Počas mechanického vŕtania dosiek plošných spojov musí jeden mikrovrták nepretržite prenikať do viacerých materiálov vrátane medenej fólie, živice, sklenených vlákien a funkčných plnív. Hoci sa môže zdať, že proces zahŕňa iba opakované vŕtanie, rezné hrany mikrovrtáka sú neustále vystavené abrazívnemu opotrebovaniu od tvrdých častíc, trecieho tepla a cyklického mechanického zaťaženia.
S neustálym vývojom výroby dosiek plošných spojov smerom k vyššej hustote obvodov, väčšiemu počtu vrstiev a jemnejším geometriám sa priemery vŕtaných otvorov čoraz zmenšujú. Zároveň sa čoraz častejšie používajú ťažko obrábateľné lamináty vrátane materiálov s vysokým obsahom Tg a plniva. Najmä ak priemer mikrovrtáka klesne pod 0,1 mm, kladú sa oveľa prísnejšie požiadavky na pevnosť hrotu vrtáka, odolnosť reznej hrany proti opotrebovaniu, odvádzanie triesok a celkovú stabilitu vŕtania.
Keď dôjde k výraznému opotrebeniu, tento vplyv presahuje skrátenú životnosť nástroja. Môže tiež viesť k zvýšenej drsnosti stien otvoru, vzniku otrepov na vstupe a výstupe, zníženej konzistencii priemeru otvoru a dokonca aj k zlomeniu vrtáka.
Zlepšenie odolnosti mikrovrtákov proti opotrebovaniu a zníženie trenia prostredníctvom povrchových povlakov sa preto stáva dôležitým technickým prístupom k zvýšeniu kvality vŕtania dosiek plošných spojov.
1. Opotrebenie mikrovrtákov ovplyvňuje viac než len životnosť nástroja
Lamináty z dosiek plošných spojov sa vo všeobecnosti skladajú z medenej fólie, živice, sklenených vlákien a rôznych funkčných plnív. Počas vysokorýchlostného vŕtania musí mikrovŕtačka opakovane rezať materiály s podstatne odlišnými mechanickými a tepelnými vlastnosťami. Sklenené vlákna a niektoré tvrdé plnivá neustále spôsobujú abrazívne opotrebovanie hrotu vrtáka a rezných hrán, zatiaľ čo živica môže priľnúť k hrotu vrtáka alebo k špirálovým drážkam v dôsledku kombinovaného trenia a rezného tepla, čo nepriaznivo ovplyvňuje následný odvádzanie triesok.
S rastúcim počtom vyvŕtaných otvorov sa rezné hrany mikrovrtáka postupne otupujú. Axiálny tlak potrebný na preniknutie do laminátu sa zodpovedajúcim spôsobom zvyšuje, zatiaľ čo trenie a vývoj tepla sa môžu ďalej zintenzívniť. Za týchto podmienok sa rezná činnosť medenej fólie, živice a sklenených vlákien postupne zhoršuje, čo vedie k stlačeniu, škrabaniu alebo trhaniu namiesto čistého odoberania materiálu. To môže zvýšiť drsnosť stien otvoru, spôsobiť výraznejšie vstupné a výstupné otrepy a znížiť konzistentnosť priemeru otvoru. V prípade dosiek plošných spojov s jemnými čiarami a dosiek s vysokou hustotou prepojení alebo HDI môžu tieto defekty tiež zvýšiť náročnosť následnej metalizácie otvorov a kontroly kvality.
Okrem toho, čím menší je priemer mikrovrtáka, tým obmedzenejšia je kapacita jeho špirálových drážok na ukladanie triesok. Keď sa triesky hromadia alebo živica priľne k hrotu vrtáka, rezným hranám alebo drážkam na triesky, odpor pri vŕtaní môže výrazne kolísať. V kombinácii s opotrebovaním mikrovrtáka, hádzaním vretena alebo nevhodnými parametrami vŕtania sa môže zvýšiť ohybové a torzné zaťaženie pôsobiace na mikrovrták, čím sa zvyšuje riziko vychýlenia a zlomenia vrtáka.
