周 虎 陳 建 黃昭政

（湖南科技大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖南 湘潭 411201）

羅小陽 唐甲林 秦先志

（深圳市柳鑫實(shí)業(yè)有限公司， 廣東 深圳 518107）

PCB（Printed Circuit Board）是印制電路板的簡稱[1]。印刷電路板是組裝電子零件用的基板，是在通用基材上按預(yù)定設(shè)計(jì)形成點(diǎn)間連接及印制元件的印制板。PCB是電子產(chǎn)品的關(guān)鍵電子互連件，有“電子產(chǎn)品之母”之稱[2]。PCB在實(shí)際應(yīng)用時，由于走線、結(jié)構(gòu)、過電流等的需要，需要進(jìn)行鉆孔操作。為了保護(hù)PCB板材，以及提高鉆孔的定位精度，往往需要在PCB鉆孔時，放上一層蓋板材料[3]。

目前，國內(nèi)大部分生產(chǎn)的蓋板為熱固性的酚醛樹脂板，這類蓋板技術(shù)成熟，在一定程度上能夠滿足常規(guī)的鉆孔要求，是市場上主流的產(chǎn)品[4]。然而，隨著PCB高度致密化的發(fā)展及對可靠性要求的不斷提高，這類酚醛樹脂蓋板由于本身結(jié)構(gòu)性能上的特點(diǎn)，已經(jīng)不能夠滿足這些高、精、尖類PCB產(chǎn)品的鉆孔需要[5]。發(fā)展新型的性能優(yōu)越、成本合理、能夠滿足高端PCB鉆孔需要的蓋板成為了蓋板生產(chǎn)企業(yè)的重要研究目標(biāo)[6]。

本研究主要使用聚乙二醇（PEG）、聚環(huán)氧乙烷（PEO）、粘結(jié)樹脂等為基本涂層材料，以鋁箔為基材，制備高性能的PCB鉆孔用鋁基蓋板材料。通過對所制備的PCB鋁基蓋板的基本性能進(jìn)行了分析和測試，初步推斷該鋁基蓋板有望在提高鉆孔精度、延長鉆頭使用壽命、PCB鉆孔后易于清洗等方面發(fā)揮其優(yōu)異的性能。目前，國內(nèi)對PCB鉆孔用高性能鋁基蓋板的研究較少，且市場上沒有國內(nèi)自主開發(fā)的成熟產(chǎn)品，本研究有望為國內(nèi)PCB鉆孔向高精度方向發(fā)展提供技術(shù)保障。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑

PEG （分子量4000，6000，10000，20000），天津科密歐化學(xué)試劑有限公司；PEO（分子量50000），吉林環(huán)球精細(xì)化工有限公司、流平劑（德國明凌公司）、蠟乳液（美國麥可門有限公司）、水性粘結(jié)樹脂，實(shí)驗(yàn)室自制；鋁箔，深圳市柳鑫實(shí)業(yè)有限公司提供。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)的方法如下：

（1）按照一定比例稱取PEG、PEO、水溶性粘結(jié)樹脂、蒸餾水等，混合并充分?jǐn)嚢枋筆EG和PEO溶解，得到混合溶液；

（2）在（1）配好的溶液中加入一定量的助劑（流平劑、蠟乳液等），攪拌使其與溶液充分混合均勻，靜置消泡后即得涂層膠液；

（3）將配好的涂層膠液利用輥涂機(jī)涂覆于鋁箔上，將涂覆有膠液的鋁箔一起送入干燥箱內(nèi)干燥，控制好干燥時間，待干燥完畢即得PCB鉆孔用鋁基蓋板；

（4）對PCB鉆孔用鋁基蓋板的形貌、熱熔性、水溶性、鉆孔精度等基本性能進(jìn)行測試和分析。

1.3 儀器分析

產(chǎn)品的表面和截面形貌分析采用日本JEOL公司掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀察。具體分析涂層的表面平整度，截面形貌結(jié)構(gòu)等。為了便于觀察，涂層表面進(jìn)行噴金處理，根據(jù)需要選擇一定的放大倍數(shù)。

