CN101081389A - 钻孔用盖板的制造工艺及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种钻孔用盖板的制造工艺,包括通过使用混合溶剂来制备水溶性树脂组合物,该混合溶剂含有一定比例的水和异丙醇,以此作为水溶性树脂组合物的溶剂;然后将该溶液涂覆到片状基板材料上,干燥所得基板材料,从而在基板材料上形成树脂层;以及本发明涉及一种使用上述盖板在印刷电路板材料上钻孔的方法。本发明克服了树脂层内残留气泡和由于出现褶皱而使表面平滑度下降的问题,这些都是由于水溶性树脂的熔点低于水的沸点而引起的。本发明提供了一种钻孔位置精确度优异的钻孔用盖板。

Description

钻孔用盖板的制造工艺及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种钻孔用盖板(在印刷电路板生产步骤中,该盖板用于在镀铜层压板或类似物上钻孔)的制造工艺,以及使用上述盖板在印刷电路板材料上钻孔的方法。
背景技术
作为一种印刷电路板材料用镀铜层压板的钻孔工艺,通常采用的方法是将镀铜层压板重叠,再在所得叠合板(stack)上放置一铝箔或类似物,然后钻孔。
近年来,对于印刷电路板材料,为了满足其改善的可靠性和提高的高密度的要求,需要有高质量的钻孔。例如,需要改善孔位置的精确度,或降低钻孔内壁粗糙度。为了满足上述要求,已提出并实际采用的方法有:采用一种在一层聚乙二醇上钻孔的方法(JP-A-4-92488);通过在金属箔上形成水溶性树脂层而得到钻孔润滑层(JP-A-6-344297);以及使用钻孔盖板——使用带有热固性树脂薄膜的铝箔,然后在铝箔的热固性树脂薄膜上形成成分为无溶剂水溶性树脂组合物的水溶性树脂层,由此制得钻孔用盖板(例如,JP-A-2003-136485)。
已提出的形成钻孔用盖板树脂层的方法中,有一种方法采用如滚轴或捏合机的捏合设备混合树脂组合物,然后通过滚压工艺或涂覆工艺在基板材料上形成树脂层;还有一种方法,通过模压、滚压或T型-模口挤出机将树脂组合物先模制成具有所需厚度的树脂板,再将该树脂板层压到基板材料上,然后通过加热模压或滚压将树脂板和基板材料粘合到一起,或是在必要时采用粘合剂或类似物将二者粘合。
然而,这些方法存在步骤复杂、熔融加热时会引起变形、以及由于生成薄树脂层困难而使厚度范围有限等问题。有一种方法,在该方法中,将溶于低沸点有机溶剂中的水溶性树脂组合物溶液涂覆(到基板材料上)并干燥,该方法的问题是可溶于有机溶剂的水溶性树脂有限,或者需要进行排气处理。
此外,已知一种方法,在该方法中,将水溶性树脂组合物的水溶液涂覆到基板材料上并干燥形成树脂层。但是,这种方法存在的问题是:由于树脂层残留气泡或树脂层表面出现连续褶皱而使钻孔位置精确度变差。特别是所钻孔的直径为0.2mm或更小时,由于钻孔过程中施加给钻孔的树脂部分和气泡部分的载荷不均,残留气泡或树脂层表面的褶皱会使钻孔位置精确度变差。因此,需要进行进一步的改进。
树脂层残留气泡或树脂层表面出现连续褶皱的原因如下:在大多情况下,用于盖板的水溶性树脂的熔点低于水的沸点,因此,在对涂覆到基板材料上的此类水溶性树脂水溶液进行干燥的步骤中,水分蒸发干燥和加热自熔不断进行,最终通过冷却固化形成树脂层。所以,这就会出现如脱除树脂层气泡或形成平滑树脂层表面方面的问题,从而难于进行稳定生产。另一方面,对于熔点高于水的沸点的水溶性树脂,钻孔期间由于熔融而产生的钻孔冷却效果较小,因此,作为一种盖板用树脂,该树脂的这种效果较差。
发明概述
