一種新型涂樹(shù)脂鋁箔蓋板（MVC）性能分析和應(yīng)用

羅小陽(yáng) 秦先志 張倫強(qiáng)

（柳鑫電子新材料有限公司，湖南 醴陵 412200）

周 虎

（湖南科技大學(xué)，湖南 湘潭 411201）

1 前言

鉆孔用蓋板是用來(lái)保護(hù)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(shù)脂板俗稱電木板來(lái)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(chǎn)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(lái)越小、也越來(lái)越密，這對(duì)鉆孔用蓋板提出了更高的要求，傳統(tǒng)的電木板已經(jīng)滿足不了品質(zhì)的要求了[1]，因此新型蓋板出現(xiàn)勢(shì)不可擋。

鋁箔紙板（LCOA）是早期出現(xiàn)的一種蓋板，它是在芯材紙環(huán)氧樹(shù)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(zhì)較軟，當(dāng)鉆針刺下時(shí)會(huì)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(shí)（如0.1 mm），鉆頭會(huì)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(duì)鉆孔毛刺和高孔位精度的一種新型蓋板，它的基本結(jié)構(gòu)是2層不同硬度的鋁箔通過(guò)壓合在一起。軟的鋁箔朝上，便于鉆孔時(shí)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(chǎn)生，針對(duì)不同的鉆孔要求可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整2層鋁箔的厚度[3]。此外為了進(jìn)一步提高孔位精度，對(duì)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(shí)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(shí)的疊板層數(shù)也很有限，鉆孔效率不高。

涂樹(shù)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(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，除了所鉆小孔的品質(zhì)比較好之外，它還具有潤(rùn)滑和保護(hù)鉆頭，提升鉆針壽命，增加PCB板的層數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，鉆孔效率高。涂樹(shù)脂鋁箔蓋板是在鋁箔的表面通過(guò)某種涂覆方式涂覆一層或者數(shù)層一定厚度的樹(shù)脂，樹(shù)脂可以是熱塑性樹(shù)脂、熱固性樹(shù)脂也可以是幾種高分子材料的混合物，在配合粘結(jié)劑，潤(rùn)滑劑以及各種助劑組成。表層樹(shù)脂在鉆針的下落過(guò)程中可以起導(dǎo)向作用，防止鉆頭發(fā)生偏移，此外還可以潤(rùn)滑和冷卻鉆頭，提高鉆頭使用壽命。 不同樹(shù)脂所側(cè)重解決的問(wèn)題不同，但是他們有一個(gè)共同點(diǎn)就是提高鉆孔效率。此外樹(shù)脂的涂覆方式和涂覆層數(shù)對(duì)涂樹(shù)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(shù)脂的。

設(shè)計(jì)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(duì)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(zhǎng)，很容易堵在鉆針的溝槽內(nèi)，影響排屑功能，同時(shí)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(zhì)，一般來(lái)說(shuō)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(shí)經(jīng)常出現(xiàn)品質(zhì)問(wèn)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(huì)帶來(lái)樹(shù)脂層粘結(jié)力下降、潤(rùn)滑層纏繞鉆頭等問(wèn)題，影響鉆孔效果。因此樹(shù)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(duì)樹(shù)脂的不利影響，同時(shí)要控制樹(shù)脂層的吸水性，防止由于吸潮而變質(zhì)。

應(yīng)用探討：

涂樹(shù)脂鋁箔主要是針對(duì)小孔徑0.1 mm ～ 0.2 mm鉆孔，因此其鋁箔層盡量薄一點(diǎn)，一般在0.07 mm ～0.2 mm之間，并且針對(duì)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(yīng)的調(diào)整。表面樹(shù)脂層不能太厚，否則會(huì)產(chǎn)生大量的切屑堵塞小孔，一般來(lái)說(shuō)孔徑越小，樹(shù)脂層就會(huì)越薄，此外鉆頭的刃長(zhǎng)也限制了樹(shù)脂層和鋁箔層的厚度。

2 MVC潤(rùn)滑鋁片性能分析

涂膠鋁箔（MVC）是我公司針對(duì)小孔徑鉆孔近期研發(fā)的一種新產(chǎn)品，它具有孔位精度高、孔壁粗糙度低、鉆孔效率高等特點(diǎn)。它的樹(shù)脂層是采用數(shù)種水溶性樹(shù)脂進(jìn)行混合并添加一定的助劑進(jìn)行調(diào)配，經(jīng)過(guò)涂覆烘烤而成。

