Тенденция создавать максимально компактные электронные устройства актуализирует использование переходных отверстий печатной платы в целях миниатюризации. Плотность расположения компонентов на плате настолько большая, что диаметр отверстий в печатной плате достигает минимально-возможных значений, 0.3, 0.2 мм.

Это предъявляет высокие требования к производству печатных плат и особенно к процессу сверления.

Подробнее об этом в нашей статье.

Свёрла для печатных плат – это высокоточный инструмент, который сильно отличается от обычных свёрл по металлу или дереву. Их особенности обусловлены материалами печатной платы (стеклотекстолит – абразивный материал, состоящий из эпоксидной смолы и стекловолокна) и требованиями к качеству отверстий.

Вот ключевые особенности свёрл для печатных плат:

1. Маленький диаметр.

Это самая очевидная особенность. Диаметры свёрл для печатных плат обычно находятся в диапазоне от 0.2 мм до 5.0 мм. Наиболее распространены свёрла диаметром 0.8 мм, 1.0 мм, 1.2 мм для сквозных отверстий под компоненты. Для микросхем в корпусах BGA и переходных отверстий (vias) используются свёрла диаметром 0.2-0.3 мм.
В «ЭЛЕКТРОконнект» используется ряд свёрл от 0.2 до 1.0 с шагом 0.05 мм и от 1.0 до 5.0 с шагом 0.1 мм.

2. Высокая точность и класс допуска.

Из-за маленьких диаметров к свёрлам предъявляются жёсткие требования по точности:

· Биение (runout) должно быть минимальным (обычно в пределах 2-5 микрон). Большое биение приводит к поломке сверла и браку.

· Калибровка диаметра очень строгая. Сверло диаметром 1,0 мм должно быть именно 1,0 мм, а не 0,98 или 1,02.

3. Материал изготовления.

· Цельное твердосплавное (WC - карбид вольфрама) тело - это основной материал для изготовления сверл. Твёрдый сплав необходим для обработки абразивного стекловолокна, которое быстро затупляет стальные свёрла.

· Покрытие.
Часто свёрла имеют износостойкое покрытие, такое как нитрид титана (TiN) или алмазоподобное углеродное покрытие (DLC). Покрытие увеличивает стойкость инструмента (количество отверстий до переточки) и уменьшает трение, облегчая отвод стружки.

4. Конструкция и геометрия.

· Угол заточки (Point Angle).
Стандартный угол для отверстий диаметром до 3,2 мкм – 130° или 140°. Более 3,2 мкм - угол 165°. Эти углы наклона оптимизированы для работы с композитными материалами и предотвращает «увод» сверла в начале сверления.

· Угол спирали (Helix Angle).
Обычно используется стандартная спираль (около 30°). Для некоторых материалов (например, с большим содержанием смолы) могут применяться свёрла с медленной спиралью для лучшего отвода липкой стружки.

· Подточка (Web).
Для уменьшения усилия резания и предотвращения смещения (увода) сверла на кончике делается специальная подточка (split-point или web-thinning).

5. Высокие скорости резания (обороты).

Из-за малого диаметра для достижения нормальной линейной скорости резания требуются очень высокие обороты шпинделя станка ЧПУ (Числовое Программное Управление).

· Типичные обороты: от 20 000 до 250 000 об/мин.

· Подача (скорость погружения).
Высокая скорость вращения сочетается с медленной подачей (порядка 5-60 мкм/оборот или 10-40 мм/сек в зависимости от диаметра отве6рстия и обрабатывающего материала). Это нужно для точного контроля процесса и предотвращения поломки.

6. Специфика охлаждения.

· Обычное воздушное охлаждение.
С помощью системы аспирации производится удаление стружки из отверстий и охлаждение инструмента.

· Подача СОЖ (смазочно-охлаждающей жидкости).
Используется реже, в основном на специализированных станках для серийного производства. Может подаваться через инструмент (through-coolant).

7. Одноразовость и переточка.

· Ограниченный ресурс
Одно сверло диаметром 0.3 мм может просверлить в среднем от 2000 до 6000 отверстий (зависит от качества сверла, материала печатной платы и режимов резания) до того, как потребует замены или переточки.

· Переточка.
Твердосплавные свёрла можно перетачивать (обычно 2-3 раза), но этот процесс требует специального высокоточного оборудования. Часто на производствах, особенно где критична гарантированная точность, используют свёрла как одноразовый инструмент.

