· 두꺼운 보드에서는 약 0.3mm, 얇은 보드에서는 0.15mm까지의 표준 스루홀 구성 요소 및 비아:기계적 드릴링, 완전 정지. 가격이 저렴하고 경제적으로 전체 패널 두께에 도달할 수 있는 유일한 방법입니다.

· HDI 스택업의 미세 피치 BGA 이스케이프 및 마이크로비아 상호 연결:레이저 드릴링. 조밀한 보드에서 실제 바닥 아래로 기계적 드릴링을 시도하는 것은 설계자가 브레이크아웃과 일관성 없는 도금으로 끝나는 방식입니다.

· 오랫동안 사용되지 않은 비아 스텁이 있는 고속 또는 고주파 레이어:백 드릴링. 기본 구멍을 도금한 후 제어된 깊이의 재드릴로 스터브를 제거하면 마감을 전환하거나 트레이스 형상만 조정하는 것이 아니라 실제로 신호 무결성이 향상됩니다.

· 최대 약 6.3mm의 대형 장착 또는 기계적 고정 구멍:NPTH 사양을 사용한 기계적 드릴링은 전기적 기능을 수행하지 않고 도금을 수행하므로 이점 없이 비용만 추가됩니다.

· 비원형 장착 단면 또는 카드 가장자리 슬롯:단일 원형 구멍이 아닌 CNC 밀링 또는 슬롯형 드릴 프로그램. 기계식 드릴이 원형 해석으로 기본 설정되는 것을 방지하기 위해 팹 도면에 명시적으로 지정됩니다.

DFM 체크리스트: 드릴 파일을 제출하기 전에 확인하세요

· 모든 구멍에는 드릴 파일의 PTH 또는 NPTH라는 태그가 명시적으로 지정되어 팹 도면과 일치합니다.

· 최소 비아 크기는 일반 사양 시트 최소값이 아닌 실제 보드 두께 및 구리 무게를 기준으로 확인됩니다.

· 가장 작고 가장 깊은 구멍의 종횡비는 기계식 비아의 경우 10:1 이하로 유지됩니다.

· 드릴-구리 간격은 대부분의 네트뿐만 아니라 보드의 모든 곳에서 환형 링과 솔더 마스크 댐 요구 사항을 충족하거나 초과합니다.

· 모든 고유한 드릴 크기에는 공구 변경 및 비용이 추가되므로 기능적으로 필요하지 않은 구멍 수 또는 크기 변형이 통합되었습니다.

· 백드릴 요구 사항이 있는 경우 암시적으로 남겨두지 않고 대상 스텁 길이로 호출됩니다.

· 기준 및 툴링 구멍은 템플릿에서 가정하지 않고 Fab의 명시된 요구 사항에 따라 배치되고 크기가 결정됩니다.

결론

PCB 드릴링은 생산 6주차에 실패한 단면 문제를 해결하기 전까지는 간단한 기계적 단계처럼 보입니다. 실제로 중요한 변수인 종횡비, 드릴과 구리 간 간격 및 대부분의 사양 시트에서 제외되는 두께에 따른 최소 구멍 크기는 첫 번째 제품 검사가 보류된 후가 아니라 드릴 파일이 최종적으로 완료되기 전에 공장에 확인할 가치가 있는 변수입니다.

자주 묻는 질문

PCB 제조업체가 드릴링할 수 있는 가장 작은 구멍은 무엇입니까?

기계적 드릴링은 일반적으로 표준 생산에서 약 0.15mm에 도달하지만 보드 두께와 구리 무게로 인해 더 두껍거나 무거운 구리 보드에서는 해당 바닥이 더 높아집니다. HDI 마이크로비아용 레이저 드릴링은 고급 공정에서 약 0.1mm 이하로 더 작아집니다.

보드 두께에 따라 최소 비아 크기가 변경되는 이유는 무엇입니까?

구멍 깊이와 직경의 비율인 종횡비는 도금 화학 물질이 실제로 균일하게 채워질 수 있는 범위 내에 있어야 하기 때문입니다. 1mm 보드에 있는 미세한 구멍은 동일한 직경의 2mm 보드에 안정적인 도금을 위해 크기를 줄일 수 있습니다.

비아와 스루홀의 차이점은 무엇입니까?

비아는 층을 전기적으로 연결하는데만 사용되는 도금된 구멍입니다. 부품 리드를 보유하지 않습니다. 관통 구멍 부품 구멍은 레이어를 연결하고 부품 리드를 기계적으로 고정하는 두 가지 작업을 동시에 수행합니다.

PCB 드릴링으로 인해 박리가 발생합니까?

이는 일반적으로 기계적 드릴링 중 과도한 드릴링 열 또는 열악한 입구 및 백킹 시트 설정으로 인해 발생할 수 있습니다. 비접촉식 레이저 드릴링은 도달할 수 있는 구멍에 대한 이러한 실패 모드를 방지합니다.

한 제작자가 동일한 보드에서 기계적 드릴링과 레이저 드릴링을 모두 처리할 수 있습니까?

그렇습니다. 표준 스루홀과 HDI 마이크로비아 섹션을 결합한 보드인 혼합 설계의 경우 두 공급업체에 분할하기보다는 단일 조정 작업으로 실행해야 합니다. PCBgogo는 동일한 생산 라인에서 두 프로세스를 모두 사내에서 실행하므로 사후에 정렬된 두 개의 별도 패널에 의존하는 대신 기계적으로 드릴링된 섹션과 레이저 드릴링된 섹션 간의 등록을 일관되게 유지합니다.