PCB 드릴링은 PCB 제조에서 가장 비용이 많이 들고 시간이 많이 소요되는 공정입니다. 사소한 실수라도 심각한 손실로 이어질 수 있으므로 PCB 드릴링 공정은 신중하게 수행되어야 합니다. 드릴링 공정은 PCB 제조에서 가장 중요한 단계입니다. 비아와 여러 층 간의 상호 연결을 위한 기반을 형성하므로 드릴링 기술이 매우 중요합니다.PCB 드릴링 기술
PCB 드릴링 기술에는 주로 기계식 드릴링과 레이저 드릴링의 두 가지 유형이 있습니다.
기계식 드릴링은 정확도는 낮지만 실행이 쉽습니다. 이 드릴링 기법은 기계식 드릴 비트를 사용합니다. 이 드릴 비트로 생성할 수 있는 최소 구멍 크기는 약 6밀(0.006인치)입니다. 기계식 드릴링의 한계 FR4와 같은 연성 소재에 사용하는 경우 기계식 드릴은 약 800회 반복 사용할 수 있습니다. 밀도가 높은 소재의 경우 수명이 200회까지 단축될 수 있습니다. PCB 제조업체가 이러한 측면을 간과하면 잘못된 구멍이 생성되어 회로 기판이 파손될 수 있습니다.반면, 레이저 드릴링은 더 작은 구멍을 만들 수 있습니다. 레이저 드릴링은 공작물과 공구가 서로 접촉하지 않는 비접촉 공정입니다. 레이저 빔을 사용하여 회로 기판에서 재료를 제거하고 정밀한 구멍을 생성하여 드릴링 깊이를 손쉽게 제어할 수 있습니다. 레이저 기술은 깊이 조절이 가능한 비아를 쉽게 드릴링하여 최소 직경 2밀(0.002인치)의 구멍을 정밀하게 드릴링할 수 있도록 합니다. 레이저 드릴링의 한계 인쇄 회로 기판(PCB)은 서로 다른 광학적 특성을 가진 구리, 유리 섬유, 수지로 만들어져 레이저 빔이 회로 기판을 효과적으로 관통하는 데 어려움을 겪습니다. 이 경우 레이저 드릴링은 상대적으로 높은 비용도 발생합니다.PCB 드릴링 공정
PCB 엔지니어에게 회로 기판을 설계할 때 PCB 제조에 대한 이해는 필수적입니다. 이를 통해 PCB 설계의 제조 가능성과 신뢰성을 확보할 수 있습니다. 반대로, 설계 과정에서 제조 공정을 고려하면 비용을 절감하고 적시 제품 납품을 확보할 수 있습니다. 적층 공정 후, 다층 기판은 드릴링 머신의 배출 소재 패널에 장착됩니다. 배출 소재는 버(Burr)의 발생을 줄입니다. 버는 드릴링 축이 기판을 관통할 때 형성되는 구리 돌출부입니다. 이 패널 위에 더 많은 구리 층을 쌓고 조심스럽게 정렬합니다. 마지막으로, 전체 스택 위에 알루미늄 호일을 씌웁니다. 알루미늄 호일은 진입 버를 방지하고 드릴 비트의 빠른 회전으로 발생하는 열을 발산합니다. 필요한 개수의 구멍을 뚫은 후에는 회로 기판을 디버링 및 세척합니다. 드릴링 품질이 매우 중요하므로 공구의 형상을 고려해야 합니다. 고속도강(HSS)과 텅스텐 카바이드(WC)는 복합 소재 드릴링에 일반적으로 사용되는 드릴 비트 소재입니다. 유리섬유 강화 폴리머(GFRP) 가공 시, 경질 합금 공구를 사용하면 공구 수명이 더 길어질 수 있습니다. 경질 합금 드릴 비트는 일반적으로 PCB 드릴링에 사용됩니다.PCB 드릴 비트의 포인트 각도는 130°이고, 헬릭스 각도는 30°에서 35° 사이입니다. 포인트 각도는 드릴 비트 끝부분에 위치하며 가장 눈에 띄는 절삭날 사이에서 측정됩니다. 헬릭스 각도는 드릴 비트 측면의 교차점에서 발생하는 각도입니다.
