CN207632873U

CN207632873U - 一种印刷电路板加工用涂层微钻刀

Info

Publication number: CN207632873U
Application number: CN201721682931.XU
Authority: CN
Inventors: 周小东; 张松锋; 王永梅; 谷雨; 周思华; 周小宇
Original assignee: Zhoukou Normal University
Current assignee: Zhoukou Normal University
Priority date: 2017-12-06
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2018-07-20
Anticipated expiration: 2027-12-06

Abstract

本实用新型公开了一种印刷电路板加工用涂层微钻刀，包括微钻刀基体，所述的微钻刀基体上由内至外依次附着有冶金结合层、过渡层、主耐磨层及自润滑层，冶金结合层为纯金属Cr层，过渡层为Cr和VN交替构成的纳米多层，主耐磨层为DLC与VN交替构成的纳米多层，自润滑层为Cr掺杂的DLC层。本实用新型的涂层结构一方面使复合涂层具有较高性能；另一方面可以使涂层与基体具有良好的附着力；同时还具有简单易行的可操作性。本实用新型制备的涂层微钻刀具有良好的膜基结合力、高的硬度（大于20GPa）和低摩擦系数（小于0.3）。

Description

一种印刷电路板加工用涂层微钻刀

技术领域

本实用新型提供了一种印刷电路板加工用涂层微钻刀，应用于印刷电路板的加工制造，同时还可以用于较薄金属板材的钻孔加工，属于机械加工制造领域。

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生产地区。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，中国几乎占据了全球三分二以上的增长份额。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刀的表面强化技术。微钻刀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）提高表面膜基结合力。

类金刚石涂层(Diamond-like Carbon)或简称DLC涂层是含有金刚石结构（sp3键）和石墨结构（sp2键）的亚稳非晶态物质，碳原子主要以sp3和sp2杂化键结合。类金刚石涂层或简称DLC涂层是一种非晶态膜，基本上可分为含氢类金刚石（a-C:H）涂层和无氢类金刚石涂层两种。含氢DLC涂层中的氢含量在20at.% ~ 50at.%之间，sp3成分小于70%。无氢DLC涂层中常见的是四面体非晶碳(ta-C)膜。ta-C 涂层中以sp3键为主，sp3含量一般高于70%。不同种类的类金刚石涂层的共同点是碳原子在空间结构上长程无序自然界中碳有两种存在形式：金刚石和石墨。在金刚石结构中，每个碳原子都以sp3杂化轨道与另外四个碳原子形成共价键，形成一个正四面体，所有价电子参与形成共价键，无自由电子。石墨结构中的每个碳原子外层电子以sp2杂化轨道和相邻的三个碳原子形成共价键并排列成六角平面的网状结构，这些网状结构又构成互相平行的片层结构，每个碳原子还剩下一个电子。目前世界上有各种各样的DLC涂层（类金刚石涂层）的制备方法，所得到的DLC涂层（类金刚石涂层）的成份，性能及适用范围有着相当大的差别。

氮化物基纳米多层涂层如TiN涂层，硬度HV25±2GPa，氧化温度约为500℃；TiCN涂层的硬度高达HV40，抗氧化温度却只有400℃；目前最佳的TiAlN涂层硬度为HV35±5GPa，抗氧化性能可达800℃，但仍不能满足高速切削和干式切削苛刻服役条件的需要。

实用新型内容

本实用新型的目的就是针对上述现有技术的现状，提供一种印刷电路板加工用涂层微钻刀，该涂层微钻刀具有较高的硬度、良好的耐磨抗氧化及自润滑性能；对于加工印刷电路板、有色金属薄板具有良好的切削性能。

本实用新型的目的是以下述方式实现的：

一种印刷电路板加工用涂层微钻刀，包括微钻刀基体，所述的微钻刀基体上由内至外依次附着有冶金结合层、过渡层、主耐磨层及自润滑层，冶金结合层为纯金属Cr层，过渡层为Cr和VN交替构成的纳米多层，主耐磨层为DLC与VN交替构成的纳米多层，自润滑层为Cr掺杂的DLC层。

所述过渡层的厚度100-200nm，主耐磨层的厚度为500-1500 nm，自润滑层的厚度为200-500 nm。

所述过渡层中，单层Cr厚度为10-20nm，单层VN厚度为5-15nm。

所述主耐磨层中，单层DLC厚度为5-10nm，单层VN为厚度5-10nm。

所述微钻刀基体的材质为高速钢或硬质合金。

相对于现有技术，本实用新型针对现有微钻刀表面处理技术的不足，采用直流磁控溅射结合射频磁控溅射技术，提供了一种印刷电路板加工用涂层微钻刀及其制备方法，在金属材质微钻刀基体上通过物理气相沉积技术涂覆由Cr/VN、DLC/VN、Cr-DLC依次构成的多层纳米复合涂层。本实用新型的涂层结构一方面使复合涂层具有较高性能；另一方面可以使涂层与基体具有良好的附着力；同时还具有简单易行的可操作性。本实用新型制备的涂层微钻刀具有良好的膜基结合力、高的硬度（大于20GPa）和低摩擦系数（小于0.3）。

附图说明

图1是本实用新型的剖面示意图。

其中，1-微钻刀基体；2-冶金结合层；3-过渡层；4-主耐磨层；5-自润滑层。

具体实施方式

如附图1所示，一种印刷电路板加工用涂层微钻刀，包括微钻刀基体1，所述的微钻刀基体1上由内至外依次附着有冶金结合层2、过渡层3、主耐磨层4及自润滑层5，冶金结合层2为纯金属Cr层，过渡层3为Cr和VN交替构成的纳米多层，主耐磨层4为DLC与VN交替构成的纳米多层，自润滑层5为Cr掺杂的DLC层。