本发明的一个目的是:对于钻孔用盖板的制造工艺(其中包括将水溶性树脂组合物的水溶液涂覆到基板材料上,然后干燥所用溶液,形成树脂层),克服树脂层内残留气泡的问题以及由于表面出现褶皱而使表面平滑度下降的问题,引起这些问题的原因是:水溶性树脂的熔点低于水的沸点,在涂覆后的干燥过程中,水蒸发干燥和加热自熔不断进行,最终通过冷却固化形成树脂层。另一个目的是提供一种钻孔用盖板的制造工艺,其中包括将水溶性树脂组合物的水溶液涂覆到基板材料上,然后干燥所用溶液以形成树脂层;可以制得树脂层气泡脱出充分、树脂层表面平滑度和钻孔位置精确度优异的盖板;并且提供一种使用上述盖板对印刷电路板材料进行钻孔的方法。
为了达到上述目的,本发明做了各种研究,结果发现:通过结合使用水和异丙醇作为水溶性树脂组合物的溶剂可以得到气泡充分脱除且表面平滑的树脂层。因此,发明人实现了本发明。
也就是说,本发明提供了一种钻孔用盖板的制造工艺,包括将含水溶性树脂(a)的树脂组合物(后文中有时称为“含水溶性树脂(a)的树脂组合物”)溶解于混合溶剂,该溶剂包括水和异丙醇,水∶异丙醇的混合比为60∶40到95∶5(重量百分比),以得到溶液;然后将该溶液涂覆到片状基板材料上,干燥所用的溶液,从而在基板材料上形成树脂层。
本发明所用水溶性树脂(a)优选为一种或至少两种树脂,选自聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素、聚四亚甲基乙二醇或聚醚酯。
含水溶性树脂(a)的树脂组合物优选为含有水溶性树脂(a)和一种水溶性润滑剂(b)或至少两种水溶性润滑剂(b)的树脂组合物,水溶性润滑剂(b)选自聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧乙烯的单醚、聚氧乙烯的酯、聚氧乙烯山梨糖醇单硬脂酸酯、聚丙三醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯-丙烯共聚物或它们的衍生物。
在本发明所提供的更优选钻孔用盖板制造工艺实施方案中,树脂层的厚度为5~200μm,基板材料为铝箔,该铝箔上预先涂有0.1~10μm厚的粘接用涂覆膜,树脂层在铝箔的预涂膜上形成。此外,本发明提供一种印刷电路板材料钻孔的方法,其中包括将按上述工艺得到的钻孔用盖板放置在印刷电路板材料上,使盖板的基板材料表面一侧与印刷电路板材料相接触,然后从盖板的树脂层一侧在印刷电路板材料上钻孔。
发明效果
按照本发明所提供的钻孔用盖板制造工艺制得的钻孔用盖板有一个优点,即盖板的树脂层表面平滑,没有褶皱,而且由于气泡可很好地从树脂层脱除,其钻孔位置精确度优异。具体地说,本发明的工艺具有一个优点,它抑制了树脂层表面褶皱的形成(表面褶皱可造成钻孔的位置精确度变差)或减少了残余气泡的出现(残余气泡也使钻孔的位置精确度变差),在钻孔直径为0.2μm或更小时,由于钻孔过程中施加给钻孔的树脂部分和气泡部分的载荷不均,这二种情况都使钻孔的位置精确度变差。此外,按照上述钻孔用盖板的制造工艺,可以稳定生产树脂层厚度小的钻孔用盖板,因而使稳定生产适合于钻小孔径孔的钻孔用盖板成为可能。
发明详述:
对本发明所用水溶性树脂(a)没有特别限制,只要该树脂是常温、常压下可溶于水的高分子量化合物即可,优选水溶性树脂(a)为低熔点的水溶性树脂。更优选的水溶性树脂(a)实例包括聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚酯多元醇、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素、聚四亚甲基乙二醇和聚醚酯。水溶性树脂(a)可以单独使用,或至少两种水溶性树脂(a)按要求混和使用。
