高散熱性、潤滑性PCB機械鉆孔用墊板的制備和應用

唐甲林　秦先志　羅小陽　常麗玲（深圳柳鑫實業(yè)有限公司，廣東 深圳 518106）

高散熱性、潤滑性PCB機械鉆孔用墊板的制備和應用

唐甲林秦先志羅小陽常麗玲
（深圳柳鑫實業(yè)有限公司，廣東 深圳 518106）

文章主要研究了一種高散熱性的PCB機械鉆孔用墊板，詳細闡述其散熱性和潤滑性能的工作原理，研究其樹脂特性和在鉆孔時的散熱性能。論證了該墊板在PCB機械鉆孔中高頻板、高Tg板中的應用以及和市場上常規(guī)的酚醛類墊板、蜜胺類的鉆孔性能對比。另外本論文還簡要介紹了該墊板的制備工藝。

PCB墊板；散熱墊板；PCB鉆孔

1　前言

墊板是PCB機械鉆孔不可或缺的一種輔助材料，它具有防止PCB底部披鋒，保護鉆機臺面的作用，目前市場上現(xiàn)有的墊板主要有普通纖維板、復合板、酚醛板、環(huán)氧樹脂板、蜜胺板等，其中以采用熱壓工藝的酚醛板品質最為優(yōu)良，其擁有其它墊板沒有的致密性、平整性和硬度。但是隨著PCB多層化、積層化、功能化、集成化和輕、薄、短、小化的趨勢越來與明顯［1］，其對墊板提出了更高的品質和功能要求。在PCB鉆孔行業(yè)中一些多層板、汽車板等比較厚的板材，在鉆孔時鉆針發(fā)熱和磨損均比較嚴重極易斷針，鉆孔效率低下，據(jù)調查目前在國外市場有一種表面涂覆吸熱樹脂的墊板可以有效的解決鉆針發(fā)熱的問題，但是由于其表面比較軟對底部的披鋒的產(chǎn)生抑制作用有限，實際應用效果也不是很明顯。本文要介紹的潤滑墊板是一種功能性墊板，其對墊板表層的樹脂進行改良使其擁有更好的吸熱和潤滑性能，同時其在表面涂覆一層硬化樹脂增加表面的硬度，用于解決底部披鋒的問題。

2　性能介紹

2.1結構分析

潤滑墊板的結構分為4層（圖1），其中包括2層結構層，2層樹脂層，結構層為一纖維板基材層和一高級離型紙結構層，樹脂層包括散熱、潤滑樹脂層和硬化樹脂層。散熱、潤滑層是潤滑墊板的主要功能層，它是由低熔點的水溶樹脂和潤滑樹脂組成，可以達到降溫潤滑的效果。表面的硬化樹脂層主要是增加墊板表面的硬度，防止鉆孔時底部出現(xiàn)毛刺，另外它滲透到高級離型紙層中填補和修復墊板的表面缺陷以及隔絕潤滑層和外界水分的接觸，防止吸潮。

圖1　潤滑墊板結構圖

表1　潤滑墊板成分及功能表

2.2潤滑墊板的制備

潤滑墊板的制備工藝比較簡單，操作容易，具體見圖2。

圖2　潤滑墊板的工藝圖

圖2中第一次涂覆包括吸熱、潤滑樹脂層的涂覆以及高級離型紙的貼附，使用的設備為市場上常見的涂覆設備，通過控制質量的變化調整樹脂層的厚度，涂覆完成后在低溫的條件下烘干。第二次涂覆主要為硬化樹脂層的涂覆，通過控制硬化樹脂的涂覆量來調整硬化層的厚度。其中表層硬化樹脂層和高級離型紙層相互滲透，在一定的程度上進一步增加了表層樹脂的強度和致密性。

2.3性能分析

潤滑墊板的吸熱和潤滑功能主要是由結構層中潤滑、吸熱樹脂層來實現(xiàn)的，該層樹脂主要是由低熔點的樹脂和潤滑樹脂組成，樹脂層的熔融溫度范圍為50 ℃ ～ 65 ℃［2］。鉆孔時鉆頭入鉆PCB板材摩擦生熱表面產(chǎn)生較高的溫度，在進一步入鉆潤滑墊板時，潤滑墊板中的樹脂層通過熔融吸收鉆針表面的熱量，從而降低鉆頭表面的溫度，另外樹脂熔融后樹脂中的潤滑成分可以對鉆頭的入鉆部分表面進行潤滑和清洗，提高下次入鉆的效率，樹脂層的差熱分析見圖3。

圖3　吸熱、潤滑樹脂層差熱分析圖

潤滑墊板表層的硬化樹脂層是由一種常溫固化的樹脂組成，其添加固化劑后在1分鐘內(nèi)能夠固化完全，并且其硬度比較高，達到了80～85。略低于酚醛墊板，但是高于其他的墊板。行業(yè)使用的是邵氏硬度計，采用的是穿刺原理來測量硬度，在實際的測量過程中硬化樹脂層已經(jīng)被刺穿，測得硬度實際值為纖維板的硬度，與實際的硬度存在較大的區(qū)別，不過其在抑制底部披鋒性能方面還是比較卓越的。