CNC 드릴링 머신은 사전 프로그래밍된 컴퓨터 수치 제어(CNC) 머신입니다. 드릴링은 CNC 시스템에 입력된 XY 좌표를 기반으로 수행됩니다. 스핀들은 고속으로 회전하여 기판에 정밀한 드릴링을 보장합니다. 스핀들이 고속으로 회전함에 따라 구멍 벽과 스핀들 사이의 마찰로 인해 열이 발생하여 구멍 벽의 수지 성분이 녹아 수지 번짐이 발생합니다. 필요한 구멍을 드릴링하면 입구와 출구 패널이 폐기됩니다. 이는 작업장에서 이루어지는 사소한 작업입니다. 에칭 및 도금 공정과 달리 드릴링 공정에는 고정된 시간이 없습니다. 작업장의 드릴링 시간은 드릴링할 구멍의 양에 따라 달라집니다.
PCB 드릴링의 두 가지 중요한 측면
종횡비는 홀(비아) 내부에 구리를 효과적으로 도금할 수 있는 능력을 나타냅니다. 직경이 감소하고 깊이가 증가함에 따라 홀 내부에 구리를 도금하는 것은 어려운 작업이 됩니다. 이를 위해서는 액체가 작은 홀 내부로 흐를 수 있도록 균일한 도금 성능이 높은 전기 도금조가 필요합니다. 종횡비(AR) = (홀 깊이 / 드릴 직경) 비아의 종횡비는 10:1이고, 마이크로비아의 종횡비는 0.75:1입니다. 일반적으로 62ml PCB의 경우 최소 드릴 크기는 6밀(mil)입니다.구리-구리 간격은 드릴로 뚫은 구멍 가장자리와 가장 가까운 구리 피처 사이의 평면 간격입니다. 가장 가까운 구리 피처는 구리 트레이스 또는 기타 활성 구리 영역일 수 있습니다. 작은 편차라도 회로 중단으로 이어질 수 있으므로 이는 매우 중요한 요소입니다. 일반적인 구리 드릴 간격은 약 8밀입니다. 최소 간격 = 환형 링 폭 + 솔더 마스크 댐 간격PCB 드릴링의 분류
도금 관통 홀(PTH)은 신호를 전달하는 전도성 비아로, 회로 기판의 여러 층을 상호 연결할 수 있도록 합니다. PCB 조립 공정에서 부품을 안전하게 장착하는 데 사용됩니다. 비도금 관통 홀(NPTH)은 비전도성 홀입니다. 이러한 홀에는 허용 오차가 없으며, 홀 크기가 너무 크면 부품이 맞지 않습니다. PCB에 구멍을 뚫는 것은 높은 정밀도와 특정 설계 규칙을 준수해야 하는 까다로운 작업입니다.도금 관통 구멍(PTH)
완성된 구멍 크기(최소) = 0.006인치 환형 링 크기(최소) = 0.004인치 모서리 간 간격(다른 표면 특징에서)(최소) = 0.009인치비도금 관통 구멍(NPTH)
완성된 구멍 크기(최소) = 0.006인치 모서리 간 간격(다른 표면 기능에서)(최소) = 0.005인치PCB 드릴링 위험
반복적으로 사용하면 드릴링 도구가 마모되고 파손되기 쉬워 다음과 같은 문제가 발생합니다.드릴 비트가 원하는 지점에 닿지 않고 동일한 축을 따라 움직이면 정밀도가 저하됩니다. 드릴링 시 드리프트로 인해 구멍의 환형 링이 교차하거나 파손될 수 있습니다.거칠기는 구리 도금의 불균일성을 초래하여 기공 및 배럴 균열을 초래할 수 있습니다. 구리 도금 용액이 구멍 벽에 침투하여 절연 저항을 감소시킬 수 있습니다.드릴링 중 발생하는 열로 인해 회로 기판의 레진이 녹을 수 있습니다. 녹은 레진이 홀 벽에 달라붙어 레진 번짐을 유발합니다. 이로 인해 구리 도금 불량이 발생하고 비아와 회로 내부층 사이에 도통 불량이 발생합니다. 레진 잔여물은 화학 용액을 사용하여 제거합니다.버(Burr)는 다층 인쇄 회로 기판의 상단 및 하단 표면에서 발생하는, 구멍을 뚫은 후 구리가 불필요하게 튀어나오는 현상을 말합니다.부적절한 드릴링 조건으로 인해 구리 내부 층이 구부러져 도금이 고르지 않고 전도성 문제가 발생할 수 있습니다.PCB 층이 부분적으로 분리되는 현상을 박리라고 하며, 부적절한 드릴링으로 인해 박리가 발생할 수 있습니다.시정 조치