对用作本发明所用水溶性树脂(a)的聚醚酯没有特别限制,只要该聚醚酯是聚环氧亚烷基的一种酯化产物即可。因此,典型的实例是乙二醇或环氧乙烷的聚合物与多元羧酸、其酸酐或其酯反应而得到的树脂。乙二醇或环氧乙烷聚合物的实例包括聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚丙二醇、聚四亚甲基乙二醇、聚环氧丙烷或它们的共聚物。多元羧酸、其酸酐或其酯的例子包括邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、癸二酸、它们的二甲酯或二乙酯,以及1,2,4,5-苯四酸酐。聚醚酯可以单独使用,或至少两种聚醚酯按要求混和使用。
本发明所用含水溶性树脂(a)的树脂组合物优选含有水溶性树脂(a)和水溶性润滑剂(b)。水溶性润滑剂(b)的具体例子包括聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧乙烯的单醚(如聚氧乙烯油醚、聚氧乙烯十六烷基醚、聚氧乙烯十八烷基醚、聚氧乙烯十二烷基醚、聚氧乙烯壬基苯基醚以及聚氧乙烯辛基苯基醚)、聚氧乙烯单硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇单硬脂酸酯、聚丙三醇单硬脂酸酯(如六丙三醇单硬脂酸酯和十六丙三醇单硬脂酸酯)、聚氧乙烯-丙烯共聚物,以及它们的衍生物。水溶性润滑剂(b)可以单独使用,或至少两种水溶性润滑剂(b)按要求混和使用。每100份水溶性树脂(a)和水溶性润滑剂(b)的总量(重量)中水溶性润滑剂(b)的用量优选为10~90份(重量),更优选为20~80份(重量)。水溶性润滑剂(b)的用量小于10份(重量)时,粘度变得太高,钻孔期间在润滑方面易出现问题;该用量超过90份(重量)时,树脂层变脆。
本发明中,将含水溶性树脂(a)的树脂组合物溶于水和异丙醇的混和溶剂中以制备树脂溶液。混和溶剂中水-异丙醇的混和比(重量百分比)为60∶40~95∶5,优选为65∶35~90∶10。混和溶剂中异丙醇的含量低于上述范围的最低限时,粘度易变高;该含量超过上限时,水溶性树脂(a)易沉淀。此外,与水相容的不同溶剂如不同的醇(典型代表的醇为甲醇或乙醇)或酮(典型代表的酮为丙酮或甲乙酮)可以作为稀释剂按要求结合使用。
本发明树脂溶液中的固体物质浓度(固含量)优选为10%(重量)或以上,更优选为20~40%(重量)。固含量小于10%(重量)时,干燥前后树脂层厚度的变化很大,易使厚度不均;固含量超过40%(重量)时,树脂溶液的粘度变高,在得到薄树脂层,特别是在使树脂层厚度小于30μm时会出现问题。
通过将含水溶性树脂(a)的树脂组合物溶于水和异丙醇的混和溶剂中制备树脂溶液的方法没有特别限制,只要是已知的工业用方法即可。特别地,如,有一种方法,在该方法中,先将含水溶性树脂(a)的树脂组合物用一转轴或捏合机或不同地捏合设备适当加热以制成均匀的混和物,然后将该混和物溶解在水和异丙醇的混和溶剂中制成树脂溶液。还有一种方法,在该方法中,将含水溶性树脂(a)的树脂组合物、水和异丙醇加到一装有叶片式搅拌或行星式搅拌的容器中,树脂组合物溶于水和异丙醇,以此制备树脂溶液。此外,另一个例子是这样一种方法,在该方法中,含水溶性树脂(a)的树脂组合物先溶于水,然后将异丙醇与之混和来制备混和溶剂溶液。
对本发明所用片状基板材料没有特别限制,只要该材料是已知的片状基板材料即可,如金属箔、有机膜或有机板,特别是优选铝箔。就铝箔基板材料而言,优选铝的纯度为95%或以上,特别地,这样的例子包括5052、3004、3003、1N30、1050、1070和1085,见JIS-H4160,更优选铝的纯度为99.3%或以上。使用高纯度铝箔作为基板材料可减轻钻头的颤动并提高钻孔性能,此外,含水溶性树脂(a)的树脂组合物对减轻钻头由于摩擦生热也有影响,为此可以大大提高钻孔时的位置精确性和孔的质量。关于与含水溶性树脂(a)的树脂组合物的粘合性,最优选使用铝箔,该铝箔通过在任何铝箔上形成用于粘合、厚度为0.1~10μm的涂覆膜而得到。用于粘合用涂覆膜的粘合剂实例包括聚氨酯粘合剂、醋酸乙烯酯粘合剂、氯乙烯粘合剂、聚酯粘合剂及它们的共聚物、环氧树脂粘合剂和氰酸酯粘合剂。基板材料的厚度优选范围为50~500μm,厚度小于50μm时,钻孔后层压复合时易形成毛刺;厚度超过500μm时,难以排出所产生的切片粉末。
