PCB钻孔用涂胶铝基盖板的制备及其性能分析

2011-07-31黄昭政

印制电路信息 2011年9期

周虎陈建黄昭政

（湖南科技大学化学化工学院，湖南湘潭 411201）

罗小阳唐甲林秦先志

（深圳市柳鑫实业有限公司，广东深圳 518107）

PCB（Printed Circuit Board）是印制电路板的简称[1]。印刷电路板是组装电子零件用的基板，是在通用基材上按预定设计形成点间连接及印制元件的印制板。PCB是电子产品的关键电子互连件，有“电子产品之母”之称[2]。PCB在实际应用时，由于走线、结构、过电流等的需要，需要进行钻孔操作。为了保护PCB板材，以及提高钻孔的定位精度，往往需要在PCB钻孔时，放上一层盖板材料[3]。

目前，国内大部分生产的盖板为热固性的酚醛树脂板，这类盖板技术成熟，在一定程度上能够满足常规的钻孔要求，是市场上主流的产品[4]。然而，随着PCB高度致密化的发展及对可靠性要求的不断提高，这类酚醛树脂盖板由于本身结构性能上的特点，已经不能够满足这些高、精、尖类PCB产品的钻孔需要[5]。发展新型的性能优越、成本合理、能够满足高端PCB钻孔需要的盖板成为了盖板生产企业的重要研究目标[6]。

本研究主要使用聚乙二醇（PEG）、聚环氧乙烷（PEO）、粘结树脂等为基本涂层材料，以铝箔为基材，制备高性能的PCB钻孔用铝基盖板材料。通过对所制备的PCB铝基盖板的基本性能进行了分析和测试，初步推断该铝基盖板有望在提高钻孔精度、延长钻头使用寿命、PCB钻孔后易于清洗等方面发挥其优异的性能。目前，国内对PCB钻孔用高性能铝基盖板的研究较少，且市场上没有国内自主开发的成熟产品，本研究有望为国内PCB钻孔向高精度方向发展提供技术保障。

1 实验部分

1.1 主要试剂

PEG （分子量4000，6000，10000，20000），天津科密欧化学试剂有限公司；PEO（分子量50000），吉林环球精细化工有限公司、流平剂（德国明凌公司）、蜡乳液（美国麦可门有限公司）、水性粘结树脂，实验室自制；铝箔，深圳市柳鑫实业有限公司提供。

1.2 实验方法

本实验的方法如下：

（1）按照一定比例称取PEG、PEO、水溶性粘结树脂、蒸馏水等，混合并充分搅拌使PEG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剂（流平剂、蜡乳液等），搅拌使其与溶液充分混合均匀，静置消泡后即得涂层胶液；

（3）将配好的涂层胶液利用辊涂机涂覆于铝箔上，将涂覆有胶液的铝箔一起送入干燥箱内干燥，控制好干燥时间，待干燥完毕即得PCB钻孔用铝基盖板；

（4）对PCB钻孔用铝基盖板的形貌、热熔性、水溶性、钻孔精度等基本性能进行测试和分析。

1.3 仪器分析

产品的表面和截面形貌分析采用日本JEOL公司扫描电子显微镜进行观察。具体分析涂层的表面平整度，截面形貌结构等。为了便于观察，涂层表面进行喷金处理，根据需要选择一定的放大倍数。

涂层的吸热性能以及相转变温度采用德国NETZSCH公司200PC型DSC（Differential Scanning Calorimetry）热分析仪测试，氮气气氛，样品重5 mg～ 10 mg，温度区间为-50℃ ～ 200℃，升温速率5 ℃/min，用液氮进行降温。为了消除样品的热历史，DSC分析曲线均采用第二次的升温曲线。

1.4 钻孔性能测试

测试产品的钻孔性能时，实验钻孔直径为0.25 mm；叠数为1pcs /stack；测试板料为S1000-2，板厚为1.9 mm；测试机为日本Hitachi公司，转速为160 kr/min，分三步钻。所测试的产品厚度为0.1 mm，涂层厚度为35 μm±5 μm。