2. Ako mikrovrtákové povlaky zlepšujú vŕtanie dosiek plošných spojov?
Tvrdé povlaky, ako napríklad ta-C, AlTiN, AlCrN a CrN, je možné nanášať na mikrovrtáky dosiek plošných spojov. Spomedzi týchto materiálov tetraedrický amorfný uhlík alebo ta-C kombinuje vysokú tvrdosť s nízkym koeficientom trenia, čo pomáha znižovať opotrebovanie reznej hrany a odpor pri vŕtaní a zároveň chráni hrot vrtáka a rezné hrany. V praktických aplikáciách povlaky mikrovrtákov zlepšujú výkon vŕtania najmä oddialením opotrebovania reznej hrany, znížením trenia a odporu pri odvádzaní triesok a stabilizáciou kvality otvoru.
Vysoko tvrdé povlaky znižujú priamy kontakt medzi sklenenými vláknami, tvrdými plnivami a substrátom zo spekaného karbidu. To pomáha spomaliť opotrebovanie hrotu vrtáka, primárnych rezných hrán a okrajov, čo umožňuje mikrovrtáku udržiavať relatívne stabilný stav reznej hrany počas väčšieho počtu vŕtacích cyklov.
Povlaky s nízkym trením pomáhajú znižovať trenie medzi mikrovrtákom, laminátom dosky plošných spojov a generovanými trieskami. Môžu tiež znižovať tendenciu triesok a živice priľnúť k hrotu vrtáka a špirálovým drážkam, čím vytvárajú priaznivejšie povrchové podmienky pre odvádzanie triesok.
Keď je miera opotrebovania rezných hrán efektívne kontrolovaná, je možné znížiť zmeny stavu reznej hrany počas rôznych fáz obrábania. To pomáha zlepšiť kvalitu steny otvoru a konzistentnosť priemeru otvoru a zároveň obmedzuje tvorbu vstupných a výstupných otrepov.
Povlaky však nedokážu úplne eliminovať zlomenie vrtáka. Zlyhanie vrtáka súvisí aj s priemerom mikrovrtáka, typom laminátu, výškou vrstvy, stavom vretena a parametrami vŕtania. Spomalením opotrebenia, znížením trenia a zlepšením odvádzania triesok môže správne navrhnutý povlak znížiť abnormálne rezné zaťaženie a následne znížiť riziko zlomenia vrtáka.
3. Menšie mikrovrtáky vyžadujú presnejšie procesy povlakovania.
V porovnaní s konvenčnými reznými nástrojmi majú mikrovrtáky do dosiek plošných spojov oveľa menšie rozmery a jemnejšiu geometriu hrotu vrtáka a reznej hrany. Preto sa povlaky mikrovrtákov nemôžu zamerať výlučne na dosiahnutie vysokej tvrdosti. Hrúbka filmu, kvalita povrchu a priľnavosť povlaku k substrátu sa musia tiež starostlivo kontrolovať.
Ak je povlak príliš tenký, jeho ochrana pred abrazívnym opotrebením môže byť nedostatočná. Ak je príliš hrubý, môže zmeniť mikroskopický profil reznej hrany a spôsobiť jej zaoblenie alebo otupenie. Čím menší je priemer mikrovrtáka, tým citlivejší je jeho rezný výkon na hrúbku povlaku.
Konvenčné katódové oblúkové nanášanie môže tiež generovať makročastice. Ak sa tieto makročastice usadia v blízkosti hrotu vrtáka, reznej hrany alebo okraja, môžu zvýšiť drsnosť povrchu povlaku a zhoršiť ostrosť reznej hrany. Pri ultrajemných mikrovrtákoch s priemerom menším ako 0,1 mm môžu mať častice rovnakej absolútnej veľkosti oveľa väčší relatívny vplyv na geometriu rezu.