本发明中,向片状基板材料涂覆上述树脂溶液的方法没有特别限制,只要是已知的工业用方法即可。特别地,这是一种典型的方法,在该方法中,可使用刮刀涂覆器、模口涂覆器或类似涂覆器在基板材料上形成涂覆层,在干燥炉中用热空气干燥使溶剂挥发。对于上述应用,树脂溶液的粘度足以在1,000~30,000厘泊(25℃),优选为5,000~20,000厘泊(25℃)。溶液粘度低于1,000厘泊时,不能达到预期的树脂层厚度,或者干燥步骤中表面会出现像风吹皱了一样的图案;溶液粘度高于30,000厘泊时,树脂层的厚度变得太厚或者表面出现连续皱褶或者树脂层内残留气泡。
在片状基板材料表面形成树脂层后再通过干燥而在片状基板材料表面形成树脂层一这种方法没有特别限制,只要是已知的工业用方法即可。特别地,多数情况下使用热空气干燥,可按需要结合使用红外线、微波或高频波加热。干燥的条件依赖于干燥机器的大小和性能、预期的树脂层厚度和涂覆速度,例如,在干燥区域被分为三部分的情况下,优先选择的条件为:从炉子进口端一侧,干燥温度从60℃逐渐升高,然后升到90℃,再逐渐升到120℃,以使干燥炉内一部分的温度与该部分基板材料的温度相差不会变得太大,并且使最后基板材料的温度达到100℃或更高以完全去除水份。在这种情况下,如果在进口端部分采用高温,表面部分会首先干燥,这样,树脂层内的溶剂挥发时,容易出现气泡现象且有些情况下会使表面变差。
干燥后,片状基板材料(涂覆层在其上形成)的树脂层厚度优选范围为5~200μm。干燥后树脂层厚度小于5μm时,由于润滑能力不足,所得加工孔的壁表面粗糙度增加;干燥后树脂层厚度超过200μm时,形成小直径孔时树脂层易包裹钻头,使孔的位置精确性变差。作为一种控制干燥后树脂层厚度的方法,例如,有这样一种方法,在该方法中,厚度可根据每一种涂覆方法的涂覆层用量来调节;一种方法中,厚度可根据树脂溶液的固含量来调节,除非树脂溶液的粘度已超出每一种涂覆方法所需的粘度范围;一种方法中,上述两种方法可结合使用。按照此前说明的方法,可以得到一种钻孔用盖板。
在本发明所提供的印刷电路板材料钻孔的方法中,将通过上述方法得到的钻孔用盖板置于印刷电路板材料(如镀铜层压板或多层板)的上表面,使盖板的基板材料表面与印刷电路板材料相接触,可以从盖板的树脂层表面一侧在印刷电路板材料上钻孔。
实施例
参照此后的实施例和对比实施例详细说明本发明内容。
实施例1
将50份(重量)聚乙二醇-二甲基对苯二甲酸缩聚物(商品名:Paogen PP-15,DAI-ICHI KOGYO SEIYAKU CO.,LTD提供)和50份(重量)聚氧乙烯单硬脂酸酯(商品名:Nonion S-40,NOF COPORATION提供)用一捏合机在150℃下、氮气气氛中捏合,然后,在一搅拌着的容器中,将捏合的混和物溶于230份(重量)水中。然后,加入35份(重量)异丙醇,得到固含量为27.4%、粘度为16000厘泊(25℃)的树脂溶液。将该树脂溶液用一模口涂覆器涂覆到铝箔(基板材料:1070,厚度为100μm,预先涂有5μm厚的聚酯粘合剂(R820,CEMEDINE Co.,Ltd.提供)涂膜)的一个表面上,形成厚度为330μm的涂层。将有涂覆层的铝箔以0.1m/sec的速率通过一滚轴支撑型干燥炉而得以干燥,干燥炉有三个室,每个室的长度为3m(设定温度:60-100-140℃),干燥在热空气以20m/min风速吹向上表面的条件下进行,由此得到总厚为200μm的钻孔用盖板。