羅小陽 秦先志 張倫強

（柳鑫電子新材料有限公司，湖南 醴陵 412200）

周 虎

（湖南科技大學，湖南 湘潭 411201）

1 前言

鉆孔用蓋板是用來保護PCB板表面的平整性和提高鉆孔精確度的。初期PCB行業(yè)常采用酚醛樹脂板俗稱電木板來作為蓋板，它表面硬度高，可以很好的防止PCB板表面毛刺的產生以及整平（主要為軟板）的作用，目前大孔徑的鉆孔仍然沿用電木板。但是隨著PCB行業(yè)電路的高密度要求的迅猛發(fā)展，PCB板上所鉆小孔越來越小、也越來越密，這對鉆孔用蓋板提出了更高的要求，傳統(tǒng)的電木板已經滿足不了品質的要求了[1]，因此新型蓋板出現勢不可擋。

鋁箔紙板（LCOA）是早期出現的一種蓋板，它是在芯材紙環(huán)氧樹脂的上下表面各粘貼1張50μm的鋁箔壓合而成。由于其芯材紙質較軟，當鉆針刺下時會下縮，有利于鉆針中心垂直定位，有利于提高孔位精度。但是由于其表層鋁的硬度較大（50 Vickers ～140 Vickers）鉆微小孔時（如0.1 mm），鉆頭會有微小的偏離，孔位精度的提高受到限制，不適合鉆微孔[2]。

軟硬鋁合金蓋板是專門針對鉆孔毛刺和高孔位精度的一種新型蓋板，它的基本結構是2層不同硬度的鋁箔通過壓合在一起。軟的鋁箔朝上，便于鉆孔時鉆頭的精確定位，也就是提高孔位精度，硬的鋁箔在下方便于壓制PCB板表面防止毛刺的產生，針對不同的鉆孔要求可以適當的調整2層鋁箔的厚度[3]。此外為了進一步提高孔位精度，對表面的軟鋁層做粗化處理，處理后的粗糙度（Ra）為0.15～0.30，可以有效的防止鉆孔時鉆針的打滑。軟硬鋁合金蓋板適用于大部分PCB鉆孔，但是由于蓋板是純金屬鉆針磨損大很容易折斷，此外鉆孔時的疊板層數也很有限，鉆孔效率不高。

涂樹脂鋁箔蓋板是目前最熱門的一種蓋板，它具有很多其他蓋板所沒有的優(yōu)點，除了所鉆小孔的品質比較好之外，它還具有潤滑和保護鉆頭，提升鉆針壽命，增加PCB板的層數的優(yōu)點，鉆孔效率高。涂樹脂鋁箔蓋板是在鋁箔的表面通過某種涂覆方式涂覆一層或者數層一定厚度的樹脂，樹脂可以是熱塑性樹脂、熱固性樹脂也可以是幾種高分子材料的混合物，在配合粘結劑，潤滑劑以及各種助劑組成。表層樹脂在鉆針的下落過程中可以起導向作用，防止鉆頭發(fā)生偏移，此外還可以潤滑和冷卻鉆頭，提高鉆頭使用壽命。 不同樹脂所側重解決的問題不同，但是他們有一個共同點就是提高鉆孔效率。此外樹脂的涂覆方式和涂覆層數對涂樹脂鋁箔蓋板的性能也有重大的影響，有單層涂覆，有雙層涂覆，也有在鋁箔的上下倆面都涂覆樹脂的。

設計理論探討：

涂膠鋁箔蓋板中鋁箔本身的性能和膠層的性能對鉆孔性能均有較大的影響，鋁箔的厚度要適中，太厚其切削屑就越多越長，很容易堵在鉆針的溝槽內，影響排屑功能，同時也容易刮傷孔壁。太薄鋁箔與PCB板之間空隙變大容易形成毛刺，降低品質，一般來說孔徑越小鋁箔就越薄。此外鋁箔表面的粗化處理更有利于孔位精確度的提高。

表層膠層的主要成分一般是聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚丙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酸胺、聚乙烯毗咯烷酮、羥甲基纖維素、聚醚酯等多種混合物[4]。然而，這些高分子由于兼容性較差涂覆時經常出現品質問題，因此常需要添加助劑使之混合均勻。但是助劑的加入有可能會帶來樹脂層粘結力下降、潤滑層纏繞鉆頭等問題，影響鉆孔效果。因此樹脂層的研發(fā)必須綜合考慮，少加或者不加助劑，克服添加的助劑對樹脂的不利影響，同時要控制樹脂層的吸水性，防止由于吸潮而變質。

應用探討：

涂樹脂鋁箔主要是針對小孔徑0.1 mm ～ 0.2 mm鉆孔，因此其鋁箔層盡量薄一點，一般在0.07 mm ～0.2 mm之間，并且針對不同小孔徑（0.11 mm、0.15 mm、0.2 mm）其鋁箔的厚度也要做相應的調整。表面樹脂層不能太厚，否則會產生大量的切屑堵塞小孔，一般來說孔徑越小，樹脂層就會越薄，此外鉆頭的刃長也限制了樹脂層和鋁箔層的厚度。

2 MVC潤滑鋁片性能分析

涂膠鋁箔（MVC）是我公司針對小孔徑鉆孔近期研發(fā)的一種新產品，它具有孔位精度高、孔壁粗糙度低、鉆孔效率高等特點。它的樹脂層是采用數種水溶性樹脂進行混合并添加一定的助劑進行調配，經過涂覆烘烤而成。

