[发明专利]超硬类金刚石基纳米复合涂层印刷电路板微钻及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微钻技术领域。特别涉及一种印刷电路板微钻及其制备方法。

背景技术

印刷电路板(PCB-Printed Circuit Board)是所有电子信息产品不可缺少的基本构成要件，也是全球电子元件产品中市场份额占有率最高的产品。移动电话、笔记本式电脑等产品的印制电路板(PCB)上安装元件的小型化，不但推动了印制电路板小型化的发展，而且对于印制电路板的电路图形精细也起到了促进作用。日本，中国大陆，美国，台湾为全球前4大PCB生产国。根据市场预测可知，全球PCB每年将保持平均6％以上的增长率，预计2010年全球PCB产值将达537亿美元；中国几乎占据了全球三分二以上的增长份额，预计2010年中国大陆PCB产值将达178亿美元，占全球总产值的33.2％。开拓中国市场已经成为全球知名PCB微钻厂家营销工作的重中之重。

过孔是PCB的重要组成部分之一，其作用是各层间的电气连接通道和器件的固定或定位孔，用PCB微钻进行机械钻孔是最常用的加工方法。PCB的孔径越来越小，布线密度越来越高，加工速度越来越快，这样就对硬质合金微加工工具和加工精度提出了更高的要求，因为在钻削这种微孔时，微孔钻头磨损、折断对微孔的加工质量、加工效率、废品率、加工成本等都有较大的影响。常规的PCB钻头寿命为2000～3000孔，超过此限的钻头刃面钝化，影响钻孔质量，甚至折断而损伤价格昂贵的基板，只能更换钻头。钻孔的费用通常占PCB制板加工费用的30％到40％。

随着2006年7月欧盟的两个指令ROHS和WEEE开始生效，标志着全球的电子行业开始步入无铅时代，同时PCB界的无卤化进程也在快速推进。PCB板材的无卤化以及封装过程的无铅化是电子产品环保的要求，是电子电路行业发展的必然趋势。但是无卤和无铅化也给PCB的生产带来一些挑战，由于无铅焊料的焊接温度较高，印制板的玻璃化硬度普遍提高，为了提高板材的耐热性和尺寸稳定性，除提高树脂固化交联密度外，有些情况下还添加适量的无机填料。无卤、无铅板材虽然满足了环保的要求，但是其孔加工性能往往变差，给作为PCB生产基本工序的机械钻孔带来了挑战，突出表现在钻头磨损加剧，易出现崩口。在同等情况下，微钻的寿命大约降低30％，铣刀的寿命降低则更多更明显。

目前以提高微钻耐磨损能力为重点，提高微钻综合性能的主要措施有：改进微钻材料、钻孔方式、微钻槽形、使用微钻表面强化技术。其中，微钻表面强化技术的研发是一项最有前景的技术。目前，大尺寸刀具的表面强化技术已经相当成熟，可以提高刀具使用寿命4～10倍。大尺寸刀具的表面强化技术成功应用给研究机构带来了启发，激励了众多的研究机构探索微钻的表面强化技术。微钻表面强化的方向主要有三个：(1)提高表面硬度；(2)降低表面摩擦系数；(3)提高表面耐腐蚀能力。围绕这几个强化方向，国内外对微钻表面强化技术的研究主要集中在离子注入、电弧离子镀、磁控溅射和等离子体化学气相沉积等方面。尽管已有某些公司宣称已经找到提高3～10倍微钻寿命的表面强化技术。但截止到目前为止，还没有相关产品大批量生产的报导。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术的现状，通过选择合适的表面强化方法和稳定批量的生产工艺而提供一种超硬类金刚石(DLC)基复合涂层PCB微钻及其制备方法。

本发明产品的技术方案是：在基体为硬质合金的PCB微钻表面上有一由结合层、支撑层、耐磨层和润滑层依次构成的DLC基多层梯度纳米复合涂层，其中：结合层的材料为Ti；支撑层的材料为TiCN；耐磨层的材料为TiCN掺杂DLC，即TiCN-DLC；润滑层的材料为TiC掺杂DLC，即TiC-DLC。

为了进一步提高本发明产品的性价比，应控制结合层的厚度在30～50纳米之间、支撑层的厚度在0.5～2.0微米之间、耐磨层的厚度在3.0～4.0微米之间、润滑层的厚度在0.5～3.0微米之间。

为了进一步提高本发明产品的性能和质量，耐磨层进一步选择TiCN掺杂DLC形成的TiCN-DLC纳米晶复合超硬涂层，其TiCN纳米晶粒径为5～10nm，其含量为50-80at.％；润滑层进一步选择TiC掺杂DLC形成的TiC-DLC纳米晶-非晶复合涂层，其TiC纳米晶粒径为5-10nm，其含量为10-30at.％。

本发明制备方法的技术方案是：采用高密度旋转柱状电弧放电方法生成涂层，由下述步骤依次构成：

1、对PCB微钻进行辉光清洗并在其表面生成材料为Ti的结合层；

2、在上步得到的结合层上生成材料为TiCN的支撑层；