2 结果与讨论

性能是应用的关键。只有性能优良的铝基盖板，才能在PCB钻孔领域得到广泛的应用。因此，我们对所制备的PCB钻孔用铝基盖板的基本性能进行了初步分析。

2.1 产品涂层表面形貌分析

扫描电子显微镜已广泛用于材料科学（金属材料、非金属材料、纳米材料）、冶金、工业生产中的产品质量鉴定及生产工艺控制等。因此，本研究采用SEM对产品的表面和截面的形貌进行了初步分析。

产品的表面形貌如图1中的A、B、C、D所示，其中A、B、C、D分别为放大50倍，100倍，200倍，500倍的形貌图。为了便于观察，样品的表层在测试前进行了喷金处理。由图1分析可以看出，产品涂层的表面较为平整，这样有利于提高打孔的精度和提高钻孔的使用寿命。

2.2 产品涂层截面形貌分析

采用扫描电子显微镜（SEM）对产品的截面形貌也进行分析，以确定铝箔上的涂层的兼容性和结构特征。具体如图2所示。

图1 产品涂层表面形貌

图2 产品涂层截面形貌

从图2中的A图可以看出，产品的涂层与铝箔结合较为紧密，没有明显的界面存在，这说明涂层中所用粘合剂对铝箔的结合力较强。同时，从B、C、D图可以看出，铝箔的表面仅具有一个比较均匀的涂层，这说明涂层中粘合剂成分和润滑剂成分相容性好，无明显的相分离结构。这样，在利用该盖板进行钻孔时，涂层可以起到固定钻头位置和降低钻头温度的双重作用。

2.3 产品的吸热性能分析

通过对产品的DSC分析，可以确定有效成分的熔点和分解温度等，这样就可以确定涂层的吸热性能以及涂层对钻孔的降温作用。

从DSC分析可以看出，在升温曲线上，涂层出现了一个结晶熔融峰，这说明涂层中含有常温结晶的物质，即实验中采用的不同分子量的PEG（PEO），且两种物质具有良好的兼容性。此外，熔融温度在65 ℃左右，可以推测PEG的熔融转变是一个吸收热量的过程，在使用盖板进行钻孔时，PEG的熔化可以带走钻头大量的热量，从而降低钻头的温度，降低断钻率。另一方面，PEG在熔化后变成液体会对钻头起到润滑作用。因此，可以推测产品中含有的两种PEG（PEO）可对钻头起到润滑和降低温度的双重作用。

图3 产品涂层的DSC分析

2.4 产品涂层水溶性测定

通过对产品涂层的水溶性分析，可以得到水对产品涂层的溶解性能。具体测试结果如图4（a）和（b）所示。图4（a）为未经处理的PCB钻孔用铝基盖板形貌，图4（b）为PCB钻孔用铝基盖板涂层上滴加水后所得形貌。

图4 产品的水溶性分析

由图4（a）和（b）的对比分析可知，当滴加水之后，产品表面立即变白。可见，水已经开始浸入涂层里。用玻璃棒在滴水的涂层上轻轻搅动，此时滴加水的涂层犹如粘稠的液体一般（如图（b）中间白色区域所示）。由此可见，所制得的PCB铝基盖板的涂层具有较好的水溶性。这样，利用PCB铝基盖板在钻孔时，即使残留一部分涂层渣屑于PCB板孔内，也容易用水冲洗去除。

2.5 产品钻孔性能分析

由以上分析可以看出，所制备的涂胶铝箔的基本性能已经完全满足了PCB钻孔用盖板的要求。因此，我们对PCB钻孔用铝基盖板的钻孔性能进一步进行了分析和测试。从测试结果初步判断使用涂胶铝箔钻孔比常规铝片断刀率较低，且磨损不严重。另外，还对涂胶铝箔在钻孔精度方面与常规铝箔进行了对比测试，表1为涂胶铝箔钻孔精度分析，其中Cpk（Complex Process Capability Index 的缩写）是现代企业用于表示制程能力的指标，Cpk值越大表示品质越佳。

表1 产品钻孔性能分析

从表1分析可以看出，涂胶铝箔和常规铝箔的定位精度均可以满足钻孔的要求（孔位精度均大于1.33），但涂胶铝箔（厚度0.1 mm）在孔位精度方面优于常规铝箔（厚度为0.07 mm）。可见，涂胶铝箔在断刀率，孔位精度等方面均要优于常规铝箔，这主要是因为涂胶铝箔的涂层具有固定钻头，润滑钻头和降低钻头温度的多重效果。