Σχετικά με την αντιστάθμιση PCB Drill

Δεν υπάρχουν σπουδαία άτομα, μόνο σπουδαίες ομάδες. Με την ομάδα να συνεργάζεται, το πρώτο στάδιο του έργου αυτοματοποίησης PCB CAM για την καθαρός χειρισμός και χειρισμός τρυπανιών έχει τελειώσει. Στη συνέχεια, μπορούμε να προχωρήσουμε στη μηχανή κανόνων PCB. Εδώ θα μιλήσω για την αντιστάθμιση τρυπανιών στη μηχανική PCB. Ως προγραμματιστής μηχανικών PCB, θα πρέπει να γνωρίζετε τι είναι και γιατί λειτουργεί. Μοιράζομαι τα βασικά σημεία σχετικά με την αντιστάθμιση τρυπανιών παρακάτω.

---

1. Γιατί αντισταθμίζουμε τα μεγέθη τρυπανιών;

Τα μεγέθη των οπών στα αρχεία PCB που δίνει ο πελάτης συνήθως σημαίνουν το final μέγεθος τρύπας. Κατά τη διάρκεια της παραγωγής PCB, ο χαλκός επιχαλκώνεται στο εσωτερικό των οπών (ή οι οπές αποκτούν ένα επιφανειακό φινίρισμα όπως HASL, ENIG, OSP κ.λπ.). Αυτό καθιστά την οπή μικρότερη. Για να βεβαιωθείτε ότι το τελικό μέγεθος της οπής ανταποκρίνεται στην απαίτηση, το βήμα CAM διορθώνει το μέγεθος του τρυπανιού. Αυτό είναι η αντιστάθμιση τρυπανιού.

Πραγματικό παράδειγμα:
Τελικό μέγεθος οπής: 1,00 mm. Φινίρισμα επιφάνειας: ENIG (πάχος νικελίου 2,54 µm, πάχος χρυσού 0,0254 µm). Ακολουθήστε την κατηγορία IPC II και το μέσο πάχος επιχαλκωμένου χαλκού είναι 20 µm. Αν χρησιμοποιήσουμε 0,10 mm ως τιμή αποζημίωσης, η ομάδα CAM θα επιλέξει μια 1,10 mm τρυπάνι.

---

2. Πώς κάνουμε την αποζημίωση των γεωτρήσεων;

Πρώτον, να είστε σαφείς σχετικά με τις τρεις βασικές παραμέτρους για την αποζημίωση των γεωτρήσεων:
(1) Προσαύξηση του τρυπανιού,
(2) Αξία αποζημίωσης,
(3) Κατώτατο όριο ανύψωσης (τιμή εκ των προτέρων).
Αυτά τα τρία καθορίζουν τον τρόπο εφαρμογής της αποζημίωσης.

1) Αύξηση του τρυπανιού

Αυτό εξαρτάται από τα τρυπάνια που αγοράζει η εταιρεία. Η κοινή προσαύξηση στον κλάδο είναι 50 μm. Τυπικά μεγέθη τρυπανιών κυμαίνονται από 0,10 mm στο 6,35 mm. Το συνηθισμένο μικρότερο βήμα μεταξύ των τρυπανιών είναι 0,05 mm. Έτσι, η βιβλιοθήκη τρυπανιών έχει μεγέθη όπως 0,10 mm, 0,15 mm, 0,20 mm, 0,25 mm, και ούτω καθεξής.

2) Αξία αποζημίωσης

Η ομάδα διεργασιών καθορίζει τους κανόνες αποζημίωσης με βάση τα αποτελέσματα των εργοστασιακών δοκιμών. Οι τιμές αντιστάθμισης δεν διαφέρουν πολύ σε ολόκληρο τον κλάδο. Κοινοί κανόνες:

• Πλακέτες με HASL (τενεκεδένιο σπρέι): αντισταθμίστε 0,15 mm.

• Πλακέτες χωρίς HASL (ENIG, κασσίτερος εμβάπτισης, OSP κ.λπ.): αντισταθμίστε 0,10 mm.