이는 구멍 벽에 쌓인 녹은 수지를 제거하는 데 사용되는 화학 공정입니다. 이 공정은 원치 않는 수지를 제거하고 비아를 통한 전도성을 향상시킵니다.이는 금속(구리)의 돌출된 끝부분(버)을 제거하는 기계적 공정입니다. 구멍 안에 남아 있는 파편은 디버링(디버링) 공정을 통해 제거한 후, 반복적인 세척 과정을 거칩니다.레이저 드릴링을 사용하면 이러한 현상을 방지할 수 있습니다. 앞서 언급했듯이 레이저 드릴링에서는 작업물과 공구가 접촉하지 않으므로 박리가 발생하지 않습니다.PCB 드릴링 기술
적절한 드릴링을 위한 드릴링 가이드 구멍
드릴링을 시작하기 전 첫 번째 단계는 가이드 홀을 만드는 것입니다. 이는 드릴 비트가 "이동"하는 것을 방지하기 위한 것입니다. 즉, 드릴 비트가 한 위치에서 드릴링을 시작한 후 예상치 못한 방향으로 움직이는 것을 방지하기 위한 것입니다. 가이드 홀은 작은 드릴 비트를 사용하여 수동으로 또는 드릴 프레스라는 도구를 사용하여 자동으로 만들 수 있습니다. 드릴 프레스를 사용하여 가이드 홀을 만드는 경우, 드릴 비트는 도구에서 하나씩 빼냅니다. 이 과정에 사용되는 드릴 비트의 수는 드릴링할 PCB의 크기에 따라 달라집니다. 예를 들어, 0.2mm 드릴 비트를 사용하면 네 개의 구멍 중 하나만 뚫을 수 있습니다. 이 과정에서는 일반적으로 각 드릴 비트를 제거할 때 PCB에 작은 금속 자국이 남습니다.각도로 드릴링하기 위해 수직 PCB 드릴 비트 사용
각도를 맞춰 드릴링하려면 특수 드릴 비트가 필요한데, 일반적으로 세트로 판매되며 크기가 다양합니다. 크기는 다음과 같습니다.
와이어 게이지 드릴 비트: 두께가 0.8~1mm인 와이어에 사용됩니다.
소형 드릴 비트: 평평하고 둥근 모양을 포함하여 두께 또는 직경이 0.7~2mm인 구멍에 적합합니다.
중간 드릴 비트: 이 유형은 일반적으로 평평하고 둥근 모양을 포함하여 두께 또는 직경이 2~10mm인 구멍을 뚫는 데 사용됩니다.
대형 드릴 비트: 이 드릴 비트는 5mm 이상의 구멍에 사용됩니다. 제조업체에 따라 평평하거나 원형일 수 있습니다.
올바른 크기의 드릴 비트를 사용하세요
PCB에 사용하는 드릴 비트는 적절한 크기를 사용하는 것이 중요합니다. 드릴 비트가 너무 크면 드릴링 시 회로 기판 내부 부품이 손상될 수 있습니다. 반면, 너무 작으면 뚫은 구멍을 통해 전선이 통과하지 못합니다.적절한 속도와 전력을 갖춘 드릴 비트 사용
드릴 비트의 출력과 속도는 금속 드릴링 효율을 결정합니다. 가장 일반적인 옵션은 다음과 같습니다.
고속 드릴 비트: 이 유형의 드릴 비트는 금속을 빠르고 효율적으로 뚫을 수 있지만, 한 번에 장시간 사용하면 문제가 발생할 수 있습니다.
고속 강철 드릴 비트: 이 유형은 대규모 드릴링 작업에 사용되며 두껍지 않은 여러 개의 PCB를 드릴링하는 데 적합합니다.
도금 드릴 비트: 이 드릴 비트는 회로 기판 드릴링 및 도금 공정은 물론 두꺼운 판에 드릴링하거나 고주파 공기 망치와 함께 사용하는 데 사용됩니다.
