PCB 钻孔补偿那点事
没有优秀的个人,只有优秀的团队,在团队共同的协作下,PCB CAM自动化【net处理】与【钻孔处理】 第一阶段开发项完成了,,后续工作可以转向PCB规则引擎开发了。这里说说PCB工程钻孔补偿的那点事,身为一个PCB工程开发人员,有必要知其然,而且还要知其所以然,这里将钻孔补偿的知识点分享一下。
一.为什么对钻孔进行补偿?
客户来的PCB文件中的孔径一般指成品孔径,而PCB生产会在孔内镀上铜(或表面处理:喷锡,沉金,OSP,沉锡),这样一下来孔径就会缩小;为了满足成品孔径大小符合要求,工程CAM会进行钻孔补偿,进行孔径大小的校正.
实际例子:成品孔径是1.00mm,表面处理:沉金 (镍厚:2.54um,金厚:0.0254um),IPC标准II级(平均孔铜:20um),孔径按0.10mm补偿,那么工程会选取1.10mm钻刀钻孔
二.如何进行钻孔也补偿?
先得说说钻孔补偿3个关键参数【钻刀的进制】,【补偿值】,【进阶值】这3个参数决定了钻孔如何补偿了.
【钻刀的进制】---由公司采购钻刀决定,行业常规为50um进制
一般钻刀大小范围在:0.1mm到6.35mm之间,而常规钻刀最小相邻间隔是0.05mm,那么钻刀库钻刀为: 0.10mm,0.15mm,0.20mm,0.25mm 等等。。。。
【补偿值】---由工艺部结合工厂生产能力测试结果制定补偿值规则, 其实整个行业钻孔补偿值差了多少,大同小异
通常:喷锡板:补偿0.15mm, 非喷锡板(沉金,镀金,沉锡,OSP等):补偿:0.10mm.
【进阶值】---由工艺部结合工厂生产能力测试结果制定选取钻刀的策略.
进阶值类似四舍五入,比如:进制值按是20um,那么钻孔补偿后的余数是>=20um,则向上进50um,否则不进按0um 。
例如:成品孔径是:1.025mm,补偿值:0.10mm,钻孔补偿后是 :1.125mm,实际钻刀库中没有1.125mm,那得就得进阶值发挥作用了。
1.125mm余数为25um,此25um>20um,那么向上进50um,钻孔选取1.15mm
实际钻孔补偿例子:
选取钻刀大小的计算过程,将补偿后的钻孔,分解为整数部份与余数部份
1.125mm整数部份: 1.125 / 0.05 = 22.5 向下取整为22,接着 22*0.05 = 1.10mm
1.125mm余数部份 1.125 % 0.05 = 0.025mm
通过判断:余数部份是否大于20um,如果大于那么按 整数部份+0.05mm,否则按:整数部份+0mm.
【进阶值】小结:
当钻刀进制为50um 【进阶值】对于钻刀选取至关重要,因为这个值是对钻孔补偿的又一个钻刀尺寸效正,【进阶值】决定是钻刀是进还是舍,
【进阶值】变化也决定了钻刀大小也发生了变化,看看下面这个例子
上面例子可见【进阶值】直接决定了钻刀大小的选择, 那么【进阶值】设为多少合适也是一个研究的课题了
对【进阶值】设定多少合适的个人看法:
1.通过利蔽分析:假如钻孔补偿,导致PCB成品孔径尺寸大了或孔径尺寸小了,可以评估对客户插件哪个影响最大,
成品孔径尺寸大了至少还是可以插件的,如果孔径尺寸小了插元件器插不进去.
所以:【进阶值】一般定在20um,而不是25um,当然这也得跟据不同工艺决定补偿值决定,
2.钻孔【补偿值】: 拿喷锡板工艺来说,钻孔补偿值为0.15mm,其实这个补偿值是多补偿了,会导致成品孔径尺寸大一点
比如:1.0mm孔,钻刀:1.15mm,那么这个孔会比实际客户要求孔径大一点,
所以:当钻孔【补偿值】存在本身多补偿了,那么【进阶值】可以设在25um也没问题,就近取刀
三.如何保证钻孔补偿后成品孔径符合要求
方法1.采购特殊钻刀
PCB钻孔进制常规是50um,即相邻钻刀间隔0.05mm, 如1.00mm,1.05mm.1.10mm,1.15mm
一般PTH公差+/-3mil公差采用50um进制钻刀可以保障成品公差要求了,但孔径公差小于这个值时,可以采用特殊钻刀。
例1:50um与25um进制选刀对比
原始孔径 0.922mm 钻孔补偿 0.10mm,补偿后是1.022mm
差值对比 1.050-1.022 =0.028mm
1.025-1.022=0.003mm
差值越小;钻刀选取越合理,那么这里选用1.025mm最佳
例2:50um与特殊钻刀 选刀对比
原始孔径 0.611mm 钻孔补偿 0.10mm,补偿后是0.711mm
差值对比 0.700-0.711 =0.011mm
0.711-0.711 =0.000mm
差值越小;钻刀选取越合理,那么这里选用0.711mm最佳
方法2.工艺与设备改进
1.增加二次板镀,减少图镀时间,减少图形分布不均造成电镀厚度不均的影响
2.改负片直蚀工艺, 全部采用整板镀铜,减少图形分布不均造成电镀厚度不均的影响
3.电流密度减少,通常电流密度 19ASF,适当降低电流密度电镀效果越好,但电镀时间延长了
4.更新更先进的水平电镀线,常规的垂直电镀线对于高厚径比,表面或孔边缘铜厚比孔壁中心铜厚要厚.