涂層的吸熱性能以及相轉(zhuǎn)變溫度采用德國NETZSCH公司200PC型DSC（Differential Scanning Calorimetry）熱分析儀測試，氮?dú)鈿夥眨瑯悠分? mg～ 10 mg，溫度區(qū)間為-50℃ ～ 200℃，升溫速率5 ℃/min，用液氮進(jìn)行降溫。為了消除樣品的熱歷史，DSC分析曲線均采用第二次的升溫曲線。

1.4 鉆孔性能測試

測試產(chǎn)品的鉆孔性能時，實(shí)驗(yàn)鉆孔直徑為0.25 mm；疊數(shù)為1pcs /stack；測試板料為S1000-2，板厚為1.9 mm；測試機(jī)為日本Hitachi公司，轉(zhuǎn)速為160 kr/min，分三步鉆。所測試的產(chǎn)品厚度為0.1 mm，涂層厚度為35 μm±5 μm。

2 結(jié)果與討論

性能是應(yīng)用的關(guān)鍵。只有性能優(yōu)良的鋁基蓋板，才能在PCB鉆孔領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。因此，我們對所制備的PCB鉆孔用鋁基蓋板的基本性能進(jìn)行了初步分析。

2.1 產(chǎn)品涂層表面形貌分析

掃描電子顯微鏡已廣泛用于材料科學(xué)（金屬材料、非金屬材料、納米材料）、冶金、工業(yè)生產(chǎn)中的產(chǎn)品質(zhì)量鑒定及生產(chǎn)工藝控制等。因此，本研究采用SEM對產(chǎn)品的表面和截面的形貌進(jìn)行了初步分析。

產(chǎn)品的表面形貌如圖1中的A、B、C、D所示，其中A、B、C、D分別為放大50倍，100倍，200倍，500倍的形貌圖。為了便于觀察，樣品的表層在測試前進(jìn)行了噴金處理。由圖1分析可以看出，產(chǎn)品涂層的表面較為平整，這樣有利于提高打孔的精度和提高鉆孔的使用壽命。

2.2 產(chǎn)品涂層截面形貌分析

采用掃描電子顯微鏡（SEM）對產(chǎn)品的截面形貌也進(jìn)行分析，以確定鋁箔上的涂層的兼容性和結(jié)構(gòu)特征。具體如圖2所示。

圖1 產(chǎn)品涂層表面形貌

圖2 產(chǎn)品涂層截面形貌

從圖2中的A圖可以看出，產(chǎn)品的涂層與鋁箔結(jié)合較為緊密，沒有明顯的界面存在，這說明涂層中所用粘合劑對鋁箔的結(jié)合力較強(qiáng) 。同時，從B、C、D圖可以看出，鋁箔的表面僅具有一個比較均勻的涂層，這說明涂層中粘合劑成分和潤滑劑成分相容性好，無明顯的相分離結(jié)構(gòu)。這樣，在利用該蓋板進(jìn)行鉆孔時，涂層可以起到固定鉆頭位置和降低鉆頭溫度的雙重作用。

2.3 產(chǎn)品的吸熱性能分析

通過對產(chǎn)品的DSC分析，可以確定有效成分的熔點(diǎn)和分解溫度等，這樣就可以確定涂層的吸熱性能以及涂層對鉆孔的降溫作用。

從DSC分析可以看出，在升溫曲線上，涂層出現(xiàn)了一個結(jié)晶熔融峰，這說明涂層中含有常溫結(jié)晶的物質(zhì)，即實(shí)驗(yàn)中采用的不同分子量的PEG（PEO），且兩種物質(zhì)具有良好的兼容性。此外，熔融溫度在65 ℃左右，可以推測PEG的熔融轉(zhuǎn)變是一個吸收熱量的過程，在使用蓋板進(jìn)行鉆孔時，PEG的熔化可以帶走鉆頭大量的熱量，從而降低鉆頭的溫度，降低斷鉆率。另一方面，PEG在熔化后變成液體會對鉆頭起到潤滑作用。因此，可以推測產(chǎn)品中含有的兩種PEG（PEO）可對鉆頭起到潤滑和降低溫度的雙重作用。

圖3 產(chǎn)品涂層的DSC分析

2.4 產(chǎn)品涂層水溶性測定

通過對產(chǎn)品涂層的水溶性分析，可以得到水對產(chǎn)品涂層的溶解性能。具體測試結(jié)果如圖4（a）和（b）所示。圖4（a）為未經(jīng)處理的PCB鉆孔用鋁基蓋板形貌，圖4（b）為PCB鉆孔用鋁基蓋板涂層上滴加水后所得形貌。