2.1 表層樹脂性能測試（DSC）

下圖為我公司產品表層樹脂層的性能測試圖，從圖中可以看出我司產品在溫度的升高過程中，在60 ℃左右有一個強烈的吸熱峰，這說明涂層的熔點較低，吸熱能力較強；此外在室溫到200 ℃的升溫過程中只有一個吸熱峰，說明樹脂層中各原料之間分散均勻具有較好的兼容性[5]。在使用蓋板進行鉆孔時，由于熔點較低表層樹脂的熔化可以帶走鉆頭大量的熱量，從而降低鉆頭的溫度，降低斷針率，另一方面，表層樹脂在熔化后變成液體會對鉆頭起到潤滑作用，有效的降低了鉆頭磨損。

圖1 表層樹脂DSC性能測試圖

2.2 粘結性能分析

MVC鋁片中樹脂層是通過粘結樹脂粘結在鋁片表面的，其粘結強度要求比較大，否則在鉆孔時鉆頭上升將樹脂層帶離鋁箔，影響鉆孔效果。市場上同類產品就存在這樣的問題，我公司產品通過對配方進行改進從根本上解決了這一問題。下圖為我公司MVC和市場上熱銷的潤滑鋁片的SEM分析圖，通過比較發(fā)現我司MVC鋁片樹脂層和鋁片之間沒有空隙，粘結緊密，有效的防止了帶離樹脂層給鉆孔帶來的不利影響。右圖為市場熱銷的一個產品的SEM圖，途中可以清楚的看出樹脂層和鋁箔之間有較大的空隙，最大處可達到50μm，嚴重影響了鉆孔效果。

圖2 潤滑鋁片橫截面SEM分析圖

2.3 水溶性分析

由于我公司MVC鋁片樹脂層的熔點比較低（60 ℃），在鉆孔的過程中會融化，繼而會有微量的樹脂粘附在小孔內壁，為了不影響孔壁品質，在后續(xù)的處理中必須把這些樹脂清除掉。通過試驗得出我公司產品完全可以在后續(xù)的處理很輕易的被清理掉，不會影響孔壁品質。圖3為我公司MVC產品的處理圖，通過圖上可以看出，經過處理的鋁片的表面樹脂已經完全清除，露出鋁片被過度腐蝕的一個表觀形貌。再者PCB板在后續(xù)的清洗過程（Desmear）中會有一些機械的震動和超聲波的清洗，這樣就更加有利于樹脂的清洗。

圖3 MVC表層樹脂水溶性分析圖

3 客戶使用效果評估

3.1 孔位精度分析

MVC潤滑鋁片表層樹脂硬度適宜，對鉆針具有良好的導向作用，孔位精度高；再者表層樹脂為水溶性樹脂，其熔點較低（60 ℃左右），散熱性能好，可以減少鉆針局部過熱而產生的折損現象，提高了孔位精度。下表為客戶使用MVC鋁片進行生產的測試數據，結果顯示在同等鉆孔參數條件下MVC鋁片的孔位精度CPK值較高，其中鉆孔徑為0.15 mm小孔的CPK值最高為4.331。完全滿足生產使用的要求。

3.2 孔壁質量

孔壁質量是小孔品質的一個重要指標，他對PCB板的后續(xù)處理（鍍銅等）有重大的影響。我司MVC蓋板樹脂層硬度適宜，對鉆針有較好的潤滑和導向作用，鉆頭不易磨損、孔位精確度高，孔壁質量較好，平均孔粗為7μm左右，遠低于行業(yè)標準（20μm）。 此外在切削性、釘頭、滲入銅等方面的品質皆滿足生產使用要求。

圖4 孔壁品質分析圖

3.3 鉆頭磨損

鉆頭磨損是影響鉆孔效率的重要因素，他和鉆頭的使用壽命緊密相關，一般鉆頭的使用壽命在2000孔左右，我公司MVC潤滑鋁片針對鉆頭磨損進行了配方改進，有效的降低了鉆孔磨損，提高了鉆針的使用壽命。下圖為MVC潤滑鋁片的鉆頭磨損圖，和未磨損的鉆頭相比，圖中各孔數的磨損量較少均為正常磨損。

表1 孔位精度參數表

表2 鉆頭磨損分析

4 結論

MVC潤滑鋁片蓋板鉆孔效果好，它具有孔位精度高、孔壁質量好，減少鉆頭磨損的特點，再者其表層為水溶性樹脂，鉆孔后后續(xù)處理比較容易，有利于生產效率的提升。

[1]Shingo Kaburagi,Yoshikazu Uda,Susumu Takada.Entry boards for use in drilling small holes[P].US:2004/0023059 A1,2004.

[2]LAWTON ERNEST L ,Resin compatible yarn binder and uses thereof[P].US:5435671A.2004.

[3]Yasushi Washio, Koji Miyano, Akio Fukuda. Entry board for drilling small holes, a method of making the same and a method for drilling small holes through a printed circuit board by using said entry board[P].US: 6000886,1999.

[4]HONG BU JIN,CHAE SEUNG BONG.Sheets for drilling[p].KR:2008072930A2,2008.

[5]周虎, 羅小陽, 陳健. 涂膠PCB鋁基蓋板的制備及其性能分析[J]. 印制電路信息, 2011.9,31-34.