方法3.工程CAM改进
1..独立孔区域钻孔,钻刀多补偿一个进制钻刀
独立区域,铜比较少,电镀时是高电流区域,镀上铜会比其它区域的铜会厚一些,就会导致孔小了
2.一边密集线路,而另一边稀疏线路(记得电源板经常这样设计), 稀疏的线路朝板内,而密集的线路朝板外, 进行倒扣拼板
整个PNL电镀时,越靠近PNL板边单位电流密度越大,所以越靠近板边镀上去的铜厚越多.
3. TOP与BOTTOM面 铜面积相差大,进行阴阳拼板.
对钻孔的影响会行成喇叭孔,当板厚与孔铜越厚时,孔侧面形状越明显,采用阴阳拼板改善两边铜面积分布不均
4.独立区域钻孔,当靠近板边或锣槽较近的,可以在板边或锣槽中心,铺抢电铜皮或抢电铜PAD
独立区域钻孔会孔铜越厚,孔会变小, 允许的情况下周边增加铜皮或PAD,可以减少独立区域的高电流.
四.钻孔要补偿多少,如何得出来的.
经过测试结果评估得出来的,看一组钻孔补偿后,在经过各工序后;钻孔大小变化(报告摘自百度文库)
工艺流程:
工艺参数:
测试PNL数量与切边位置:
钻孔后---孔径变化:
图形电镀后---孔铜变化:
图形电镀后---孔径变化:
喷锡后---孔径变化:
孔径变化情况:
可以测试结果得出结论:
喷锡板钻孔补偿:0.15mm,是多补偿了,会导致成品孔径偏大一点,所以最佳补偿因该是补偿0.125mm
五.钻孔补偿代码实现.
1.补偿值与进阶值规则:
2.特殊刀径(公差小于3mil 采用特殊刀径与25um进制刀径,就近取刀原则)
List<double> ContainDrillToolList = new List<double>();
ContainDrillToolList.AddRange(new double[] { , , , , , , , });
3.补偿钻孔代码
/// <summary>
/// 通过钻孔补偿参数计算钻孔刀径
/// </summary>
/// <param name="ToolInfo"></param>
/// <param name="UpParam"></param>
///<param name="ContainDrillToolList"></param>
/// <returns></returns>
public static int getDrillUpSize(Mod_tool ToolInfo, gToolUpParam UpParam, List<double> ContainDrillToolList)
{
if (ContainDrillToolList == null) ContainDrillToolList = new List<double>();
gToolUpParamHole UpParamHole = new G_Helper.gToolUpParamHole();
switch (ToolInfo.type)
{
case "via":
UpParamHole = UpParam.Via;
break;
case "plate":
UpParamHole = UpParam.Pth;
break;
case "nplate":
UpParamHole = UpParam.Npth;
break;
}
ToolInfo.max_tol = Math.Round(UpParamHole.Max_Tol, );
ToolInfo.min_tol = Math.Round(UpParamHole.Min_Tol, );
if (ToolInfo.finish_size < )
{
ToolInfo.finish_size = ToolInfo.drill_size;
}
double DrillSlotLevel = (ToolInfo.shape == "slot") ? UpParam.SlotLevel : UpParam.DrillLevel; //钻孔阶级距 圆孔有2类阶级25 50 槽孔有一类阶级:50
double UpLevel;
if (UpParam.DrillLevel > ) //进制为50时,不取特殊钻刀
{
ContainDrillToolList = new List<double>();
UpLevel = UpParamHole.UpLevel;
}
else
{
UpLevel = UpParam.DrillLevel * 0.5; //通过进制的一半取刀
} double Drillfinish_size = ToolInfo.finish_size + (ToolInfo.max_tol - ToolInfo.min_tol) * 0.5; //上限下限公差平分
int DrillLevelCount = (int)(Math.Floor((Drillfinish_size + UpParamHole.UpVal) / DrillSlotLevel)); //孔阶数
double DrillsizeInt = DrillLevelCount * DrillSlotLevel; //化整钻孔
double DrillsizeFloat = (Drillfinish_size + UpParamHole.UpVal) % DrillSlotLevel;//余数钻孔
double DrillsizeLevel = (DrillsizeFloat > UpLevel) ? DrillSlotLevel : ;//余数是否进舍
//包含特殊钻刀
int ContainDrillIndex = ContainDrillToolList.FindIndex(tt => (int)(Math.Floor(tt / DrillSlotLevel)) == DrillLevelCount);
if (ContainDrillIndex > -)
{
double ContainDrillFloat = ContainDrillToolList[ContainDrillIndex] % DrillSlotLevel;//特殊钻孔--余数钻孔
if (DrillsizeFloat > UpLevel) // 38 > 20
{
double diff1 = Math.Abs(DrillsizeFloat - DrillSlotLevel); //40-50
double diff2 = Math.Abs(DrillsizeFloat - ContainDrillFloat); //40-38
DrillsizeLevel = (diff1 < diff2) ? DrillSlotLevel : ContainDrillFloat;
}
else //if (ContainDrillFloat < UpLevel)
{
double diff1 = Math.Abs(DrillsizeFloat - ); //12-0
double diff2 = Math.Abs(DrillsizeFloat - ContainDrillFloat); //12-16
