印制电路板钻孔用盖板材料研究综述

印制电路板钻孔用盖板材料研究综述印制电路板钻孔用盖板材料研究综述 印制电路信息xxNo 1 30 特种板Special PCB印制电路板钻孔用盖板材料研究综述寻瑞平白会斌敖四超刘百岚 江门崇达电路技术有限公司 广东江门529000 摘要本文从印制 电路板钻孔用盖板材料的作用出发 介绍了目前市场上几种重要盖 板产品的特性及其研究现状 并对未来盖板材料的发展进展望 关键词印制电路板 钻孔 盖板 孔位精度 铝箔TN41A1009 0096 xx 01 0030 04Review ofentry boardfor PCB drillingXUN Rui ping BAIHui bin AOSi chao LIUBai lanAbstract Onthe basisof therole of the entry board inPCBdrilling several importantentry boardsin thepresent marketand theirproperties andresearch statuswere reviewed The directionof researchand developmentoftheentryboardfor PCBdrilling wasalso prospectedin thispaper Key wordsPCB Drilling Entry Board Hole LocationAuracy Aluminum Foil2盖板在PCB钻孔中的作用盖板作为PCB钻孔加工的一种重要辅助 材料 主要起到5个作用 2 1 保护覆铜板的铜箔面 防止钻机压脚压伤 2 固定钻头 减少钻头钻孔时的偏移 摇摆和走位等 提高孔位 精度 防止钻头折断 3 缓冲钻头冲击 减少钻头磨损和断裂 4 协助基板散发热量 降低钻头温度 进而提高钻孔质量 5 减少基板入口性毛刺 防止基板发生上毛头 披峰等 3盖板的种类及其研究现状根据材料的不同 目前市场上的盖板材料 主要有环氧玻纤布盖板 酚醛树脂盖板 铝箔盖板 即普通铝片 和涂胶铝基盖板等几种 不同种类的盖板材料 其各自的特性以及 适用的钻孔条件有较大的差异 2 3 1环氧玻纤布盖板1前言印制电路板 PCB 是重要的电子部件 通常 PCB需要进行钻孔加工 为了保护PCB板材以及提高钻孔的孔位精度和孔壁质量等 往往需要 在PCB钻孔时覆上一层盖板材料 图1 1 2 盖板对PCB行业的发展起着举足轻重的作用 特别是在一些PCB精 密 微小孔径的钻孔中 其重要性更为突出 本文结合盖板材料在PCB钻孔加工中的作用 介绍目前市场上的几种 主流盖板材料及其研究现状 为PCB钻孔用盖板材料的深入研究和开 发提供指导和借鉴作用 1 盖板 2 PCB叠板 3 垫板 4 钻轴 5 钻头 6 压脚 图1PCB钻孔示 意图 31 印制电路信息xxNo 1特种板Special PCB环氧玻纤布盖板和PCB基板中间的绝缘材料材质相同 由无碱玻 璃纤维布浸渍环氧树脂 并添加相应助剂 经热压加工而成 环氧玻纤布用于PCB钻孔出现较早 但由于环氧玻纤板材质硬度较大 钻孔时钻头磨损严重 孔位精度较差 同时 由于钻孔技术的发 展 钻头的转速越来越快 产生的热量也越来越多 而环氧树脂的 导热系数很低 不利于钻头的散热 容易产生钻污等问题 渐渐地 不能满足钻孔生产的要求 目前市面上的环氧玻纤布盖板产品使用 量较少 3 2酚醛树脂盖板酚醛树脂板又称为电木板或胶木板 