将如此得到的钻孔用盖板置于两层镀铜层压板重叠的叠合板上表面,每一层压板的厚度为0.4mm且每一表面(商品名:HL832,0.4T/T,Mitsubishi Gas Chemical Co.,Inc.提供)都有12μm厚的铜,使得盖板的基板材料表面一侧朝向上表面。将一块板(纸张苯酚层压板)置于上述叠合板的底表面。使用钻头为:0.15Φ(商品名:NEUL004S,UNION TOOL CO提供),转速为150,000rpm,进料速率为12μm/rev,在此条件下进行钻孔,钻3000个孔。上述操作重复三次,对孔进行评价,评价结果见表1。
实施例2
在一搅拌着的容器中,将40份(重量)聚乙二醇-二甲基对苯二甲酸缩聚物(Paogen PP-15)和60份(重量)聚氧乙烯单硬脂酸酯(Nonion S-40)溶于180份(重量)水中。然后,加入80份(重量)异丙醇,得到固含量为27.8%、粘度为14000厘泊(25℃)的树脂溶液。将该树脂溶液用一模口涂覆器涂覆到铝箔(基板材料:1N30,厚度为100μm,预先涂有5μm厚的聚酯粘合剂(R820)涂膜)的一个表面上,形成厚度为330μm的涂层。将有涂覆层的铝箔以0.1m/sec的速率通过一滚轴支撑型干燥炉而得以干燥,干燥炉有三个室,每个室的长度为3m(设定温度:60-100-140℃),干燥在热空气以20m/min风速吹向上表面的条件下进行,由此得到总厚为200μm的钻孔用盖板。此后,以实施例1中相同的方式进行钻孔,除了使用如上所得的盖板。对孔进行评价,评价结果见表1。
(对比实施例1)
在一搅拌着的容器中,将50份(重量)聚乙二醇-二甲基对苯二甲酸缩聚物(Paogen PP-15)和50份(重量)聚氧乙烯单硬脂酸酯(Nonion S-40)溶于270份(重量)水中,得到固含量为27%、粘度为32000厘泊(25℃)的树脂溶液。将该树脂溶液用一模口涂覆器涂覆到厚度为100μm的铝箔(1070)的一个表面上,形成厚度为370μm的涂层。将有涂覆层的铝箔在与实施例1相同的条件下干燥,由此得到总厚为200μm的钻孔用盖板。通过表观观察,发现如此得到的盖板的树脂层中有大量气泡。在与实施例1中相同的条件下进行钻孔,除了使用如上所得的盖板。对孔进行评价,评价结果见表1。
表1孔位置精确性比较(单位:μm)
  实施例1   实施例2 对比实施例1
  最大值 平均值+3σ   最大值 平均值+3σ 最大值 平均值+3σ
第一次钻孔   38 20   32 22 76 34
第二次钻孔     38     22     26     21     88     37
第三次钻孔     28     20     35     23     90     35
实施例3
在一搅拌着的容器中,将20份(重量)聚乙二醇-二甲基对苯二甲酸缩聚物(Paogen PP-15)、20份(重量)聚乙二醇(商品名:PEG20000,Sanyo Chemical Industries,Ltd.提供)和60份(重量)聚氧乙烯单硬脂酸酯(Nonion S-40)溶于280份(重量)水中。然后,加入40份(重量)异丙醇,得到固含量为23.8%、粘度为7000厘泊(25℃)的树脂溶液。将该树脂溶液用一模口涂覆器涂覆到厚度为70μm的铝箔(1070)的一个表面上,形成厚度为43μm的涂层。将所得铝箔以0.07m/sec的速率通过一滚轴支撑型干燥炉,干燥炉有三个室,每个室的长度为3m(设定温度:60-90-120℃),干燥在热空气以15m/min风速吹向上表面的条件下进行,由此得到总厚为80μm的钻孔用盖板。将如此得到的钻孔用盖板置于四层镀铜层压板重叠的叠合板的上表面,每一层压板的厚度为0.2mm且每一表面(商品名:HL832,0.2T/T,Mitsubishi GasChemical Co.,Inc.提供)都有12μm厚的铜,使得盖板的基板材料表面一侧朝向叠合板的上表面。将一块板(纸张苯酚层压板)置于上述叠合板的底表面。使用钻头为:0.105Φ(商品名:MD J 492B,UNION TOOLCO提供),转速为160,000rpm,进料速率为5μm/rev,在此条件下进行钻孔,钻3000个孔。上述操作重复三次,对孔进行评价,评价结果见表2。