过渡层3的厚度100-200nm，主耐磨层4的厚度为500-1500 nm，自润滑层5的厚度为200-500 nm。

过渡层3中，单层Cr厚度为10-20nm，单层VN厚度为5-15nm。

主耐磨层4中，单层DLC厚度为5-10nm，单层VN为厚度5-10nm。

微钻刀基体的材质为高速钢或硬质合金。

如上述的印刷电路板加工用涂层微钻刀的制备方法，具体步骤如下：

（1）将表面洁净的微钻刀基体装夹在专用夹具上，在0.005～0.007Pa的真空环境，400～500℃温度下加热处理1～2小时；

（2）加热完毕后，在0.007~0.05Pa真空环境、400~500℃温度、1～2rpm转速、-600~-800V偏压条件下，对微钻刀基体进行Cr离子刻蚀5～10分钟；

（3）金属离子刻蚀结束后，在0.2～0.5Pa氩气真空环境、400~500℃温度、1～2rpm转速、-50～-100V偏压条件下，在微钻刀基体上沉积Cr/VN过渡层；

（4）过渡层沉积结束后，0.5～0.7Pa氩气真空环境、400~500℃温度、1～2rpm转速、-50～-100V偏压条件下，在过渡层上沉积DLC/VN主耐磨层；

（5）主耐磨层沉积结束后，0.5～1Pa氩气真空环境、400~500℃温度、1～2rpm转速、-30～-50V偏压条件下，在主耐磨层上沉积Cr掺杂DLC自润滑层；

（6）沉积结束后，真空环境下自然冷却，当温度降低到100℃以下时，打开真空腔体，取出多层纳米复合涂层冲压模具。

实施例1：

过渡层的厚度100nm，主耐磨层的厚度为500 nm，自润滑层的厚度为200nm。过渡层中，单层Cr厚度为10nm，单层VN厚度为8nm。主耐磨层中，单层DLC厚度为5nm，单层VN为厚度10nm。

微钻刀基体的材质为高速钢。

实施例2：

过渡层的厚度120nm，主耐磨层的厚度为600 nm，自润滑层的厚度为300nm。过渡层中，单层Cr厚度为12nm，单层VN厚度为6nm。主耐磨层中，单层DLC厚度为6nm，单层VN为厚度9nm。

微钻刀基体的材质为硬质合金。

实施例3：

过渡层的厚度140nm，主耐磨层的厚度为810 nm，自润滑层的厚度为350nm。过渡层中，单层Cr厚度为14nm，单层VN厚度为5nm。主耐磨层中，单层DLC厚度为7nm，单层VN为厚度8nm。

微钻刀基体的材质为高速钢。

实施例4：

过渡层的厚度160nm，主耐磨层的厚度为1005nm，自润滑层的厚度为400nm。过渡层中，单层Cr厚度为16nm，单层VN厚度为10nm。主耐磨层中，单层DLC厚度为8nm，单层VN为厚度7nm。

微钻刀基体的材质为硬质合金。

实施例5：

过渡层的厚度180nm，主耐磨层的厚度为1200nm，自润滑层的厚度为450nm。过渡层中，单层Cr厚度为18nm，单层VN厚度为12nm。主耐磨层中，单层DLC厚度为9nm，单层VN为厚度6nm。

微钻刀基体的材质为高速钢。

实施例6：

过渡层的厚度200nm，主耐磨层的厚度为1500nm，自润滑层的厚度为500nm。过渡层中，单层Cr厚度为20nm，单层VN厚度为10nm。主耐磨层中，单层DLC厚度为10nm，单层VN为厚度5nm。

微钻刀基体的材质为硬质合金。

实施例7：

过渡层的厚度150nm，主耐磨层的厚度为1500nm，自润滑层的厚度为500nm。过渡层中，单层Cr厚度为15nm，单层VN厚度为15nm。主耐磨层中，单层DLC厚度为10nm，单层VN为厚度10nm。

微钻刀基体的材质为高速钢。

本实用新型针对现有微钻刀表面处理技术的不足，采用直流磁控溅射结合射频磁控溅射技术，提供了一种印刷电路板加工用涂层微钻刀及其制备方法，在金属材质微钻刀基体上通过物理气相沉积技术涂覆由Cr/VN、DLC/VN、Cr-DLC依次构成的多层纳米复合涂层。本实用新型的涂层结构一方面使复合涂层具有较高性能；另一方面可以使涂层与基体具有良好的附着力；同时还具有简单易行的可操作性。本实用新型制备的涂层微钻刀具有良好的膜基结合力、高的硬度（大于20GPa）和低摩擦系数（小于0.3）。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种印刷电路板加工用涂层微钻刀，包括微钻刀基体，其特征在于：所述的微钻刀基体上由内至外依次附着有冶金结合层、过渡层、主耐磨层及自润滑层，冶金结合层为纯金属Cr层，过渡层为Cr和VN交替构成的纳米多层，主耐磨层为DLC与VN交替构成的纳米多层，自润滑层为Cr掺杂的DLC层。

2. 根据权利要求1所述的印刷电路板加工用涂层微钻刀，其特征在于：所述过渡层的厚度100-200nm，主耐磨层的厚度为500-1500 nm，自润滑层的厚度为200-500 nm。

3.根据权利要求1所述的印刷电路板加工用涂层微钻刀，其特征在于：所述过渡层中，单层Cr厚度为10-20nm，单层VN厚度为5-15nm。

4.根据权利要求1所述的印刷电路板加工用涂层微钻刀，其特征在于：所述主耐磨层中，单层DLC厚度为5-10nm，单层VN为厚度5-10nm。

5.根据权利要求1所述的印刷电路板加工用涂层微钻刀，其特征在于：所述微钻刀基体的材质为高速钢或硬质合金。