3) Κατώτατο όριο ανύψωσης (τιμή εκ των προτέρων)

Η ομάδα διεργασιών καθορίζει επίσης τη στρατηγική για την επιλογή του τρυπανιού, παρόμοια με έναν κανόνα στρογγυλοποίησης. Για παράδειγμα, όταν η προσαύξηση είναι 20 µm, εάν το υπόλοιπο μετά τη διαίρεση με την προσαύξηση είναι ≥ 20 µm, στρογγυλοποιείτε προς τα πάνω κατά 50 μm- διαφορετικά διατηρείτε το μικρότερο μέγεθος.

Παράδειγμα:
Τελικό μέγεθος οπής = 1,025 mm, αποζημίωση = 0,10 mm, οπότε αντισταθμισμένο μέγεθος = 1,125 mm. Αλλά δεν υπάρχει 1,125 mm άσκηση στη βιβλιοθήκη. Χρησιμοποιήστε τον κανόνα step-up. Το υπόλοιπο των 1,125 mm σε σύγκριση με το βήμα των 0,05 mm είναι 25 µm. Από τη στιγμή που το 25 µm > 20 µm, στρογγυλοποιήστε κατά 50 μm και επιλέξτε ένα 1,15 mm τρυπάνι.

---

Παραδείγματα αποζημίωσης πραγματικής διάτρησης

Υποθέστε: αύξηση τρυπανιού = 50 μm, κατώφλι ανύψωσης = 20 µm

Πώς να υπολογίσετε το επιλεγμένο μέγεθος τρυπανιού

Διαχωρίστε το αντισταθμισμένο μέγεθος οπής σε ένα ακέραιο μέρος και ένα υπόλοιπο μέρος χρησιμοποιώντας την προσαύξηση του τρυπανιού:

Πάρτε το 1,125 mm ως παράδειγμα:
1,125 / 0,05 = 22,5 → δάπεδο έως 22 → ακέραιο μέρος = 22 × 0,05 = 1,10 mm.
Υπόλοιπο = 1,125 % 0,05 = 0,025 mm.

Στη συνέχεια, συγκρίνετε το υπόλοιπο με το κατώτατο όριο αύξησης (για παράδειγμα, 20 μm):

• Εάν το υπόλοιπο > όριο, μέγεθος τρυπανιού = ακέραιο μέρος + 0,05 mm.

• Εάν το υπόλοιπο ≤ όριο, μέγεθος τρυπανιού = ακέραιο μέρος + 0,00 mm.

---

Σύνοψη σχετικά με το κατώτατο όριο step-up

Όταν η αύξηση του τρυπανιού είναι 50 μm, το κατώφλι ανύψωσης είναι κρίσιμο. Πραγματοποιεί μια δεύτερη διόρθωση του αντισταθμισμένου μεγέθους τρυπανιού. Αποφασίζει αν θα “ανέβει” ή θα “μείνει”. Η αλλαγή αυτού του κατωφλίου αλλάζει άμεσα το επιλεγμένο μέγεθος τρυπανιού.

Περισσότερα παραδείγματα (βήμα τρυπανιού = 50 μm):

---

Προσωπική άποψη σχετικά με τον καθορισμό του ορίου step-up

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα: Μετά την αντιστάθμιση, αν η τελική οπή είναι λίγο μεγαλύτερη, τουλάχιστον το εξάρτημα μπορεί να εισαχθεί. Εάν η οπή είναι πολύ μικρή, το εξάρτημα δεν μπορεί να εισαχθεί. Έτσι, συνήθως θέτουμε το κατώφλι αύξησης σε 20 µm αντί για 25 µm. Η ακριβής επιλογή θα πρέπει να ταιριάζει με κάθε διαδικασία και αξία αποζημίωσης.

Σε συνδυασμό με την αξία αποζημίωσης: Για πίνακες με HASL όπου η αποζημίωση είναι 0,15 mm, you already “over-compensate” a bit and the final holes tend to be slightly large. In that case, a step-up threshold of 25 µm can also work. Use the “nearest” rule when picking the drill.

