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PCB鉆孔用不同類型墊板的鉆孔性能對比

發布時間:2018-10-14      發布人:admin


  1 前言

      印制電路板(簡稱PCB)鉆孔用墊板是在印制電路板機械鉆孔時置加工板下面,用

    于保護加工板和鉆機、貫穿加工板、改善鉆孔品質,是印制電路板機械鉆孔不可缺少

    的鉆孔輔助材料。

   由于體積電路IC(Integrated Circuit)的出現,電子設備的構造明顯往輕薄短小

    的方向發展,線路接點的增加促進配線密度隨之提高,為提升連接密度電路板再度向

    多層板推進,并形成以鍍通孔方式制作多層印制電路板,這些通孔主要提供兩種功能

    即導通層間線路和安裝通孔式元件,為促使電路板的密度提高、層數降低、組裝方便,

    表面貼附式的電子元件被大量使用,除了特定的端子及工具孔會采用大孔徑設計外,

    純為導通用的孔幾乎都盡量采用最小孔設計以降低占用面積[1]。目前印制電

    路板的導通孔常采用機械鉆孔和激光鉆孔,一般孔徑在0.1mm及以上的通孔多采用機

    械鉆孔,而孔徑在0.1mm及以下的盲孔多采用激光鉆孔[2]。

      早期印制電路板的機械鉆孔,墊板主要作用是貫穿加工板和保護加工板與鉆機,

    隨著PCB鉆孔技術的發展和需求的提高,PCB鉆孔工程們逐步發現不同材料和品質的

    墊板對鉆孔性能有著不同的輔助效果,如減少下披鋒、提高孔精度、降低鉆屑殘留、

    降低鉆針磨損和溫度、清潔鉆針等。因此,在PCB發展的不同時期逐步出現了多種

    類型的墊板材料,從早期的一些酚醛樹脂墊板和環氧樹脂墊板,到后來的中低密度

    木纖板,發展到現在的高密度木纖板、改性酚醛紙墊板、蜜胺木墊板(或蜜胺木纖

    板)、酚醛木墊板(或酚醛木纖板)、UV素板(或涂UV樹脂木纖板),并出現了一些特

    殊型、功能型墊板如美國LCOA的瓦鑼墊板和潤滑墊板、柳鑫的鋁箔復合木墊板(或

    鋁箔復合酚醛型木纖板)。迫于鉆孔技術的要求和成本控制的壓力,經過近幾十年

    的發展,目前PCB機械鉆孔常用墊板以高密度木纖板、蜜胺木墊板、酚醛紙墊板、

    酚醛木墊板、UV素板為主,以及少量的特殊型墊板如潤滑墊板和鋁箔復合木墊板。

  接下來本文將對目前市場上常用的鉆孔墊板:高密度木纖板、UV素板、酚醛

    木墊板、蜜胺木墊板 (包括冷貼型、快壓型、熱壓型)、酚醛紙墊板進行PCB鉆孔性

    能研究,對比各不同類型墊板對不同孔徑鉆孔性能的影響程度。

  2 實驗過程

  2.1 實驗材料

      高密度木纖板、UV 素板、酚醛木墊板、冷貼型蜜胺木墊板、快壓型蜜胺木墊

    板、熱壓型蜜胺木墊板、酚醛紙墊板 各 5pnl;0.15mm(金洲 A129UCWQ-3.0)、0.20

    mm(金洲A129UCSN-3.5)、0.35mm(金洲 A129UCSN-5.5)鉆針 各 10bits;0.15mm 普

    通鋁片蓋板5pnls;Hitachi E679FG 1/1 0.8mm(雙面板) 10pnls、HF H/H 1.6mm(10L

    ayer) 10pnls;壓克力膠。

  2.2 實驗儀器及設備

      Hitachi ND-6N210E 鉆機、金相顯微鏡、孔位掃描儀、鉆頭磨損拍攝儀、磨邊

    機、真空壓力鍋。

  2.3 實驗設計

      本實驗是使用 PCB 用鉆孔設備進行 PCB 模擬鉆孔實驗,雖然會與 PCB 實際生

    產存在一定的差異,但重在同一水平線上平行對比測試,以觀察不同墊板對不同孔

    徑鉆孔的影響程度,不同墊板特性如表 1,實驗設計如表 2。

  

 

  

 

  3 實驗結果與分析

      對于機械鉆孔來說,PCB 一般鉆孔要求孔壁粗糙度≤30μm,孔位偏移量≤75μm,孔

  位精確度 CPK≥1.33,釘頭小于內層銅厚的 2 倍。在此鉆孔實驗中,重點對比評估鉆孔

  的孔位精確度、偏移量、孔壁粗糙度、鉆針磨損、斷鉆、披鋒等鉆孔性能。

      3.1 PCB 0.15mm 孔徑的不同墊板鉆孔結果與分析

  

 

  從表 3 實驗結果來看:

