高散热性、润滑性PCB机械钻孔用垫板的制备和应用

唐甲林　秦先志　罗小阳　常丽玲（深圳柳鑫实业有限公司，广东 深圳 518106）

高散热性、润滑性PCB机械钻孔用垫板的制备和应用

唐甲林秦先志罗小阳常丽玲
（深圳柳鑫实业有限公司，广东 深圳 518106）

文章主要研究了一种高散热性的PCB机械钻孔用垫板，详细阐述其散热性和润滑性能的工作原理，研究其树脂特性和在钻孔时的散热性能。论证了该垫板在PCB机械钻孔中高频板、高Tg板中的应用以及和市场上常规的酚醛类垫板、蜜胺类的钻孔性能对比。另外本论文还简要介绍了该垫板的制备工艺。

PCB垫板；散热垫板；PCB钻孔

1　前言

垫板是PCB机械钻孔不可或缺的一种辅助材料，它具有防止PCB底部披锋，保护钻机台面的作用，目前市场上现有的垫板主要有普通纤维板、复合板、酚醛板、环氧树脂板、蜜胺板等，其中以采用热压工艺的酚醛板品质最为优良，其拥有其它垫板没有的致密性、平整性和硬度。但是随着PCB多层化、积层化、功能化、集成化和轻、薄、短、小化的趋势越来与明显［1］，其对垫板提出了更高的品质和功能要求。在PCB钻孔行业中一些多层板、汽车板等比较厚的板材，在钻孔时钻针发热和磨损均比较严重极易断针，钻孔效率低下，据调查目前在国外市场有一种表面涂覆吸热树脂的垫板可以有效的解决钻针发热的问题，但是由于其表面比较软对底部的披锋的产生抑制作用有限，实际应用效果也不是很明显。本文要介绍的润滑垫板是一种功能性垫板，其对垫板表层的树脂进行改良使其拥有更好的吸热和润滑性能，同时其在表面涂覆一层硬化树脂增加表面的硬度，用于解决底部披锋的问题。

2　性能介绍

2.1结构分析

润滑垫板的结构分为4层（图1），其中包括2层结构层，2层树脂层，结构层为一纤维板基材层和一高级离型纸结构层，树脂层包括散热、润滑树脂层和硬化树脂层。散热、润滑层是润滑垫板的主要功能层，它是由低熔点的水溶树脂和润滑树脂组成，可以达到降温润滑的效果。表面的硬化树脂层主要是增加垫板表面的硬度，防止钻孔时底部出现毛刺，另外它渗透到高级离型纸层中填补和修复垫板的表面缺陷以及隔绝润滑层和外界水分的接触，防止吸潮。

图1　润滑垫板结构图

表1　润滑垫板成分及功能表

2.2润滑垫板的制备

润滑垫板的制备工艺比较简单，操作容易，具体见图2。

图2　润滑垫板的工艺图

图2中第一次涂覆包括吸热、润滑树脂层的涂覆以及高级离型纸的贴附，使用的设备为市场上常见的涂覆设备，通过控制质量的变化调整树脂层的厚度，涂覆完成后在低温的条件下烘干。第二次涂覆主要为硬化树脂层的涂覆，通过控制硬化树脂的涂覆量来调整硬化层的厚度。其中表层硬化树脂层和高级离型纸层相互渗透，在一定的程度上进一步增加了表层树脂的强度和致密性。

2.3性能分析

润滑垫板的吸热和润滑功能主要是由结构层中润滑、吸热树脂层来实现的，该层树脂主要是由低熔点的树脂和润滑树脂组成，树脂层的熔融温度范围为50 ℃ ～ 65 ℃［2］。钻孔时钻头入钻PCB板材摩擦生热表面产生较高的温度，在进一步入钻润滑垫板时，润滑垫板中的树脂层通过熔融吸收钻针表面的热量，从而降低钻头表面的温度，另外树脂熔融后树脂中的润滑成分可以对钻头的入钻部分表面进行润滑和清洗，提高下次入钻的效率，树脂层的差热分析见图3。