---

3. How to ensure final hole size meets requirements after compensation?

Method 1: Buy special drill bits

Standard drill increment is 50 μm (0.05 mm steps like 1.00, 1.05, 1.10, 1.15 mm). With a PTH tolerance of ±3 mil, a 50 µm drill set can cover the tolerance. If the tolerance is smaller than that, use special drill bits.

Example 1 — Compare 50 µm vs 25 µm increments:
Original hole = 0.922 mm, αποζημίωση = 0,10 mm, compensated size = 1,022 mm.

Difference: 1.050 − 1.022 = 0.028 mm; 1.025 − 1.022 = 0.003 mm. The smaller difference is better, so 1,025 mm (25 µm increment) is better.

Example 2 — 50 µm vs special drill:
Original hole = 0.611 mm, αποζημίωση = 0,10 mm, compensated = 0.711 mm.

Difference: 0.700 − 0.711 = −0.011 mm; 0.711 − 0.711 = 0.000 mm. The smaller difference is better. So the 0.711 mm special drill is best.

Method 2: Improve process and equipment

• Add a second board plating step to reduce uneven thickness from pattern distribution.

• Use negative photo direct-etching and plate the whole board to reduce uneven copper thickness.

• Lower the current density (typical is 19 ASF); slightly lower current density can improve plating uniformity but will extend plating time.

• Upgrade to a horizontal plating line. Vertical plating lines often give thicker copper at the hole edge and thinner copper at the hole center for high aspect-ratio holes. A horizontal line can reduce that issue.

Method 3: Improve CAM strategies

• For holes in isolated copper areas, apply one extra increment compensation. Isolated areas have less copper, so during plating they get higher local current density and more copper thickness; extra compensation offsets that.

• For designs with dense traces on one side and sparse on the other (for example, a power board), place the sparse side inward and the dense side outward, and use reversed panelization. During panel plating, areas near the board edge get higher current density and thicker plating. Reversed panelization helps balance plating distribution.

• When TOP and BOTTOM copper area differ a lot, use positive/negative (yin-yang) paneling. Uneven copper area causes “bell-mouth” vias; the thicker the board and the more copper, the worse the effect; yin-yang paneling helps balance copper distribution.

• For isolated-area holes near the board edge or slots, add copper “pick-up” areas or copper pads near the edge or slot. Isolated holes can get too much plating thickness and become too small; extra copper near them reduces local current density and balances plating.

---

4. How much compensation is needed and how is it derived?

Compensation values come from process tests. Below is one set of measured hole size changes after various steps (data from a report):

Process flow: mechanical drilling → immersion copper → electroplating → pattern transfer → etch → AOI → wet film → HASL

Process parameters:

• Drill: drill bit size 0.95 mm, re-sharpen/regrind 3 times, drill compensation 0.15 mm;

• Plating: copper thickness ≥ 18 µm, average ≥ 20 µm;

• HASL: final hole requirement 0.80 mm, tolerance ±0.08 mm (3 mil);

• Test: 10 panels, corner trimmed, board thickness 2.0 mm.

Hole size changes by step

1) After drilling — hole sizes measured

• Total 1920 holes tested (10 panels, 384 holes each). Sample: 200 holes (20 per panel). Hole range: 0.93–0.94 mm, average 0.931 mm.
  (Then a long list of sampled values, mostly 0.93 or 0.94.)

2) After patterned plating — copper thickness

• For each panel, test 10 holes. Copper thickness range 18–31 µm, meeting ≥18 µm and average ≥20 µm.
  (Then many sample copper thickness values.)

3) After patterned plating — hole size

• Total 1920 holes, sample 200. Hole range: 0.84–0.88 mm, average 0.858 mm.
  (Then many sample values, mostly 0.85–0.88.)

4) After HASL — hole size

• Total 1920 holes, sample 200. Hole range: 0.82–0.86 mm, average 0.836 mm.
  (Then many sample values.)

Test summary

Conclusion: For HASL boards the drill compensation of 0,15 mm is an “over-compensation” and causes final holes to be larger. The best compensation value in this test is 0.125 mm.

---

5. Drill compensation code implementation (rules)

1. Compensation and step-up rules

2. Special drill sizes (if tolerance < 3 mil, use special drills or 25 µm increment, use nearest drill rule)