使用品质优良 的漂白木积纸及棉绒纸做为补强物 并以高纯度 全合成的石化原 料所反应制成的酚醛树脂为树脂粘合剂制造而成 酚醛树脂盖板对钻头的磨损较轻 在一定程度上能够满足常规的钻 孔要求 同时 适宜的表面硬度 还可有效地防止PCB板面毛刺的发 生 但普通酚醛树脂盖板由于存在玻璃转化温度 T g 较低 易出现钻污 以及存在散热性差 受潮易翘曲 孔位精度 差等问题 不能适应高品质PCB钻孔的要求 目前普通酚醛树脂盖板 主要用于一些PCB大孔径钻孔加工 3 近些年 为了适应市场更细小孔径 0 3mm以下 钻孔和更高钻孔品 质的要求 盖板生产厂家和学者积极投身盖板材料研发工作 在原 有酚醛树脂盖板材料的基础上 相继开发出了一系列新型酚醛树脂 盖板 这些新型盖板产品在材质 密度 表面硬度 平整性 功能 性等方面等都有较大的进步 4 5 张伦强等 4 使用漂白木浆纸浸渍酚醛树脂胶液并烘烤制得酚醛树脂 板半成品 将若干半成品板材组合成一组经热压机高温高压处理得 到两面均光滑的酚醛树脂板 再对酚醛树脂板的一个光滑面进行粗 糙化处理制备了一种PCB钻孔用新型酚醛树脂基盖板材料 该种盖板材料具有独特的结构 一面为光滑面 另一面为粗糙面 在钻孔过程中 盖板的光滑面紧贴覆铜板面 起到保护覆铜板 防 止板面压伤和刮花的作用 而盖板的粗糙面则因为具有一些细小的 凹坑 可以很好地防止钻头发生打滑和偏摆等 可有效减少实际钻 孔位置和设定钻孔位置之间的偏差 从而较好地提高了钻孔的孔位 精度 程小波等 5 使用纯木浆绝缘纸 纯木浆纤维纸 漂白牛皮纸等原纸 材料双面或单面浸渍酚醛树脂并烘烤得到酚醛树脂半成品盖板 然 后取若干双面浸渍酚醛树脂半成品板与单面浸渍半成品板或原纸组 合成一组 在高温高压下压制制成了一种新型酚醛纸盖板材料 该板具有一个无酚醛树脂或低含量酚醛树脂的上表面 在PCB实际钻 孔过程中 一方面 质地柔软 硬度低的上表面可以很好地引导钻 头下钻 防止钻头发生偏摆 较好地提高了钻孔的孔位精度 另一 方面 无树脂或低树脂含量的上表面能够起到清洁钻尖及排屑槽内 残留物的作用 以此提高线路板钻孔的孔壁质量 3 3铝箔盖板目前 国内外大部分印刷线路板制造厂商所使用的钻孔 盖板材料为铝箔盖板 铝箔盖板技术成熟 在一定程度上满足了PCB 常规的钻孔要求 是市场上的主流产品 4 铝材的导热系数远远大于环氧树脂 酚醛树脂等 对钻头可以起到 较好的散热作用 钻头最高温度可由200 降至100 此外 与酚 醛树脂盖板相比 铝箔盖板不会发生钻污现象 可有效提高PCB钻孔 的孔壁质量 然而 随着PCB高度致密化的发展以及对可靠性要求的不断提高 PC B对钻孔加工的要求和质量也越来越高 铝箔盖板由于本身结构和性 能上的特点显示了一定的局限性 6 一方面 对于一些小直径钻头 特别是直径小于0 2mm的钻头来说 铝箔表面光滑 硬度大 在钻头下钻瞬间没有缓冲 钻头容易打滑 和发生偏摆 降低了钻孔的孔位精度 同时 铝箔的金属材质对钻 头磨损严重 降低了钻头的使用寿命 另一方面 与酚醛树脂盖板 等相比 铝箔盖板缺少润滑剂的润滑作用 钻孔孔壁粗糙 钻孔质 量较差 对PCB加工后续的沉铜 电镀等工艺造成影响 降低了PCB 的可靠性 针对普通铝箔盖板材料存在钻头磨损严重 孔位精度低等缺点 杨 柳等 7 推出了一种具有缓冲层和刚性层软硬结合的双层复合铝箔盖 板产品 该盖板产品由一缓冲铝质层和一刚性铝质层通过胶黏剂贴合而成 缓冲层设置为退火状态下的第一铝板 质地柔软 