Během mechanického vrtání desek plošných spojů musí jeden mikrovrták nepřetržitě pronikat do několika materiálů, včetně měděné fólie, pryskyřice, skleněných vláken a funkčních plniv. Ačkoli se proces může zdát, že zahrnuje pouze opakované vrtání, břity mikrovrtáku jsou neustále vystaveny abrazivnímu opotřebení od tvrdých částic, třecímu teplu a cyklickému mechanickému zatížení.
S tím, jak se výroba desek plošných spojů (PCB) neustále vyvíjí směrem k vyšší hustotě obvodů, většímu počtu vrstev a jemnějším geometriím, se průměry vrtaných otvorů stále zmenšují. Zároveň se stále častěji používají obtížně obrobitelné lamináty, včetně materiálů s vysokým Tg a vysokým obsahem plniva. Zejména pokud průměr mikrovrtáku klesne pod 0,1 mm, kladou se mnohem přísnější požadavky na pevnost hrotu vrtáku, odolnost břitu proti opotřebení, odvádění třísek a celkovou stabilitu při vrtání.
Jakmile dojde k významnému opotřebení, jeho dopad se projeví i po zkrácení životnosti nástroje. Může také vést ke zvýšené drsnosti stěny otvoru, vzniku otřepů na vstupu a výstupu, snížené konzistenci průměru otvoru a dokonce i ke zlomení vrtáku.
Zlepšení odolnosti mikrovrtaček proti opotřebení a snížení tření prostřednictvím povrchových povlaků se proto stává důležitým technickým přístupem ke zvýšení kvality vrtání desek plošných spojů.
1. Opotřebení mikrovrtáků ovlivňuje více než jen životnost nástroje
Lamináty desek plošných spojů se obvykle skládají z měděné fólie, pryskyřice, skleněných vláken a různých funkčních plniv. Během vysokorychlostního vrtání musí mikrovrták opakovaně prořezávat materiály s podstatně odlišnými mechanickými a tepelnými vlastnostmi. Skleněná vlákna a některá tvrdá plniva neustále způsobují abrazivní opotřebení hrotu vrtáku a řezných hran, zatímco pryskyřice může v důsledku kombinovaného působení tření a řezného tepla ulpět na hrotu vrtáku nebo na spirálových drážkách, což nepříznivě ovlivňuje následný odvod třísek.
S rostoucím počtem vyvrtaných otvorů se břity mikrovrtáku postupně otupují. Axiální tlak potřebný k proniknutí laminátem se odpovídajícím způsobem zvyšuje, zatímco tření a vývoj tepla se mohou dále zesílit. Za těchto podmínek se řezná síla na měděné fólii, pryskyřici a skleněných vláknech postupně zhoršuje, což má za následek spíše stlačování, oděr nebo trhání než čisté odstraňování materiálu. To může zvýšit drsnost stěn otvoru, způsobit výraznější vstupní a výstupní otřepy a snížit konzistenci průměru otvoru. U desek plošných spojů s jemnými liniemi a desek s vysokou hustotou propojení (HDI) mohou tyto vady také zvýšit obtížnost následné metalizace otvorů a kontroly kvality.
Kromě toho, čím menší je průměr mikrovrtáku, tím omezenější je kapacita jeho šroubovitých drážek pro ukládání třísek. Pokud se třísky hromadí nebo pryskyřice ulpívá na hrotu vrtáku, břitech nebo drážkách pro ukládání třísek, může odpor při vrtání výrazně kolísat. V kombinaci s opotřebením mikrovrtáku, házivostí vřetena nebo nevhodnými parametry vrtání se může zvýšit ohybové a torzní zatížení působící na mikrovrták, čímž se zvyšuje riziko vychýlení a zlomení vrtáku.
2. Jak mikrovrtáky zlepšují vrtání desek plošných spojů?
Na mikrovrtáky pro desky plošných spojů lze nanášet tvrdé povlaky, jako jsou ta-C, AlTiN, AlCrN a CrN. Mezi těmito materiály kombinuje tetraedrický amorfní uhlík neboli ta-C vysokou tvrdost s nízkým koeficientem tření, což pomáhá snižovat opotřebení břitu a odpor při vrtání a zároveň chrání špičku vrtáku a břity. V praktických aplikacích povlaky mikrovrtáků zlepšují výkon vrtání, zejména zpožděním opotřebení břitu, snížením tření a odporu proti odvodu třísek a stabilizací kvality otvoru.
Vysoce tvrdé povlaky snižují přímý kontakt mezi skleněnými vlákny, tvrdými plnivy a substrátem ze slinutého karbidu. To pomáhá zpomalit opotřebení hrotu vrtáku, primárních řezných hran a okrajů, což umožňuje mikrovrtáku udržet si relativně stabilní stav řezné hrany po větší počet vrtacích cyklů.
Povlaky s nízkým třením pomáhají snižovat tření mezi mikrovrtákem, laminátem desky plošných spojů a generovanými třískami. Mohou také snižovat tendenci třísek a pryskyřice ulpívat na hrotu vrtáku a spirálových drážkách, čímž vytvářejí příznivější povrchové podmínky pro odvádění třísek.
Pokud je míra opotřebení břitů efektivně kontrolována, lze snížit odchylky ve stavu břitu během různých fází obrábění. To pomáhá zlepšit kvalitu stěny otvoru a konzistenci průměru otvoru a zároveň omezuje tvorbu vstupních a výstupních otřepů.