Mikrovrtáky tiež obsahujú zložité trojrozmerné prvky vrátane hrotu vrtáka, rezných hrán, okrajov a špirálových drážok na odvod triesok. Počas dávkového nanášania povlaku je preto potrebné komplexne optimalizovať návrh upínacieho prípravku, hustotu nanášania a pohyb substrátu, aby sa dosiahlo dostatočné pokrytie povlakom v rôznych funkčných oblastiach a zároveň sa zachovala konzistencia medzi jednotlivými mikrovrtákmi.
4. Riešenie Zhenhua pre vákuové mikrovŕtanie PCB – systém tvrdého povlakovania FMA0605
Aby sa splnili požiadavky na výkon povlaku a kvalitu povrchu mikrovrtákov a iných presných rezných nástrojov, systém na nanášanie tvrdých povlakov Zhenhua Vacuum FMA0605 využíva technológiu magnetického filtrovania katódovým oblúkom. Táto technológia filtruje makročastice generované počas nanášania katódovým oblúkom, čo umožňuje povlakom ta-C dosiahnuť efektívne nanášanie aj optimalizovaný výkon povlaku.
Povlaky ta-C nanesené týmto systémom môžu dosiahnuť priemernú tvrdosť až 63 GPa pri zachovaní nízkych triacich vlastností. Vysoká tvrdosť pomáha odolávať abrazívnemu opotrebovaniu spôsobenému sklenenými vláknami a tvrdými plnivami v laminátoch plošných spojov. Nízky koeficient trenia pomáha znižovať odpor medzi mikrovrtákom, laminátom a trieskami, pričom obmedzuje priľnavosť triesok a vytvára priaznivejšie povrchové podmienky pre kontinuálne vŕtanie a odvádzanie triesok.
Okrem povlakov ta-C dokáže systém nanášať aj povlaky odolné voči vysokým teplotám a supertvrdé povlaky, ako napríklad AlTiN, AlCrN, TiCrAlN, TiAlSiN a CrN. Tieto povlaky sa nanášajú na formy, rezné nástroje, razníky, automobilové súčiastky, piesty a iné výrobky odolné voči opotrebeniu.
5. Záver
Keďže vŕtanie dosiek plošných spojov sa neustále mení smerom k menším priemerom otvorov a vyššej presnosti obrábania, hodnota povlakov mikrovrtákov sa už neobmedzuje len na predĺženie životnosti nástroja. A čo je dôležitejšie, povlaky pomáhajú udržiavať stav reznej hrany, zlepšujú kvalitu otvorov a zvyšujú stabilitu počas kontinuálneho vŕtania. Účinné riešenie povlakovania musí komplexne zohľadňovať tvrdosť povlaku, trecie vlastnosti, hrúbku filmu, kvalitu povrchu a priľnavosť povlaku k substrátu a zároveň musí byť prispôsobené špecifikácii mikrovrtáka, typu laminátu dosiek plošných spojov a skutočným podmienkam vŕtania.
Vďaka technológii magnetického filtrovaného katódového oblúka znižuje systém tvrdého povlakovania Zhenhua Vacuum FMA0605 nepriaznivé účinky makročastíc generovaných oblúkom na ultrajemné rezné hrany. Vysoko tvrdé povlaky ta-C s nízkym trením pomáhajú oddialiť opotrebovanie mikrovrtákov, stabilizovať kvalitu otvorov v doskách plošných spojov a znižujú riziko abnormálneho zlomenia vrtáka, čím poskytujú spoľahlivú podporu zariadení pre vývoj procesov povlakovania mikrovrtákov v doskách plošných spojov a veľkoobjemovú výrobu.
-Tento článok bol publikovaný spoločnosťouvýrobca zariadení na vákuové nanášanieVákuum Zhenhua
Čas uverejnenia: 25. júla 2026