드릴링 머신 사용
가장 정밀한 구멍을 뚫는 데는 드릴링 머신이 최선의 선택입니다. 드릴링 효율은 핸드헬드 드릴보다 최소 4배 높으며, 일반적으로 업계 표준 드릴 비트를 사용합니다.드릴링 머신의 작동 이해
드릴링 머신은 비용과 성능에 따라 다르지만, 모두 금속에 적절한 압력을 가하여 드릴링합니다. 가해지는 압력이 클수록 드릴링 속도가 빨라집니다. "크로스 드릴링", "플런지 드릴링", "환기구", "챔퍼 드릴링" 등 다양한 드릴링 유형이 있습니다. 가장 많이 사용되는 드릴링 머신 유형은 수직 패널(특정 각도로 금속판에 드릴링)입니다. 이 유형을 사용할 때는 드릴 비트가 위를 향하고 PCB의 구멍과 각도가 일치하는지 확인하십시오.드릴링 머신을 사용하여 PCB 드릴링
드릴링 머신은 PCB 드릴링의 모든 단계, 특히 정밀한 드릴링이 필요한 경우에 사용할 수 있습니다. 드릴링 머신을 설치하는 데 시간이 다소 걸리지만, 올바르게 사용하면 훌륭한 결과를 얻을 수 있습니다.구멍을 뚫을 때는 조심하세요
적절한 도구와 재료 없이 회로 기판에 구멍을 뚫는 것은 어려울 수 있습니다. 구멍을 뚫을 때는 시간을 충분히 갖고 인내심을 가지십시오. 서두르면 회로 기판이 손상될 수 있습니다. 드릴링 속도는 너무 빠르거나 너무 느리지 않도록 항상 주의하십시오. 또한, 드릴링 중에는 시력 보호를 위해 보안경을 착용하는 것이 필수적입니다.드릴 비트 사용 후 PCB 청소
회로 기판 드릴링이 완료되면 브러시와 용제를 사용하여 구멍을 청소해야 합니다. 용제는 드릴링 과정에서 PCB에 발생할 수 있는 금속 파편을 제거하여, 작업 완료 후 회로 기판을 효과적으로 사용할 수 있도록 합니다.드릴 구멍에 솔더 적용
PCB 드릴링 공정을 완료한 후에는 새 구멍에 납을 바르고 작은 팁이 달린 납땜 인두를 사용하여 녹여야 합니다. 납이 제대로 접착되도록 하려면 구멍 중 하나에 전선을 통과시켜 가열해야 합니다. 이렇게 하면 납이 구멍 밖으로 흘러내리는 것을 방지할 수 있습니다. 그런 다음 조심스럽게 눌러 단단히 연결되도록 합니다. 적절한 드릴 비트를 사용하여 드릴링하거나 슬로팅할 때 PCB에 작은 이물질이나 칩이 없는지 확인하십시오. 드릴 비트에 이물질이나 칩이 발견되면 드릴링 공정 중 문제가 발생하여 원치 않는 결과가 발생할 수 있습니다. PCB 드릴링과 관련하여 작업이 올바르게 수행되면 드릴 비트가 손상되지 않고 완료될 수 있습니다. 그러나 기계 작동 중 기계 부품이 드릴 비트와 접촉하면 드릴 비트가 손상될 수 있습니다.DFM PCB 드릴링 검증 기술:
- 드릴 비트 마모를 방지하려면 종횡비를 최소한으로 유지해야 합니다.
- 드릴 크기가 늘어날수록 제조업체에서 사용해야 하는 드릴 비트의 수도 늘어납니다. 반대로, 드릴 구멍 크기의 종류를 줄이면 드릴링 시간이 단축됩니다.
- 드릴 구멍 유형(PTH/NPTH)을 정의했는지 확인하세요.
- 드릴 파일과 공장 인쇄본 사이의 드릴 구멍 위치/치수를 검증합니다.
- 0.006인치보다 작은 닫힌 구멍은 처리해야 합니다.
- 구리 층의 드릴 구멍과 기타 기능이 회로 기판 윤곽선 밖에 있는 경우 도금 관통 구멍(PTH) 크기를 줄여 최소 종횡비(A/R) 요구 사항을 충족합니다.
- 허용 오차가 +/- 0.002인치 미만인 도금 관통 구멍(PTH)과 허용 오차가 +/- 0.001인치인 비도금 관통 구멍(NPTH)의 경우, 드릴 파일에서 누락된 NPTH 드릴 구멍/슬롯 또는 노치 위치에 대한 호를 제조 도면에 표시합니다.
- 드릴 구멍에 납땜을 추가합니다.
- 정확한 드릴링을 위해 정밀 드릴 프레스를 사용하세요.
- 드릴링 후 PCB를 청소합니다.
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