为什么我钻的孔无法与铜盘对齐？
更具体地说，为什么在厚PCB的钻出侧上孔的位置偏差都很大？
不论是给叠加PCB板钻孔还是给厚板钻孔，钻孔的原理都是基本相同的。当你在处理外层的时候你可能会注意到嵌板或堆叠板的钻出侧孔要比钻入侧孔的位置偏差要大得多。
随着设计更紧凑、环形圈尺寸缩小，这种位置偏差就变得越来越重要。这是个令人头疼的问题。几年前这种情况还勉强能够接受，可如今焊盘和间距都更窄，这种情况必须得到控制。
我记得当我还在工厂的设计部门工作时，我设计出一块板，在这块板的中央有一个高密度通孔连接器。这个PCB厚8.2 mm，钻孔直径为0.6 mm。我知道现在很多人能做到更大的板厚和纵横比，但在那个时候，我知道这会比较麻烦。孔距比较紧凑，因此内层焊盘会
非常小，所以想得到理想结果就必须确保钻出的孔位置正确。
我遇到的第一个问题是基础级别的——0.6 mm钻头上的钻槽不够长，无法达到PCB的钻出侧。我不得不给我的钻机供应商打电话寻求帮助。好多人在英国的业内人士都认识“暴风雨”Norman Fergusson——他是PCB行业的传奇人物，他也正是我的钻机供应商，在他给了我一些建议之后我提议请他喝杯咖啡以示感谢。他成功生产出了合适的长钻槽工具，为了让我能够最大限度地保持钻孔笔直，他还给了我一些关于钻机参数设置的建议。
在开始之前，我对钻孔部门进行了一次审查，基于之前的测试挑选出了最好的机器，我还带着新的压力脚垫片去了趟城里检查了所有压力脚的压力。我尽自己所能给现有设备提供最佳工作条件。
为了完成首批订单，我们制造嵌板并设法生产出了足够多的线路板，但我看到钻出侧出现了太多位置偏差，这让我们意识到处境十分危险。我们需要对工艺进行改进来获得合理的制程窗口。
我进行了大量钻头使用次数的实验，但最终并没有得出定论。对于超过6mm的嵌板，我们采用的是相当低标准的使用次数（600），而我进行的所有实验都表明直到使用次数高很多的时候位置偏差才会增加。将使用次数保持在一个较低值的主要原因是为了维持孔壁质量——随着钻头开始磨损，钻孔从顶端到底端的粗糙程度会越来越严重。
我还尝试了深孔循环——分几次钻孔，在每次完成后都将钻头完全抬起。同样没有发现位置偏差得到任何改善，但孔壁质量得到明显提高。在FR-4等级的材料上钻孔时，多次钻深孔在清理孔中切屑方面有明显优势，这样也能将温度保持在较低状态，从而延长钻头使用寿命。
当我们试验钻头参数时，终于发现了第一个真正能够改善位置的参数。我在钻孔之前延迟一会再进行操作（来自Fergusson先生的建议），仅仅增加20毫秒的延迟，就能得到显著的改善。我们当时使用的钻机已经非常老旧了，我都开始怀疑我们是不是对它太过苛求了。看到实验成果以后我很受鼓舞，打算继续尝试。我手里没有那次实验的测试数据，因
为那是我很久之前的工作了，而且那家公司已经倒闭十多年了。记忆中，我有时会见到高达12 thou[mil]或0.3mm的出口位置偏差。增加延迟时间能改善大概10%。我需要更明显的改善。我还试过更长的延迟时间，但是没有得到进一步改善。
接下来是盖板和垫板的材料测试。我用0.2mm的实心铝板作为盖板，用三聚氰胺贴面纤维板作为垫板，那时有很多产品都声称是可以提升位置准确性的。我使用的各种材料都没有测得任何改善之处。也许用双密度铝板（顶端软底端硬）会有微小的差别。我不是在假设这些材料不好，我只是认为我的原始材料非常好。我使用的所有垫板的材料性能都很好，但是除了价格之外，它们并没有什么太大的差别。
周五下午，我坐在办公桌前，幡然醒悟。我做过很多关于钻出位置的测量，也做过相当多钻入位置准确性的测量。但是到目前为止我对钻入数据没有多少研究。我之前一直觉得它比较无趣，因为它的价值要低很多。它们向来非常接近预期位置——和钻出侧的位置偏差完全不同。当我将钻入位置叠加在同一排孔的钻出位置时，我终于明白了！如果钻入时偏
离了一点点，那么它就会继续朝这个方向偏离下去。硬质合金刀具在切割条件下非常柔软，起始点会形成一个衬套来固定孔的剩余部分。我查阅了很多数据，发现这个理论是正确的。
这也许就能解释为什么在钻孔之前加个延迟能够改善位置偏差了。因为这样能够在钻头接触钻入材料前空闲一段时间让震动停下来。
我还是直奔主题吧：位置偏差的改善与工具、材料和钻孔参数没有关系。我在进入PCB行业前的专业背景是精密工程，金属切割中高精度孔位置往往是通过使用短粗的硬芯钻头来实现的。当钻头接触到材料的时候，因为短钻槽和硬柄能将钻头保持在正中心，那么初始偏差也会被降到最低。我将这点应用到PCB工艺当中，在使用普通钻头进行第二次钻孔之前，我用一种特殊的“短粗”工具给样品钻孔，最终位置偏差得到改善。
我知道其他公司也在使用同样的工艺，他们对具体操作方法一直守口如瓶。在嵌板两侧钻孔也许能得到巨大的纵横比，但是位置精度必须要接近完美才能让嵌板中部完全对齐。
如果你正面临着艰难的处境，希望这篇文章能给你一些启发，帮助到你。
Marc Ladle是Viking Test Ltd总监。