圖4 產(chǎn)品的水溶性分析

由圖4（a）和（b）的對比分析可知，當(dāng)?shù)渭铀?，產(chǎn)品表面立即變白?？梢姡呀?jīng)開始浸入涂層里。用玻璃棒在滴水的涂層上輕輕攪動，此時滴加水的涂層猶如粘稠的液體一般（如圖（b）中間白色區(qū)域所示）。由此可見，所制得的PCB鋁基蓋板的涂層具有較好的水溶性。這樣，利用PCB鋁基蓋板在鉆孔時，即使殘留一部分涂層渣屑于PCB板孔內(nèi)，也容易用水沖洗去除。

2.5 產(chǎn)品鉆孔性能分析

由以上分析可以看出，所制備的涂膠鋁箔的基本性能已經(jīng)完全滿足了PCB鉆孔用蓋板的要求。因此，我們對PCB鉆孔用鋁基蓋板的鉆孔性能進(jìn)一步進(jìn)行了分析和測試。從測試結(jié)果初步判斷使用涂膠鋁箔鉆孔比常規(guī)鋁片斷刀率較低，且磨損不嚴(yán)重。另外，還對涂膠鋁箔在鉆孔精度方面與常規(guī)鋁箔進(jìn)行了對比測試，表1為涂膠鋁箔鉆孔精度分析，其中Cpk（Complex Process Capability Index 的縮寫）是現(xiàn)代企業(yè)用于表示制程能力的指標(biāo)，Cpk值越大表示品質(zhì)越佳。

表1 產(chǎn)品鉆孔性能分析

從表1分析可以看出，涂膠鋁箔和常規(guī)鋁箔的定位精度均可以滿足鉆孔的要求（孔位精度均大于1.33），但涂膠鋁箔（厚度0.1 mm）在孔位精度方面優(yōu)于常規(guī)鋁箔（厚度為0.07 mm）?？梢姡磕z鋁箔在斷刀率，孔位精度等方面均要優(yōu)于常規(guī)鋁箔，這主要是因?yàn)橥磕z鋁箔的涂層具有固定鉆頭，潤滑鉆頭和降低鉆頭溫度的多重效果。

3 結(jié)論

（1）通過SEM對產(chǎn)品的表面和截面的形貌分析發(fā)現(xiàn)：產(chǎn)品涂層的表面相對平整，有利于提高鉆孔的精度和提高鉆頭的使用壽命；產(chǎn)品的涂層與鋁箔結(jié)合較為緊密，沒有明顯的界面存在，且涂層中粘合劑成分和潤滑劑成分相容性好，無明顯的相分離結(jié)構(gòu)。

（2）由DSC分析可知，鋁基蓋板涂層的吸熱性能良好，有利于在打孔時帶走鉆頭的部分熱量，降低鉆頭的溫度，保護(hù)鉆頭。同時，涂層的水溶性也較好，即使在鉆孔時涂層中成分被鉆頭帶入PCB板材，也容易用水沖洗掉。

（3）利用涂膠鋁箔進(jìn)行鉆孔測試表明，由于涂膠鋁箔的涂層中含有大量的具有固定鉆頭，潤滑鉆頭和降低鉆頭溫度的多重效果的樹脂，使用涂膠鋁箔鉆孔比常規(guī)鋁箔的斷刀率要低，且磨損不嚴(yán)重；在孔位精度方面，也要優(yōu)于常規(guī)鋁片。

[1]金鴻, 陳森.印制電路技術(shù)[M].北京市:化學(xué)工業(yè)出版社, 2009:91-93.

[2]黃志東, 楊曉新, 林旭榮.PCB行業(yè)發(fā)展及對CCL的影響[J].覆銅板資訊, 2009, 5(1): 9.

[3]小松真也, 吉田太郎.鉆孔用蓋板[P].中國專利:200810187337.2,2008-12-26.

[4]湖南卓揚(yáng)電路板材料有限公司.PCB鉆孔專用密胺墊板[P].中國專利: CN200820093501.9, 2008.

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

[6]Shingo Kaburagi,Yoshikazu Uda,Susumu Takada.Entry boards for use in drilling small holes[P].US:6890664B2,2005.