印刷电路板钻孔用盖、垫板研究综述

一、印制电路板微孔钻削用盖、垫板

钻削印制电路板微孔时的大致结构:即最上层为盖板,中间是PCB板,下层为垫板。在现代的印制电路板加工过程中,为保证板材具有较高的钻孔质量和钻孔效率,盖板及垫板的使用及正确搭配尤为重要。目前，在业内较为常用的盖板包括：多种铝片、复合铝盖板、酚醛盖板、环氧玻璃布板及冷冲板等；常用垫板包括：高密度木垫板、酚醛木垫板、密胺木垫板、酚醛纸垫板、高密度纤维板及铝箔复合木垫板等。

钻削印制电路板微孔时，所使用的垫板应满足：要有合适的表面硬度，既能减少孔面毛刺，又能避免因过硬而导致钻头磨损；成分中未包含树脂，以避免产生钻污；要有较大的导热系数，以便迅速传导钻削热从而降低钻温；要具有足够的弹性以减小下钻时的阻力，使钻头能够精准定位，从而提高孔位精确度，同时又要保证刚度以避免产生提钻振动。因此，选择合适的盖板对于钻孔过程至关重要。

同时,垫板的作用也至关重要。在PCB钻削过程中，所使用的垫板位于待加工板下方，以发挥保护板件及钻床、钻穿板件以及改善微孔质量的作用。为确保孔加工质量,垫板要具有良好平整性及优异的尺寸公差性，切削容易，表面要求硬且平，在高温下不会产生粘性物质或释放化学物质污染内孔表面或钻头，同时钻削要细且为粉末状，易于排屑。

在印制电路板微孔钻削过程中,选择适合的盖垫板与各种印刷电路板进行搭配钻削，不但能够改善钻孔质量、提升成品率，还能够延长钻头寿命、降低生产成本。因此,研制新型性能优越、成本合理、能够满足高端PCB钻孔需要的盖垫板成为了盖垫板生产企业的重要研究目标。

二、盖、垫板的国内外发展现状

PCB钻削用盖垫板几乎是与PCB板同时出现的，在钻孔过程中需在PCB板上下各加入盖板和垫板，以保护PCB板，同时提高孔位精度。刚开始使用的是酚醛树脂盖板,在一定程度上能满足常规钻孔要求。出于易出现钻污这一原因,在PCB业界中一度曾开始使用环氧玻纤板,但是它不能完全解决钻污的问题,故不能满足生产的要求,同时环氧玻纤板的成本也较高,因此其使用的历史并不很长,就被遗弃。

在20世纪90年代初期,由于木纤板的低价格、高稳定性、少钻污及相对较好的耐热性能等优势开始用作于钻孔垫板。20世纪90年代中后期,PCB钻孔加工中用的盖垫板品种选择上还同时开始采用另一类具有更好导热性的品种,即金属盖板。起初使用的是普通软铝,铝导热系数远远大于树脂的,钻头最高温度可由2,000℃多降至1,000℃多,但是它的材质太软,易产生划伤,导致钻头打滑而出现孔位精度不佳、断针等异常。于是,具有更好加工性能的替代品合金铝盖板就问世,并成为至今仍为普遍使用的盖垫板品种之一。21世纪初,随着孔径逐渐减小(0.3mm以下)以及对钻孔品质的要求不断提高，生产盖、垫板的商家开始开发和改良原有的酚醛树脂纸垫板产品,其材料特性、密度、表面硬度、平整性、厚度均匀性、材质等都得到改进。同时,为了解决合金铝盖板表面太硬,也容易导致打滑的问题,开发出了润滑铝片。

根据材料成分不同,行业内往往将盖板分成四大类别:润滑铝片、普通铝片、酚醛纸盖板以及环氧玻璃布盖板。垫板主要分为三大类别:木垫板、木纤板以及酚醛纸垫板。目前国内的盖板使用品种主要是铝片,它约占82.2%;垫板使用品种主要是木浆板,它约占59.1%。

随着PCB技术高端化、功能化、特殊化发展,盖垫板作为印刷电路板钻孔的辅助材料，也朝着精细化、多样化以及功能化发展。盖垫板的类型及质量对于印刷电路板钻孔的孔质量、加工效率、成品率、钻头寿命以及印刷电路板的最终可靠性都起着至关重要的作用。

三、盖、垫板微孔钻削工艺的研究

孔质量的评价标准为孔位精度、毛刺、钉头、孔壁粗糙度、孔壁沾污和撕裂。影响PCB孔加工质量的因素有很多，有钻床性能、钻针、电路板材料以及盖垫板的类型、厚度，还包括钻削工艺参数和钻削环境等。PCB钻削过程中,不同板材会产生不同的问题,因此必须对每种PCB的钻孔缺陷进行研究,以便找到合适的盖垫板进行搭配。目前,针对不同种类的PCB板材的钻孔问题,有学者进行了若干探索。

(一)在刚性印刷电路板方面。由于刚性印制电路板材料硬度较大,在钻削过程中的钻削温度以及对钻头的磨损严重,是目前刚性板的关键问题。黄立新主要阐述了刚性印刷电路板定位安装孔钻削机理和表面创成研究,并对PCB定位孔的钻削力进行了详细分析。

(二)在柔性板钻孔方面。徐玉珊等人研究了对柔性板钻孔时会导致产生钻屑难排出和钉头等问题以及这些问题对钻孔品质所造成的影响；王四华等人用正交试验的方法分析了对柔性板钻孔质量产生影响的关键因子是辅材的搭配，接着是铜箔的类型。柔性电路板由于其材料刚性差,钻孔过程中极易出现钉头问题，此类板材钻孔的盖板和垫板可尽量选择酚醛型的。张欣分析了柔性印制电路板微孔钻削及钻削质量的研究等。

(三)在刚挠结合板方面。周国云等人表示采用丙烯酸胶膜以及单面板粘接的刚挠结合板，其软性材料结合部位的塑性较大，在切削时由于刀具正常磨损会在此处产生较大钉头，因此塑性材料处会出现突出。钢板是FR4材质，软板是PI或者PET类材质，由于二者材料的差别会存在接合、热压收缩率不同等问题，因此产品的稳定性较难把握。

目前,在不同PCB板钻孔时所选用盖垫板的优化组合方面的研究文献还很少,国内的研究尚属于起步阶段,仅有少数企业人事出于生产实际的需要而进行了部分的研究和探索。周虎等对PCB钻孔用涂胶铝基板的制备及其性能进行了分析,指出涂胶铝板的吸热性及水溶性较好,从而可以降低钻削温度;罗小阳等分析了MVC板——一种新型涂树脂铝箔盖板的性能及应用,指出MVC具有孔位精确度高、孔壁质量好、钻头磨损低等高效钻孔性能;王琛通过优化钻孔参数来分析钻孔质量;付连宇采用CAD 3D建模的方法，利用有限元法对直径在1mm以上的钻针进行了基础性的仿真分析。

基于以上研究,目前,垫板在PCB钻削过程中的具体功效还很少涉及;针对不同PCB钻削用盖垫板的组合搭配方面研究较少;此外,不同PCB板材的钻削特征尚未有对比分析,这些都还需要进一步的研究。