2.1 表層樹(shù)脂性能測(cè)試（DSC）

下圖為我公司產(chǎn)品表層樹(shù)脂層的性能測(cè)試圖，從圖中可以看出我司產(chǎn)品在溫度的升高過(guò)程中，在60 ℃左右有一個(gè)強(qiáng)烈的吸熱峰，這說(shuō)明涂層的熔點(diǎn)較低，吸熱能力較強(qiáng)；此外在室溫到200 ℃的升溫過(guò)程中只有一個(gè)吸熱峰，說(shuō)明樹(shù)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(jìn)行鉆孔時(shí)，由于熔點(diǎn)較低表層樹(shù)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(shù)脂在熔化后變成液體會(huì)對(duì)鉆頭起到潤(rùn)滑作用，有效的降低了鉆頭磨損。

圖1 表層樹(shù)脂DSC性能測(cè)試圖

2.2 粘結(jié)性能分析

MVC鋁片中樹(shù)脂層是通過(guò)粘結(jié)樹(shù)脂粘結(jié)在鋁片表面的，其粘結(jié)強(qiáng)度要求比較大，否則在鉆孔時(shí)鉆頭上升將樹(shù)脂層帶離鋁箔，影響鉆孔效果。市場(chǎng)上同類產(chǎn)品就存在這樣的問(wèn)題，我公司產(chǎn)品通過(guò)對(duì)配方進(jìn)行改進(jìn)從根本上解決了這一問(wèn)題。下圖為我公司MVC和市場(chǎng)上熱銷的潤(rùn)滑鋁片的SEM分析圖，通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)我司MVC鋁片樹(shù)脂層和鋁片之間沒(méi)有空隙，粘結(jié)緊密，有效的防止了帶離樹(shù)脂層給鉆孔帶來(lái)的不利影響。右圖為市場(chǎng)熱銷的一個(gè)產(chǎn)品的SEM圖，途中可以清楚的看出樹(shù)脂層和鋁箔之間有較大的空隙，最大處可達(dá)到50μm，嚴(yán)重影響了鉆孔效果。

圖2 潤(rùn)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(shù)脂層的熔點(diǎn)比較低（60 ℃），在鉆孔的過(guò)程中會(huì)融化，繼而會(huì)有微量的樹(shù)脂粘附在小孔內(nèi)壁，為了不影響孔壁品質(zhì)，在后續(xù)的處理中必須把這些樹(shù)脂清除掉。通過(guò)試驗(yàn)得出我公司產(chǎn)品完全可以在后續(xù)的處理很輕易的被清理掉，不會(huì)影響孔壁品質(zhì)。圖3為我公司MVC產(chǎn)品的處理圖，通過(guò)圖上可以看出，經(jīng)過(guò)處理的鋁片的表面樹(shù)脂已經(jīng)完全清除，露出鋁片被過(guò)度腐蝕的一個(gè)表觀形貌。再者PCB板在后續(xù)的清洗過(guò)程（Desmear）中會(huì)有一些機(jī)械的震動(dòng)和超聲波的清洗，這樣就更加有利于樹(shù)脂的清洗。

圖3 MVC表層樹(shù)脂水溶性分析圖

3 客戶使用效果評(píng)估

3.1 孔位精度分析

MVC潤(rùn)滑鋁片表層樹(shù)脂硬度適宜，對(duì)鉆針具有良好的導(dǎo)向作用，孔位精度高；再者表層樹(shù)脂為水溶性樹(shù)脂，其熔點(diǎn)較低（60 ℃左右），散熱性能好，可以減少鉆針局部過(guò)熱而產(chǎn)生的折損現(xiàn)象，提高了孔位精度。下表為客戶使用MVC鋁片進(jìn)行生產(chǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示在同等鉆孔參數(shù)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(chǎn)使用的要求。

3.2 孔壁質(zhì)量

孔壁質(zhì)量是小孔品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，他對(duì)PCB板的后續(xù)處理（鍍銅等）有重大的影響。我司MVC蓋板樹(shù)脂層硬度適宜，對(duì)鉆針有較好的潤(rùn)滑和導(dǎo)向作用，鉆頭不易磨損、孔位精確度高，孔壁質(zhì)量較好，平均孔粗為7μm左右，遠(yuǎn)低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（20μm）。 此外在切削性、釘頭、滲入銅等方面的品質(zhì)皆滿足生產(chǎn)使用要求。

圖4 孔壁品質(zhì)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(guān)，一般鉆頭的使用壽命在2000孔左右，我公司MVC潤(rùn)滑鋁片針對(duì)鉆頭磨損進(jìn)行了配方改進(jìn)，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(rùn)滑鋁片的鉆頭磨損圖，和未磨損的鉆頭相比，圖中各孔數(shù)的磨損量較少均為正常磨損。

表1 孔位精度參數(shù)表

表2 鉆頭磨損分析

4 結(jié)論

MVC潤(rùn)滑鋁片蓋板鉆孔效果好，它具有孔位精度高、孔壁質(zhì)量好，減少鉆頭磨損的特點(diǎn)，再者其表層為水溶性樹(shù)脂，鉆孔后后續(xù)處理比較容易，有利于生產(chǎn)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(yáng), 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.