中国PCB专用材料企业的现状与发展调查 ——钻孔
发布时间:2019-11-18 15:02

中国PCB专用材料企业的现状与发展调查 ——钻孔用盖垫板

 
        印制电路板用盖板和垫板(简称为盖/垫板)是PCB机械钻孔加工必备的重要辅助材料。由于PCB生产中的需要大量的盖垫板,并且近些年随着印制电路板钻孔技术快速发展,生产PCB用盖垫板已成为一个有一定规模的制造行业。我国是世界上最大的生产制造、消费PCB用盖垫板的国家。


一、盖/垫板产品的发展史
        PCB用盖垫板几乎是与PCB同时诞生。刚开始使用的是酚醛树脂盖板,而普通酚醛树脂Tg较低,逐渐出现 钻污等问题。出于这一原因,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,而且由于钻速越来越高,产生的热量也越来越多,在80年代后期对盖板又有了导热的要求,而环氧树脂的导热系数很低,不利于散热,故不能满足生产的要求,同时环氧玻纤板的成本也较高,因此这种环氧玻纤板使用的历史并不很长,就被遗弃。
        20世纪90年代初,木纤板由于具有价格便宜、稳定性、钻污少及耐热性能相对较好等优势开始用作于钻孔垫板。早期出现的低密度木纤板表面硬度低,钻孔时易出现毛刺现象,适合于较大孔径的钻孔;随着钻孔孔径缩小及钻速提高,为了很好的减少钻孔毛刺,在90年代末期,先后出现了中、高密度木纤板,其表面硬度逐步提高;为了进一步提高木纤板表面平整性和厚度均匀性,近几年木纤板还出现表面砂光工艺。同时90年代初还出现瓦楞垫板等新型概念产品。 
        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200℃多降至100℃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,它的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,为适应更细小孔径(0.3mm以下)的钻孔和更高钻的孔品质要求,盖垫板生产厂家又开发和改良了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。它还在提高孔位精度、解决钻头加工中钻头散热问题上,起到重要的功效。在近年润滑铝片的应用市场得到了迅速的扩大,可以预测在未来多年,它是微孔钻孔加工中很理想的辅助材料之一。
        随着PCB技术高端化、功能化、特殊化发展,作为PCB钻孔辅材盖/垫板技术也逐步朝着多样化、精细化、功能化发展。盖/垫板品质、品种,对确保PCB钻孔加工质量、成品率、生产效率、钻头使用寿命、PCB的可靠性起到重要作用。


二、盖/垫板功效、品种与标准
2.1盖板定义及功效
        电路板钻孔时在PCB钻孔加工时,放置在被加工的覆铜板上的板,称为“盖板”(Entry Material)。它是一种在印制板机械钻孔时置于待加工板的上面,以满足加工工艺要求的材料(见图1)。


图1 盖板和垫板产品及在PCB钻孔加工中应用示意图
   
        作为PCB钻孔加工的辅助材料,盖板有五个主要功效:① 保护板面(保护覆铜板的铜箔面,或基板镀铜导电层面),防止压力脚压伤板面 ; ②固定钻头,减少钻孔时钻头摇摆幅度、偏移,使钻头能准确定位;提高孔位精度,防止折断钻头;③防止基板发生上毛头、披峰; 减少入口性毛刺;④协助钻针散发热量;、降低钻头温度;⑤协助清扫钻孔针沟槽的作用;防止腻污孔;减少钻头的磨损和断钻等。
        对盖板性能要求主要有:软度要够;厚度公差优;平整及不易变形;耐高温;吸湿性低;表面无杂质、异物、明显缺陷;板的厚度均匀等。 


2.2垫板定义及功效
        钻孔时垫在电路板下,与机器台面直接接触的板状垫料,称为垫板(Back-up board)。它是一种在印制板机械钻孔时置于待加工板的下面,以满足加工工艺要求的材料。
        垫板的主要功效是:① 抑制下毛头(减少出口性毛刺);②对贯穿PCB板的钻孔加工,起到保护钻孔机台面的作用;防止PCB板底面的出口性毛刺;③降低钻头温度,减少钻头磨损;④在一定程度的清扫钻头上的钻污;⑤在一定程度上发挥其定位功效,提高钻孔精度。
        为确保基板的孔加工质量,要求PCB垫板具有如下特性:需求在于平整性要佳、尺寸公差优、切削容易、表面要求硬且平、材料高温不产生黏性或释放出化学物质污染孔壁或钻针,以及钻屑要求细且粉,易于排屑。硬度适宜、树脂含量或其它杂质成份含量少、固化程度好、不会产生粘性或释放出化学物质污染孔壁或钻头。 


