纳米技术在印制线路板微钻中的应用
１ 概述 随着电信业移动通讯的迅猛发展和个人电脑进入千家万户，要求印制线路板(PCB)导通孔的钻头直径也就越来越小。PCB导通孔的发展规律如下： 0.80mm → 0.50 mm → 0.40 mm → 0.30mm → 0.25mm → 0.20mm → 0.10mm →0.05mm，激光蚀孔的孔径大多在0.10mm左右。1997年世界上大批量生产的最小钻头的直径是0.35 mm。以日本为例，直径0.25 mm以下的钻头的消耗比率从1998年的12%增加到了1999年的21%，而到2002年，这一比率增加到43%。其他直径范围的钻头需求则持平。在亚洲一些地区，特别是我国台湾，也将出现类似的情况。对于直径小于0.15mm的孔而言，新开发的激光钻孔技术具有一定的优势。未来的线路板钻头面临着技术上更大的挑战，如在几何形状、钻心锥度和螺旋线角方面获得更大的精确度，改进涂层技术以延长钻头的使用寿命，以及改进心轴而获得更高的转速。 在IT行业，追求小型化与高度集成化已成为一种潮流。电子器件的小型化与高度集成化对硬质合金微加工工具提出了更高的要求。随着硬质合金晶粒度超细化，（PCB）硬质合金微钻的加工性能不断改善，要求合金的晶粒越细越好［１］。 纳米材料通常是指晶粒尺寸小于100nm的单晶体材料或多晶体材料。由于晶粒尺寸细小，使其晶体表面原子数量显著增大，甚至多于晶内原子数，晶界密度极大，从而表现出一系列不同于粗晶材料（微米级材料）的优异性能，如硬度强度双高，低密度，低弹性模量，超塑性等。自1984年德国科学家H·Gleiter首次成功研制出纳米晶体材料以来，世界科学家竞相对这一“21世纪新材料”开展大量研究，目前已成功制备出纳米陶瓷材料、纳米磁性材料、纳米金属材料、纳米半导体材料、纳米复合材料以及纳米催化剂材料，并在纳米催化剂材料方面实现了工业应用。纳米级硬质合金，最早由美国Rurgers大学于1989年率先研制结构硬质合金及其工艺，并于同年申请了专利。美国Nanodyne公司在该技术基础上用喷雾转化合成法工业规模生产出纳米WC-Co硬质合金复合粉末。此后，瑞典、德国、日本等国的大公司分别推出了各自的接近纳米结构的超细硬质合金。其中，以Sandvik公司T002的粒度为最细，其合金晶粒度已达到200nm。我国的两个硬质合金厂也分别推出了自己的接近纳米级的超细硬质合金，晶粒尺寸小于500nm，硬度和强度指标分别达到HRA93以上和4000MPa以上［２］。 纳米材料自问世以来，因其具有特异的性能，几乎渗透到各个学科和各个工程技术领域，引起了世界性的开发热潮。美国、日本、英国、德国等都有国家级的纳米材料研究计划和实验中心。硬质合金被誉为“工业的牙齿”。近几十年来，航空航天、汽车等行业使用材料的性能不断提高，轻质强韧材料的使用日渐增多，加工难度日益增大。同时，机加工行业为了降低成本和保护环境，逐渐推广干式切削技术，也使某些材料的加工难度增大。碳化钨是制备硬质合金的主要原料，纳米晶硬质合金是近年来发展起来的工具材料，它是以纳米级的WC粉末为基础原料，在添加适当粘结剂和晶粒长大抑制剂的条件下，生产出的具有高硬度、高耐磨性和高韧性的硬质合金材料。其性能比常规硬质合金明显提高，在难加工的金属材料刀具、电子行业的微型钻头、精密模具、医学等领域已呈现出越来越广泛的用途［３］。 日本UNION工具公司最近决定大幅度提高PCB用硬质合金钻头的产量。该公司已投入大量资金扩大在中国台湾和美国的UNION分公司，增添新型设备，提高生产能力。近年来，欧美国家和台湾地区个人计算机和信息机器用的PCB需求激增，加工线路板用的钻头需求量也随之增加，UNION决定扩大台湾分公司的生产车间，以扩大其分公司的生产能力。 2 PCB工业的迅猛发展对钻头的要求 2.1 PCB钻头折断机理 覆铜板加工工艺如树脂含量、固化度、填料种类和添加比例等，对钻孔有一定的影响。可以说，在覆铜板配方的同时就形成了对钻头的因果关系，在板材的组成成分中，增强材料如玻璃纤维与钻孔紧密相连。CEM系列问世的原因之一，是适应了钻孔的要求。 改善电子布的钻孔性能已成为国外电子布生产厂家的一个重要研究课题。电子布对钻孔的影响可以归纳为：首先是布的结构（如用纱设计、密度等），其次是表面处理，再次是玻璃成分和物理加工，最后是减少玻璃纤维中的气泡以改善孔壁质量。 它们的主要方法是使电子布与树脂表面更加韧性化(采用新型偶联剂处理)，适当降低玻璃纤维组份中的SiO2含量或采用新型加工技术。国外研制成功一种新型加工技术，被称为&ldq[1] [2] [3] [4] [5] [6] 下一页
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