DrillsizeLevel = (diff1 < diff2) ? : ContainDrillFloat;
}
}
ToolInfo.drill_size = DrillsizeInt + DrillsizeLevel; double DiffDrillSizeUp = ToolInfo.drill_size - ToolInfo.finish_size;
if (ToolInfo.shape == "slot") //槽长补偿
{
if (UpParam.isSlotUpLevel) //槽长是否进制化
{
Drillfinish_size = ToolInfo.slot_len + (ToolInfo.max_tol - ToolInfo.min_tol) * 0.5; //上限下限公差平分
DrillLevelCount = (int)(Math.Floor((Drillfinish_size + UpParamHole.UpVal + UpParam.SlotLengthUp) / DrillSlotLevel)); //孔阶数
DrillsizeInt = DrillLevelCount * DrillSlotLevel; //化整钻孔 50
DrillsizeFloat = (Drillfinish_size + UpParamHole.UpVal + UpParam.SlotLengthUp) % DrillSlotLevel;//余数钻孔
DrillsizeLevel = (DrillsizeFloat > UpParamHole.UpLevel) ? DrillSlotLevel : ;//余数是否进舍
ToolInfo.slot_len = DrillsizeInt + DrillsizeLevel;
}
else
{
DrillsizeInt = Math.Floor((ToolInfo.slot_len + DiffDrillSizeUp) / ) * ; //化整钻孔 10
ToolInfo.slot_len = DrillsizeInt;
}
ToolInfo.drill_size += UpParam.SlotEndNumber; //Slot槽分刀 加尾数
}
ToolInfo.bit = Math.Round((ToolInfo.drill_size * 0.001), ).ToString();
return ;
}
public class gToolUpParam
{
/// <summary>
/// VIA孔补偿值参数
/// </summary>
public gToolUpParamHole Via { get; set; } = new gToolUpParamHole();
/// <summary>
/// PTH孔补偿值参数
/// </summary>
public gToolUpParamHole Pth { get; set; } = new gToolUpParamHole();
/// <summary>
/// NPTH孔补偿值参数
/// </summary>
public gToolUpParamHole Npth { get; set; } = new gToolUpParamHole();
/// <summary>
/// 钻孔阶级距
/// </summary>
public double DrillLevel { get; set; } = ;
/// <summary>
/// Slot槽孔阶级距
/// </summary>
public double SlotLevel { get; set; } = ;
/// <summary>
/// Slot槽尾数(用于分刀)
/// </summary>
public int SlotEndNumber { get; set; } = ;
/// <summary>
/// Slot槽多补偿值(微米)
/// </summary>
public double SlotLengthUp { get; set; } = ;
/// <summary>
/// Slot槽长是否进制化
/// </summary>
public bool isSlotUpLevel { get; set; } = false;
}
public class gToolUpParamHole
{
/// <summary>
/// 补偿值(微米)
/// </summary>
public double UpVal { get; set; } = ;
/// <summary>
/// 进制(微米)
/// </summary>
public double UpLevel { get; set; } = ;
/// <summary>
///正公差(微米)
/// </summary>
public double Max_Tol { get; set; } = ;
/// <summary>
/// 负公差(微米)
/// </summary>
public double Min_Tol { get; set; } = ; } /// <summary>
/// Mod_layer 层类型
/// </summary>
public class Mod_tool
{
public int num { get; set; }
public double finish_size { get; set; }
public double drill_size { get; set; }
public string bit { get; set; } = "";
public double slot_len { get; set; }
public double min_tol { get; set; }
public double max_tol { get; set; }
public int count { get; set; }
public string shape { get; set; }
/// <summary>
/// via 改via non_plated 改nplate plated 改plate
/// </summary>
public string type { get; set; }
public string type2 { get; set; }
}
六.为什么钻孔补偿和板厚有关呢
这个问题之前我也没明白,主要是因为高【厚径比】会导致孔中心的孔铜薄一些,而孔边缘铜厚厚一些,会形成如下图片所示效果,
要计算出【厚径比】需要板厚这个值,所以板厚也参与到了,钻孔补偿的规则中来了,当高【厚径比】(如12:1)的钻孔补偿会多补偿一些.
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