      從孔位偏移量和精確度方面分析對比,最佳為酚醛紙墊板,其次為熱壓型蜜胺木墊

  板和快壓型蜜胺木墊板。

      從孔壁粗糙度方面分析對比,最佳為熱壓型蜜胺木墊板,其次為酚醛木墊板和冷貼

  型蜜胺木墊板。

      從鉆針磨損方面分析對比,酚醛紙墊板相對大一些,其它墊板相當。

      從出現披鋒程度方面對比,最佳為熱壓型蜜胺木墊板,其次為酚醛紙墊板和快壓型

  蜜胺木墊板,高密度木纖板最差。

      綜合以上實驗結果和不同墊板特性分析來看,對于 PCB 的 0.15mm 孔徑鉆孔來說,

  鉆孔性能酚醛紙墊板>熱壓型蜜胺木墊板>快壓型蜜胺木墊板>冷貼型蜜胺木墊板>酚醛

  木墊板≈UV 素板>高密度木纖板,且不同特性墊板的鉆孔性能落差較大,隨著墊板材料

  的硬度和密度增大,其鉆孔性能越好,匹配性較好的墊板可選擇酚醛紙墊板、熱壓型蜜

  胺木墊板、快壓型蜜胺木墊板。

  3.2 PCB 0.20mm 孔徑的不同墊板鉆孔結果與分析

  

 

  從表 4 實驗結果來看:

      從孔位偏移量和精確度方面分析對比,最佳為酚醛紙墊板,其次為熱壓型蜜胺木墊

  板和快壓型蜜胺木墊板。

  從孔壁粗糙度方面分析對比,最佳為快壓型蜜胺木墊板,其次為酚醛紙墊板和熱壓

  型蜜胺木墊板。

  從鉆針磨損方面分析對比,酚醛紙墊板相對大一些,其它墊板相當。

  從出現披鋒程度方面對比,最佳為熱壓型蜜胺木墊板,其次為酚醛紙墊板和快壓型

  蜜胺木墊板,高密度木纖板最差。

      綜合以上實驗結果和不同墊板特性分析來看,對于 0.20mm 孔徑鉆孔來說,鉆孔性

  能酚醛紙墊板>熱壓型蜜胺木墊板>快壓型蜜胺木墊板>冷貼型蜜胺木墊板>UV 素板≈酚

  醛木墊板>高密度木纖板,且不同特性墊板的鉆孔性能落差減少,隨著墊板材料的硬度

  和密度增大,其鉆孔性能越好,匹配性較好的墊板可選擇酚醛紙墊板、熱壓型蜜胺木墊

  板、快壓型蜜胺木墊板。

  3.3 PCB 0.35mm 孔徑的不同墊板鉆孔結果與分析

  

 

      從表 5 實驗結果來看,孔位偏移量方面,最佳為酚醛紙墊板,其次為 UV 素板和酚

  醛木墊板;孔位精確度方面,最佳為酚醛紙墊板,其次為熱壓型蜜胺木墊板和冷貼型蜜

  胺木墊板;孔壁粗糙度方面,最佳為熱壓型蜜胺木墊板,其次為 UV 素板和酚醛紙墊板;

  鉆針磨損方面,各鉆針磨損都過大,無太大差異;出現披鋒程度方面,最佳為熱壓型蜜

    胺木墊板,其次為酚醛紙墊板和快壓型蜜胺木墊板,高密度木纖板最差。綜合實驗結果

  和不同墊板特性分析來看,對于 0.35mm 孔徑鉆孔來說,不同特性墊板的鉆孔性能差異

  較小,墊板材料的硬度和密度對鉆孔性能的貢獻度不明顯,加上成本考量,匹配性較好

  的墊板可從熱壓型蜜胺木墊板、快壓型蜜胺木墊板、冷貼型蜜胺木墊板、酚醛木墊板、

  UV 素板、高密度木纖板中選擇,該選擇根據各 PCB 廠自身的 PCB 類型、制程條件、

  技術要求、設備、成本及適應性等多方面考量來選擇。

  4 結論

      PCB 機械鉆孔用墊板作為鉆孔輔助材料,一直被各 PCB 廠所接受但不認同,接受

  必須使用墊板輔助鉆孔,卻不認同墊板對鉆孔的功能性輔助和鉆孔性能改善。此次取目

  前市場上常用的幾種墊板對三種常規小孔徑(0.15mm、0.20mm、0.35mm)進行 PCB 模擬

  鉆孔實驗,我們發現,對于 0.15mm 和 0.20mm 的細小孔徑,墊板材料的特性對鉆孔性

  能影響極大,隨著墊板材料的硬度和密度增大,鉆孔性能得到較大改善;對于 0.35mm

  的較大孔徑,墊板材料的特性對鉆孔性能影響變弱,墊板材料的硬度和密度對鉆孔性能

  幾乎無明顯影響。

      隨著孔徑變小、鉆針變細,其鉆孔鉆速加快,鉆針擺動頻率會加大;同時鉆針越細,

  墊板對鉆針的定位效果會變差;再加上鉆針越細,PCB 廠設置的墊板入鉆深度變淺,定

  位效果隨之受影響,因此通過增大墊板的硬度和密度更有利于提高對鉆針的定位效果,

  從而改善鉆孔的孔位偏移量和精確度,同時墊板表面硬度和密度的增大能有效地抑制披

  鋒的產生。伴隨著 PCB 多層化、積層化、功能化、集成化和輕薄短小化的發展趨勢,

  PCB 鉆孔孔徑越來越小,密集程度越來越高,鉆孔精度和要求越來越高,墊板對機械鉆

  孔的功能性輔助將越來越得到重視,逐步擴大被各 PCB 廠研究、認同和接受。同時隨

  著孔徑變小,除了硬度和密度對鉆孔性能有影響外,墊板的其它性能如翹曲度、表觀質

  量、表面粗糙度、厚度均勻性等亦會對鉆孔性能產生影響,因此未來對墊板的品質和要

  求也會越來越高。


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