8. Хранение и обращение.

Из-за хрупкости и малых размеров со сверлами обращаются крайне осторожно:

· Хранят в специальных кассетах или органайзерах, сортируя по диаметрам.

· Не допускают механических ударов и падений.

· Устанавливают в цангу с минимальным биением.

Итог в виде таблицы:

Вывод: Свёрла для печатных плат – это не просто «маленькие свёрла», а высокотехнологичный инструмент, разработанный для работы с конкретным абразивным материалом на высокоскоростном оборудовании с исключительной точностью. Их выбор и правильное использование критически важны для качества конечной электронной печатной платы.

С какой точностью изготавливаются свёрла для печатных плат.

Точность изготовления свёрл для печатных плат – это критически важный параметр, который измеряется в микронах (мкм). Она на порядки выше, чем у обычных свёрл.

Вот детальное уточнение по точности по ключевым параметрам:

1. Допуск на диаметр (Diameter Tolerance).

Это самый строгий параметр. Диаметр сверла должен идеально соответствовать заявленному, чтобы отверстие после последующего металлизации (осаждения меди внутрь отверстия) имело нужный конечный размер.

· Стандартный допуск для большинства производителей: ±5 микрон (±0.005 мм).

Пример: Сверло с номинальным диаметром 1.000 мм на самом деле будет иметь диаметр в диапазоне от 0.995 мм до 1.005 мм.

· Высокоточные свёрла (для профессионального использования): ±3 микрона (±0.003 мм) и даже ±2 микрона.

Такие допуски необходимы для печатных плат с очень плотным монтажом (HDI), где диаметр отверстия после металлизации должен быть гарантирован, например, 0,2 мм.

· Сверхвысокоточные свёрла (для специальных применений): могут иметь допуск ±1 микрон.

2. Биение (Runout) – радиальное биение режущей части

Биение – это «эксцентриситет», максимальное отклонение центра режущей кромки от оси вращения при повороте на 360°. Высокое биение приводит к:

· Поломке сверла (особенно тонкого).

· Получению отверстия большего диаметра, чем нужно.

· Некачественным стенкам отверстия (рваные края).

· Быстрому и неравномерному износу.

Требуемое полное биение (Total Indicator Runout - TIR) качественного сверла: ≤ 10 микрон (0.010 мм) на длине 3-4 мм от цанги.

Для высокоточных применений: ≤ 5 микрон.

Важно помнить, что общее биение в системе складывается из биения самого сверла, биения цанги (патрона) и биения шпинделя станка. Поэтому даже идеальное сверло не даст точного отверстия на плохом оборудовании.

3. Допуск на длину (Length Tolerance).

Менее значим, чем допуск на диаметр, но также контролируется.

Стандартный допуск: Обычно около ±0.1 мм.

4. Допуск на угол спирали и угол заточки (Geometry Tolerance).

Геометрия сверла (угол спирали, угол заточки) должна быть строго выдержана для обеспечения идентичного поведения всех сверел в партии.

· Допуск на угол заточки (130°/140°): Обычно ±2°.

· Допуск на угол спирали (~30°): Также ±2°.

Как достигается такая точность?

Производство: Свёрла изготавливаются на высокоточных шлифовальных станках с ЧПУ, где алмазные круги шлифуют твердый сплав.

Контроль.
Готовые свёрла на 100% проверяются на автоматических измерительных машинах (оптических или лазерных), которые измеряют диаметр, биение, длину и геометрию с точностью до субмикронного уровня.

Маркировка.
Каждое сверло (или кассета со сверлами) часто имеет маркировку с указанием фактического измеренного диаметра. Это позволяет оператору точно подобрать сверло для задач, где нужна максимальная точность конечного отверстия.

Сводная таблица по точности.

Вывод:

Точность изготовления сверл для ПП является микроскопической. Допуск в 5 микрон – это стандарт для этой индустрии. Для сравнения, диаметр человеческого волоса – около 50-100 микрон. Таким образом, точность сверла в 10 раз выше, чем толщина волоса. Это иллюстрирует уровень технологий, необходимых для производства современной электроники.

Больше о производстве печатных плат в «ЭЛЕКТРОконнект» здесь:

Сайт ТГ ВК Дзен Youtube Rutube