PCB钻孔工艺中需要管控的品质问题及PCB验孔机技术解析

随着电子信息产业的发展，终端电子产品对PCB产业的精细化要求越来越高。钻孔是PCB制造中的一个重要环节，已经发展到最小孔径0.08mm、最小孔间距0.1mm甚至更高的水平。除了导通孔、零件孔，还有槽孔、异形孔、板外形等，均需要检查。如何对PCB板的钻孔品质进行高效、精确的检测，成为保证产品质量的重要环节，PCB验孔机正是应用于钻孔质量检查的一种自动光学检查设备。本文旨在简析验孔机在钻孔环节中的作用，为PCB厂家提供参考经验。

在PCB钻孔工艺中，需主要管控以下可能发生的品质问题：多孔、漏孔、移位、错钻、未透、孔损、偏废、披锋、塞孔。目前各厂家的管控方法，主要是钻前规范钻机操作工艺，以及钻后加强检验手段。实际生产中，由于钻前手段只能降低错误发生的概率，不能彻底消除，必须依靠钻后检验来确保产品质量。

在钻后检查中，目前很多国内厂家还在采用塞规结合人工目视菲林（胶片）套检比对的方法：通过塞规重点检查孔大、孔小，通过菲林重点检查多孔、漏孔、移位、未穿、未透，其他的孔损、披锋、孔塞等通过人工目视来完成。在使用菲林检查时，每种产品钻孔时先钻出一张红菲林样板，检验时通过销钉与产品板固定，人工在灯箱下目视检查。这种方法理论上可以检查出各种不良，但是实际中的效果折扣很大。

主要问题体现在：

第一，不能保证小尺寸孔径的检查要求：生产实践表明，对最小孔径≥0.5mm的PCB，人工可在保证一定生产效率的前提下达到较高的检查效果。这是由人眼的最小可识别视角、工作距离、注意力可持续时间决定的。随着孔径尺寸的减小，对于0.5mm以下的产品板，人眼的检验能力会迅速下降，对于≤0.25mm的产品板，人工连抽检质量都难以保证。

第二，人工检查的效率有局限：人工检查的效率，与孔数、最小孔径有直接的关系。实际生产经验表明，在10000孔以上、最小孔＜0.5mm时，效率会显着降低，人工只适合抽检。对于高密度板，依靠人工已经无法保证钻孔的质量。

第三，不能保证品质的稳定性：人工会受到经验、情绪、疲劳度、责任心等多方面因素的影响，难以保证品质的稳定性。一些厂家不得以采用多道人工、重复检查的方法，但依然不能确保品质的稳定性。

为了解决以上问题，很多PCB大厂已经在大范围采用验孔AOI设备来替换人工。特别是日资企业和台资企业，多年实践证明这种新方法的有效性，值得众多的国内PCB厂家重视和借鉴。

验孔AOI设备属于自动光学检查设备，根据钻孔的各种缺陷的图像形态，统分为：多孔、少孔、孔大、孔小、残屑、孔偏、孔形态。具体分为两种：一是验孔机，二是孔位量测检查机（Hole-AOI）。实际中还有X-Ray检查机，主要做埋盲孔、多层板对位分析使用，与人工菲林套检的目标不一致，不属于本文的分析范围。

根据PCB厂家的设备配套经验，推荐采用多套验孔机做首板、底板的全检，重点检查多孔、少孔、孔大、孔小、残屑；采用1台孔位量测检查机做抽检，重点检查孔偏。两种设备的特点分别如下：

验孔机：优点是价格低，检查效率快，检查1片600mm×600mm的PCB平均6~7秒，可以实现多孔、少孔、孔大、孔小、残屑的检查。缺点是对于孔位检查能力不高，只能检出严重的不良。根据厂家的实际生产经验，一般平均15台钻机配置1台验孔机。

孔位量测检查机：优点是可实现所有项目的检查。缺点是价格高（约是验孔机的3~4倍），检查效率低，检查1片需要几分钟甚至更长时间。一般推荐配置1台做产品的抽检，补充验孔机对孔位检查的不足。

验孔AOI设备的检查原理：采用光学系统采集PCB钻孔成像，与设计文件（钻带文件或Gerber文件）做比对，当两者一致时说明钻孔正确，否则说明钻孔存在问题，再根据图像形态分析、归类缺陷的类型。验孔设备是与钻孔的设计文件进行对比的，人工目检时是与菲林进行对比的，在检验原理上可以避免由于出现菲林钻孔错误导致的问题，可信任度更高。

PCB验孔机技术解析

验孔机对PCB钻孔工艺的作用体现在以下几个方面：

第一，高效、稳定的钻孔品质检查：

常规检查：可在最小孔径为0.15mm、8m/min的速度下，同时检查多孔、少孔、孔大、孔小、残屑缺陷，并标出缺陷的位置、Review缺陷图像，为人工提供判定依据。

残屑检查：在钻孔首件检查中，残屑并不是最关注的重点；但是在电镀前，残屑要引起足够的重视。为了减小残屑对沉铜质量的影响，PCB厂家在电镀前一般通过磨平、清洗的方法来去除残屑，但实际中还是不能100%完全洗净，越是高密板清洗效果就越差。理论上每块PCB都会存在残屑，因此要求全检所有产品的所有钻孔，依靠人工目视是不现实的，但是采用验孔机使之成为了可能。

品质提升：稳定性是设备的最大优势，稳定的产品质量能够提升PCB厂的品牌影响力，直接提高厂家的接单能力。

第二，辅助生产、品质部门的数据统计分析：

刀具分析：可分析PCB中不同钻刀的钻孔孔径平均偏差，实时监督可能发生的钻刀磨损、及时发现错刀的问题，避免批量废板。

产能分析：可统计日、月、季度、年的产能、平均生产效率，为各种管控手段提供分析数据，改善工厂运营管理能力。

机台分析：可统计每台钻机的产量、品种、品质问题点，提高对机台的细节管理能力。

第三，节约成本，投入产出比高：

品检人员：在保证质量、提高效率的前提下，1台验孔机平均可节省2~3名品检人员。

原材料：可节省菲林的物料成本，对于中小批量厂更有意义。

客户投诉：可节省钻孔缺陷造成的退单、罚款成本，尽管不像节省的人员、物料一样可直接计算，但是年平均节省成本甚至高于验孔机的采购成本。

随着PCB厂家对钻孔工艺更高的品质要求，在人工成本提高、人工检查能力逐渐不能胜任的压力下，验孔机的重要性日益明显。

验孔机的使用时间已经超过十年，设备的功能和性能一直在不断提升，与生产的配合度越来越紧密。特别是随着高密度板的快速发展，验孔机已经由原来的辅助设备逐渐转变为关键配套设备。在很多PCB老厂的设备改造、新厂筹建中，验孔机设备的普及性会越来越高。

编辑：hfy