图3　吸热、润滑树脂层差热分析图

润滑垫板表层的硬化树脂层是由一种常温固化的树脂组成，其添加固化剂后在1分钟内能够固化完全，并且其硬度比较高，达到了80～85。略低于酚醛垫板，但是高于其他的垫板。行业使用的是邵氏硬度计，采用的是穿刺原理来测量硬度，在实际的测量过程中硬化树脂层已经被刺穿，测得硬度实际值为纤维板的硬度，与实际的硬度存在较大的区别，不过其在抑制底部披锋性能方面还是比较卓越的。

表2　各种垫板硬度表格

垫板表面的平整度和致密性对垫板的钻孔也有很大影响，通过拍摄微观形貌图我们可以发现润滑垫板的表面平整度和致密度与采用热压工艺的密胺板类似，符合钻孔加工的需求。而国外同类产品表面粗糙、凹凸不平性能欠佳。

2.4树脂吸热性能分析

采用红外测温仪对润滑垫板的吸热效果进行测量，测试温度为其退刀时钻尖出孔瞬间的温度，比实际的温度数值可能要偏低，不过其在一定程度上还是可以反馈出温度的变化。同时为了防止其他因素对温度的影响，本次测试钻孔只有PCB板材和垫板，测试参数如下，垫板选择了应用普遍与性能优的酚醛垫板和国外同类产品进行对比研究。

温度变化结情况如表3所示，图中给出了在7.5分钟的钻孔时间段内，红外测温仪以固定的频率扫描到的温度变化。在三种垫板的温度测试中以酚醛垫板的温度为最高，国内外同类产品次之润滑垫板最低。酚醛垫板是一种热压成型的垫板，材料致密硬度高钻孔产生的热量较多，再加上其没有吸热树脂层所以温度达到最高。国外的同类产品和润滑垫板的温度比较接近，且比酚醛板的要低，说明吸热、润滑层起到了一定的吸热作用，而润滑垫板的温度更低，说明其树脂层的吸热效果更加明显。

表3　红外测试树脂表

表4　钻孔参数表

3　钻孔实例

将润滑垫板与上述垫板进行钻孔实验，得出以下实验结果。

3.1孔位精度

孔位精度方面三种样品之间相差不大，其中以酚醛垫板的最好，润滑垫板居中，同类产品最差。

3.2钻头磨损

钻头磨损方面3种样品以酚醛板的稍微偏大，钻尖韧槽磨损严重，并且有崩边，其他俩种比较轻微。另外在钻头的韧槽上，酚醛垫板和国外同类产品有较多的粉屑残留，润滑垫板韧槽没有粉屑残留，说明润滑垫板具有润滑和清洗钻头的效果。

图4　孔壁质量分析图

3.3孔壁质量

对3种样品钻孔的板材做切片分析其孔壁质量，着重对孔壁粗糙度、钉头、披锋进行分析，详细情况见图4。

由上述图表可知，在此3种垫板孔壁质量中润滑垫板的质量最好，尤其在钉头中润滑垫板基本上没有什么钉头（铜层厚30 μm），而酚醛垫板和国外同类垫板钉头超标均超过了1.5倍铜层的厚度。另外在披锋和孔粗方面3种垫板均符合使用要求，但是相对来说润滑垫板会更低一些。总体来说润滑垫板在钻孔的各项测试中除孔位精度外，其他各方面均有比较大的优势。

表5　孔位精度分析表

表6　钻针磨损分析表

4　结论

润滑垫板为一功能型垫板，在其接近表面处有一层特殊的吸热、润滑树脂层，具备降温润滑的功效，在其表面有一层高硬度的树脂，树脂形成的表面致密均匀平整，可有效的防止底部毛刺的产生。在孔壁质量方面其对孔壁粗糙度、钉头、底部披锋均有较好的抑制作用。而在孔位精度方面，由于其是位于基板的底部，钻头完成钻孔过程后在入钻垫板，因此在该方面改良效果甚微。

［1］周虎，罗小阳，陈健. 涂胶PCB铝基盖板的制备及其性能分析［J］. 印制电路信息，2011.9，31-34.

［2］罗小阳，秦先志，张伦强，周虎. 一种新型涂树脂铝箔盖板（MVC）新能分析和应用［J］. 印制电路信息，2012.3，24-27.

唐甲林，技术中心研发工程师。

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