表2　各種墊板硬度表格

墊板表面的平整度和致密性對墊板的鉆孔也有很大影響，通過拍攝微觀形貌圖我們可以發(fā)現(xiàn)潤滑墊板的表面平整度和致密度與采用熱壓工藝的密胺板類似，符合鉆孔加工的需求。而國外同類產(chǎn)品表面粗糙、凹凸不平性能欠佳。

2.4樹脂吸熱性能分析

采用紅外測溫儀對潤滑墊板的吸熱效果進行測量，測試溫度為其退刀時鉆尖出孔瞬間的溫度，比實際的溫度數(shù)值可能要偏低，不過其在一定程度上還是可以反饋出溫度的變化。同時為了防止其他因素對溫度的影響，本次測試鉆孔只有PCB板材和墊板，測試參數(shù)如下，墊板選擇了應用普遍與性能優(yōu)的酚醛墊板和國外同類產(chǎn)品進行對比研究。

溫度變化結情況如表3所示，圖中給出了在7.5分鐘的鉆孔時間段內(nèi)，紅外測溫儀以固定的頻率掃描到的溫度變化。在三種墊板的溫度測試中以酚醛墊板的溫度為最高，國內(nèi)外同類產(chǎn)品次之潤滑墊板最低。酚醛墊板是一種熱壓成型的墊板，材料致密硬度高鉆孔產(chǎn)生的熱量較多，再加上其沒有吸熱樹脂層所以溫度達到最高。國外的同類產(chǎn)品和潤滑墊板的溫度比較接近，且比酚醛板的要低，說明吸熱、潤滑層起到了一定的吸熱作用，而潤滑墊板的溫度更低，說明其樹脂層的吸熱效果更加明顯。

表3　紅外測試樹脂表

表4　鉆孔參數(shù)表

3　鉆孔實例

將潤滑墊板與上述墊板進行鉆孔實驗，得出以下實驗結果。

3.1孔位精度

孔位精度方面三種樣品之間相差不大，其中以酚醛墊板的最好，潤滑墊板居中，同類產(chǎn)品最差。

3.2鉆頭磨損

鉆頭磨損方面3種樣品以酚醛板的稍微偏大，鉆尖韌槽磨損嚴重，并且有崩邊，其他倆種比較輕微。另外在鉆頭的韌槽上，酚醛墊板和國外同類產(chǎn)品有較多的粉屑殘留，潤滑墊板韌槽沒有粉屑殘留，說明潤滑墊板具有潤滑和清洗鉆頭的效果。

圖4　孔壁質量分析圖

3.3孔壁質量

對3種樣品鉆孔的板材做切片分析其孔壁質量，著重對孔壁粗糙度、釘頭、披鋒進行分析，詳細情況見圖4。

由上述圖表可知，在此3種墊板孔壁質量中潤滑墊板的質量最好，尤其在釘頭中潤滑墊板基本上沒有什么釘頭（銅層厚30 μm），而酚醛墊板和國外同類墊板釘頭超標均超過了1.5倍銅層的厚度。另外在披鋒和孔粗方面3種墊板均符合使用要求，但是相對來說潤滑墊板會更低一些?？傮w來說潤滑墊板在鉆孔的各項測試中除孔位精度外，其他各方面均有比較大的優(yōu)勢。

表5　孔位精度分析表

表6　鉆針磨損分析表

4　結論

潤滑墊板為一功能型墊板，在其接近表面處有一層特殊的吸熱、潤滑樹脂層，具備降溫潤滑的功效，在其表面有一層高硬度的樹脂，樹脂形成的表面致密均勻平整，可有效的防止底部毛刺的產(chǎn)生。在孔壁質量方面其對孔壁粗糙度、釘頭、底部披鋒均有較好的抑制作用。而在孔位精度方面，由于其是位于基板的底部，鉆頭完成鉆孔過程后在入鉆墊板，因此在該方面改良效果甚微。

［1］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.

［2］羅小陽，秦先志，張倫強，周虎. 一種新型涂樹脂鋁箔蓋板（MVC）新能分析和應用［J］. 印制電路信息，2012.3，24-27.

唐甲林，技術中心研發(fā)工程師。

The preparation and application of the high thermolysis and lubrication characteristic plate using in PCB mechanical drilling

TANG Jia-lin QIN Xian-zhi LUO Xiao-yang CHANG Li-ling

This paper mainly studied the preparation and application of a high thermolysis plate using in PCB mechanical drilling， and introduced the operational principle of high thermolysis. The application of this plate used in high-frequency boards and high Tg plate were well studied and the comparative study of PCB drilling between this plate and Phenolic plate， melamine plate was conducted too. Meanwhile the preparation technology of this plate was introduced briefly.

PCB Backup Plate； Thermolysis Plate； PCB Drilling

TN41

A

1009-0096（2015）08-0051-05