导热系数高 用 于在钻孔过程中减缓钻头的冲击力 吸收并散发钻头产生的热量 减小钻头的磨损 减少钻头偏钻 提高孔位精度 刚性层设印制电 路信息xxNo 1 32 特种板Special PCB置为加工硬化状态下的第二铝板 具有较好的刚性和挺度 与PC B上表面紧密贴合 减少入孔毛刺 提高钻孔质量 以此满足高精密 度PCB的钻孔要求 杨柳等 8 又在此种缓冲层和刚性层软硬结合的复合铝箔盖板产品的 基础上 开发出了一种夹纸三层式复合铝箔盖板产品 图2 该板 由上下两张散热性能优良的薄铝箔和中间层长纤维 低克重的保利 纸板经胶黏剂压合互粘而成 在钻孔中 盖板表层和底层的铝箔保证了盖板的刚度 同时可以有 效吸收 传导钻头产生的热量 降低钻头和PCB的温升 防止PCB基 板树脂因高温熔融而导致钻头 钻孔孔壁污染等 中间层的长纤维 纸板则起到清除钻头和钻孔孔洞钻屑的作用 另外 铝箔的弹性和 纸板的低密度可以缓冲钻头入钻时的高冲击力 保护钻头 延长钻 头的使用寿命 经实际对比 夹纸三层式复合铝箔盖板产品相比普通铝箔盖板产品 在保护钻头 提升钻孔孔位精度 孔壁质量等方面有较为明显的 改善 1 铝箔 2 纤维纸 3 铝箔 图2一种夹纸三层式复合铝箔盖板3 4涂 胶铝基盖板涂胶铝基盖板是近年兴起的一种新型功能性盖板材料 与酚醛树脂盖板 铝箔盖板等盖板材料相比 具有众多优异的性能 1 9 涂胶铝基盖板通过在普通铝箔表面涂覆一层或多层功能性高分子树 脂并添加润滑剂等多种助剂而制成 在PCB钻孔过程中 功能性树脂涂层可以缓冲钻头 并对钻头的如钻 起到导向作用 防止钻头发生偏移和断裂 另外 功能性树脂层还 能通过自身特殊的相态结构 冷却钻头和润滑钻头 提高钻头使用 寿命 提高孔位精度 改善孔壁质量等 涂胶铝基盖板结合了铝箔和功能性高分子树脂的双重优点 很好地 解决了PCB钻孔孔位精度 钻头散热等问题 最近几年发展迅速 在 国内外盖板市场 尤其是高端PCB产品钻孔市场上的占有率持续增长 受到了众多PCB制造厂商和学者的热切关注 3 6 10 14 Zhou等 11 以聚乙二醇 PEG 聚环氧乙烷 PEO 粘结树脂等 为基本涂层材料 以普通铝箔为基材 制备了一种具有吸热与润滑 功能的新型PCB钻孔用涂胶铝基盖板材料 如图3 对涂胶铝基盖板的表面平整度 热熔性 内部相态结构以及实际的 钻孔性能等进行了测试和研究 结果显示涂胶铝基盖板的表面较平 整 同时表层的硬度适宜 有利于提高钻孔的孔位精度和降低断钻 率 盖板的功能涂层具有良好的结晶性能 结晶熔融温度为59 5 在实际钻孔过程中 涂层可以通过自身的结晶熔融相态转变对钻 头起到吸热和润滑的双重作用 提高钻孔质量 钻孔测试表明 涂 胶铝基盖板综合了功能涂层和铝箔的双重优点 在PCB钻孔孔位精度 孔壁质量 钻头缠丝等方面均明显优于普通铝箔盖板 显示了良 好的开发应用前景 1 树脂涂层 2 铝箔 图3涂胶铝基盖板示意图周虎等 12 利用嵌段 共聚技术 以一定比例的二异氰酸酯 聚酯二元醇或聚醚二元醇 I 扩链剂 催化剂等为基本原理合成聚氨酯 1 另以一定比例的二异氰酸酯 聚酯二元醇或聚醚二元醇 II 扩链剂 催化剂等合成聚氨酯 II 将两种聚氨酯溶液均匀混合并 静置脱泡后涂覆于普通铝箔上表面 经干燥 冷却等处理制备了一 种PCB钻孔用高功能铝基盖板材料 该盖板涂层材料由于使用两类聚氨酯材料 在非离子表面活性剂作 用下 兼容性大大提高 解决了市面上多款涂胶铝基盖板产品表面 平整度差 易开裂等缺陷 涂层中的两类聚氨酯分别起到粘结钻头 