Povlaky však nemohou zcela eliminovat lom vrtáku. Selhání vrtáku souvisí také s průměrem mikrovrtáku, typem laminátu, výškou vrstvy, stavem vřetena a parametry vrtání. Zpomalením opotřebení, snížením tření a zlepšením odvádění třísek může správně navržený povlak snížit abnormální řezné zatížení a následně snížit riziko lomu vrtáku.
3. Menší mikrovrtačky vyžadují přesnější procesy povlakování
Ve srovnání s konvenčními řeznými nástroji mají mikrovrtáky do desek plošných spojů mnohem menší rozměry a jemnější geometrii hrotu vrtáku a břitu. Proto se povlaky mikrovrtáků nemohou zaměřit pouze na dosažení vysoké tvrdosti. Tloušťka filmu, kvalita povrchu a adheze povlaku k substrátu musí být také pečlivě kontrolovány.
Pokud je povlak příliš tenký, jeho ochrana proti abrazivnímu opotřebení nemusí být dostatečná. Pokud je příliš silný, může změnit mikroskopický profil břitu a způsobit zaoblení nebo otupení hran. Čím menší je průměr mikrovrtáku, tím citlivější je jeho řezný výkon na tloušťku povlaku.
Konvenční katodické obloukové navařování může také generovat makročástice. Pokud se tyto makročástice usazují v blízkosti hrotu vrtáku, řezné hrany nebo okraje, mohou zvýšit drsnost povrchu povlaku a zhoršit ostrost řezné hrany. U ultrajemných mikrovrtáků s průměrem pod 0,1 mm mohou mít částice stejné absolutní velikosti mnohem větší relativní vliv na geometrii řezu.
Mikrovrtáky také obsahují složité trojrozměrné prvky, včetně hrotu vrtáku, řezných hran, okrajů a spirálových drážek pro odvod třísek. Během dávkového povlakování je proto nutné komplexně optimalizovat konstrukci upínacího přípravku, hustotu zatížení a pohyb substrátu, aby se dosáhlo dostatečného pokrytí povlakem v různých funkčních oblastech a zároveň se zachovala konzistence mezi jednotlivými mikrovrtáky.
4. Řešení Zhenhua pro vakuové mikrovrtáky na deskách plošných spojů – systém tvrdého povlakování FMA0605
Aby systém Zhenhua Vacuum FMA0605 pro tvrdé povlakování splňoval požadavky na výkon a kvalitu povrchu mikrovrtaček a dalších přesných řezných nástrojů, využívá technologii magnetického filtrování katodického oblouku. Tato technologie filtruje makročástice generované během katodického obloukového nanášení, což umožňuje povlakům ta-C dosáhnout jak efektivního nanášení, tak optimalizovaného výkonu povlaku.
Povlaky ta-C nanesené tímto systémem mohou dosáhnout průměrné tvrdosti až 63 GPa při zachování nízkých třecích charakteristik. Vysoká tvrdost pomáhá odolávat abrazivnímu opotřebení způsobenému skleněnými vlákny a tvrdými plnivy v laminátech desek plošných spojů. Nízký koeficient tření pomáhá snižovat odpor mezi mikrovrtákem, laminátem a třískami, a zároveň omezuje přilnavost třísek a vytváří příznivější povrchové podmínky pro kontinuální vrtání a odvádění třísek.
Kromě povlaků ta-C dokáže systém nanášet také povlaky odolné vůči vysokým teplotám a supertvrdé povlaky, jako jsou AlTiN, AlCrN, TiCrAlN, TiAlSiN a CrN. Tyto povlaky byly aplikovány na formy, řezné nástroje, razníky, automobilové součástky, písty a další výrobky odolné proti opotřebení.
5. Závěr
Vzhledem k tomu, že vrtání desek plošných spojů se neustále posouvá směrem k menším průměrům otvorů a vyšší přesnosti obrábění, hodnota povlaků pro mikrovrtačky se již neomezuje pouze na prodloužení životnosti nástroje. Ještě důležitější je, že povlaky pomáhají udržovat stav řezné hrany, zlepšují kvalitu otvorů a zvyšují stabilitu během nepřetržitého vrtání. Efektivní řešení povlakování musí komplexně zohledňovat tvrdost povlaku, třecí vlastnosti, tloušťku filmu, kvalitu povrchu a adhezi povlaku k substrátu a zároveň musí být přizpůsobeno specifikaci mikrovrtačky, typu laminátu desek plošných spojů a skutečným podmínkám vrtání.
Díky technologii magneticky filtrovaného katodického oblouku snižuje systém Zhenhua Vacuum FMA0605 pro tvrdé povlakování nepříznivé účinky makročástic generovaných obloukem na ultrajemné řezné hrany. Vysoce tvrdé povlaky ta-C s nízkým třením pomáhají zpomalit opotřebení mikrovrtů, stabilizovat kvalitu otvorů v deskách plošných spojů a snižovat riziko abnormálního zlomení vrtáku, čímž poskytují spolehlivou podporu zařízení pro vývoj procesů povlakování mikrovrtů v deskách plošných spojů a velkoobjemovou výrobu.
-Tento článek byl publikovánvýrobce zařízení pro vakuové lakováníZhenhua Vakuum
Čas zveřejnění: 25. července 2026