(对比实施例2)
在一搅拌着的容器中,将20份(重量)聚乙二醇-二甲基对苯二甲酸缩聚物(Paogen PP-15)、20份(重量)聚乙二醇(PEG20000)和60份(重量)聚氧乙烯单硬脂酸酯(Nonion S-40)溶于165份(重量)水中。然后,加入150份(重量)异丙醇,得到固含量为24.1%、粘度为4000厘泊(25℃)的树脂溶液。将该树脂溶液用一模口涂覆器涂覆到厚度为70μm的铝箔(1070)的一个表面上,形成厚度为43μm的涂层。将所得铝箔以0.07m/sec的速率通过一滚轴支撑型干燥炉,干燥炉有三个室,每个室的长度为3m(设定温度:60-90-120℃),干燥在热空气以15m/min风速吹向上表面的条件下进行,由此得到总厚为80μm的钻孔用盖板。通过表观观察,发现如此得到的盖板的树脂层表面有与涂覆方向向平行的皱褶。在与实施例3中相同的条件下进行钻孔,除了使用如上所得的盖板。对孔进行评价,评价结果见表2。
表2孔位置精确性比较(单位:μm)
  实施例3   对比实施例2
  最大值   平均值+3σ   最大值   平均值+3σ
第一次钻孔   18   15   38   31
第二次钻孔   18   14   35   31
第三次钻孔   18   16   35   30
评价孔的测定方法:
孔位置精确性:对于重叠镀铜层压板的底层层压板下表面,测定三次钻孔×3,000孔/次=9,000孔来作为指定基准,得到平均值、标准偏差(σ)和最大值。孔位置精确性由最大值和平均值+3σ来表示。

Claims (7)

1.一种钻孔用盖板的制造工艺,包括将含水溶性树脂(a)的树脂组合物溶解于混合溶剂,该混合溶剂包括水和异丙醇,水∶异丙醇的混合比为60∶40~95∶5,重量百分比,以得到溶液;然后将该溶液涂覆到片状基板材料上,干燥涂覆的溶液,从而在基板材料上形成树脂层。
2.根据权利要求1所述的工艺,其中水溶性树脂(a)为至少一种树脂,选自聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素、聚四亚甲基乙二醇或聚醚酯。
3.根据权利要求1所述的工艺,其中树脂组合物为含有水溶性树脂(a)和至少一种水溶性润滑剂(b)的树脂组合物,水溶性润滑剂(b)选自聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧乙烯的单醚、聚氧乙烯的酯、聚氧乙烯山梨糖醇单硬脂酸酯、聚丙三醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯丙烯共聚物或它们的衍生物。
4.根据权利要求1所述的工艺,其中树脂层厚度为5~200μm。
5.根据权利要求1所述的工艺,其中所述基板材料为铝箔。
6.根据权利要求5所述的工艺,其中所述铝箔上预先涂有一层厚度为0.1~10μm的粘合用涂覆膜。
7.一种印刷电路板材料的钻孔方法,其中包括将按权利要求1所述工艺获得的钻孔用盖板放置在印刷电路板材料上,使得盖板的基板材料表面与印刷电路板材料接触,然后从盖板的树脂层一侧在印刷电路板材料上钻孔。
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