固定钻头 以及润滑钻头 降低孔壁粗糙度 降低断钻率的作用 此外 由于聚氨酯优良的性能 还能有效解决涂胶盖板表面易发 粘 吸潮等问题 唐甲林等 13 针对目前市面上多数涂胶铝基盖板产品存在由于树脂 层韧性强 在钻孔过程中易形成长丝状切屑 缠绕钻头并附着在孔 壁上 导致断钻 33 印制电路信息xxNo 1特种板Special PCB率偏高 孔洞不易清洗等问题 开发出了一种新型涂胶铝基盖板 材料 该种盖板材料通过取一定比例的水溶性树脂 水溶性润滑剂 热熔 性树脂于水中搅拌至充分溶解得到混合物 往混合物中添加一定比 例的羧酸盐 多元醇以及附着力促进剂等充分搅拌 静置消泡 冷 却至室温得到树脂材料 再将树脂材料涂覆到铝箔表面而制成 该盖板材料的树脂涂层水溶性较好 可以完全溶解于水 无残留 另外 树脂涂层由于独特的组成具有一定的脆性 在钻孔切屑时涂 层以粉屑状排除 不会发生钻头缠丝现象 提高了钻孔效率 罗小阳等 14 以一定比例的不饱和聚酯和佐剂作为组分1 以聚氧化 乙烯 聚乙二醇 甘油 醋酸乙烯 聚乙烯醇中的2种或2中以上为 组分2 将组分1和组分2混合并添加一定量助剂制成涂层胶液 将涂 层胶液涂覆在铝箔表面并烘干制备了一种涂胶铝基盖板材料 该盖板材料相较与现有涂胶铝基盖板 其涂层树脂硬度更高 可以 改善涂层与铝箔间硬度的差距 提升钻孔孔位精度 此外 此种树 脂涂层由于其特殊的成分 固化速度快 所需的烘烤温度更低 可 有效减少盖板生产能耗 提高生产效率 4结论与展望环氧玻纤布盖板 酚醛树脂盖板 铝箔盖板 涂胶铝基 盖板是4类最重要的PCB钻孔用盖板材料 其中环氧玻纤布盖板由于 自身材质 特性等方面的局限 目前市场占有率较低 普通酚醛树 脂盖板主要适用于PCB大孔径钻孔 新型或改良的酚醛树脂盖板是目 前盖板材料的一个研究方向之一 普通铝箔盖板是目前市场上的主 流盖板产品 技术成熟 在一定程度上能够满足多数PCB厂商的常规 钻孔要求 但对于一些高端PCB产品微小 精密孔径钻孔呈现一定的 局限性 涂胶铝基盖板综合了铝箔和功能性高分子树脂的双重优点 很好地解决了PCB钻孔孔位精度 钻头散热等问题 最近几年发展 迅速 在国内外盖板市场 尤其是高端PCB产品钻孔市场上的占有率 持续增长 受到了众多PCB制造厂商和学者的热切关注 显示了良好 的发展和应用前景 随着PCB技术向高 精 尖方向的不断发展 作为PCB钻孔加工用辅 助材料之一的盖板 在PCB的钻孔加工 乃至整个PCB产品的生产效 率 成品率 可靠性等方面的地位和作用将越来越凸显 PCB钻孔用 盖板材料及技术将面临新的机遇和挑战 参考文献罗小阳 秦先志 张伦强 周虎 一种新型涂树脂铝箔盖板 MV C 性能分析和应用 J 印制电路信息 xx 3 24 27 杨柳 PCB钻孔加工用盖垫板行业发展现状与特点 J 印制电路信 息 xx 7 11 14 周虎 陈建 黄昭政 罗小阳 唐甲林 秦先志 PCB钻孔用涂胶铝基 盖板的制备及其性能分析 J 印制电路信息 xx 9 31 34 张伦强 杨柳 一种PCB钻孔用新型盖板及其制造技术 P 中国专 利 103029169A xx 程小波 贺琼 杨迪 杨柳 一种PCB钻孔用新型酚 醛纸盖板及其制造方 P 中国专利 104626267A xx Kaburagi S Uda Y Takada S Kawai H Entry boardsfor usein drillingsmall holes P U S Patent US6890