2.3盖/垫板产品品种
        根据材料的不同,市场上通常将盖板分为四大类:酚醛纸盖板(包含酚醛纸盖板和冷冲板)、涂树脂铝盖板(又称为润滑铝片)、普通铝片(即铝箔盖板)、环氧玻璃布盖板。酚醛纸盖板业界用量较少,而冷冲板主要用于挠性板钻孔,由木浆纸和酚醛树脂构成;涂树脂铝盖板,用于HDI板、密集BGA、IC载板等微小孔钻孔和挠性板钻孔,由树脂和铝箔构成;普通铝片即铝箔盖板,用于普通及精细线路板钻孔,由合金铝箔构成;环氧玻纤布盖板,由环氧树脂和玻纤布构成,目前市面上用量极少。另外,以前也出现过一种复合铝盖板,由木浆纸(芯)和铝箔构成,目前已不多见,业已退出市场。
        根据材料的不同,市场上一般将PCB垫板分为以下三大类:酚醛纸层压垫板、蜜胺木垫板(含蜜胺木垫板、复合木垫板、涂胶木垫板、UV木垫板)、木纤板。酚醛纸层压垫板,是由牛皮纸或木浆纸浸渍酚醛树脂热压制成;蜜胺木垫板则是通过脲醛或酚醛或其它树脂与木纤板经过不同工艺制成不同类型的垫板;垫板中的木纤板,可分为中密度木纤维垫板和高密度木纤维垫板,由木质纤维或其它植物纤维与脲醛树脂或其它合成树脂混合,经热压制成。
        表1、表2分别所示了中国印制电路行业协会在2010年发布的印制板钻孔用盖板与印制板钻孔用垫板的标准(CPCA 4403—2010)中的盖/垫板品种分类。
表1  盖板分类
型 号 名  称 构  成 推荐适用范围
EB-01 酚醛纸盖板 由木浆纸和酚醛树脂构成   用于挠性板钻孔
EB-02 涂树脂铝盖板 由树脂和铝箔构成  用于HDI板等微小孔钻孔
EB-03 复合铝盖板 木浆纸(芯)和铝箔构成 用于厚铜板、背板、PTFE板等特殊板钻孔
EB-04 铝箔盖板 由铝箔构成 用于普通线路板及精细线路板钻孔
 

 
表2  垫板分类
型号 名   称 构  成 推荐适用范围
BB-01 酚醛纸层压垫板 由牛皮纸或木浆纸浸渍酚醛树脂热压制成 用于厚铜板、HDI板、PTFE、挠性板或孔径不大于0.20 mm的钻孔
BB-02 纤维板·三聚氰胺 脲醛树脂·纸复合木垫板(蜜胺木垫板) 由纤维板、脲醛、三聚氰胺树脂及木浆纸构成 用于HDI、背板或孔径不大于0.20 mm的钻孔
BB-03 树脂涂层·纸·纤维板复合木垫板(复合木垫板) 由木浆纸、纤维板、树脂层构成 用于HDI、孔径不大于0.30 mm的钻孔
BB-04-01 双面涂胶木垫板
(涂胶木垫板)
由纤维板、树脂凃层构成 用于孔径不大于0.30 mm的钻孔
BB-04-02 紫外光固化树脂涂层木垫板
(UV木垫板)
由纤维板、紫外光固化树脂凃层构成
BB-05-01 中密度木纤维垫板 由木质纤维或其它植物纤维与脲醛树脂或其它合成树脂混合,经热压制成 用于孔径不小于0.30 mm的中低档板钻孔
BB-05-02 高密度木纤维垫板 由木质纤维或其它植物纤维与脲醛树脂或其它合成树脂混合,经热压制成 用于孔径0.25 mm及以上的中低档板钻孔
 
2.4 境内外使用盖/垫板品种的现况
        根据调查,目前(以2012年为例)国内的盖板使用品种主要是铝片,它约占82.2%。国内的垫板使用品种主要是木浆板,它约占59.1%(见图2)。
图2 国内的不同品种盖板、垫板需求比例情况


        目前,在日本的PCB钻孔加工中,所用的盖板一般为铝片、涂树脂铝盖板、冷冲板,垫板几乎达到100%使用酚醛纸垫;在韩国的PCB钻孔加工中,使用的盖板品种一般为铝片、涂树脂铝盖板、冷冲板为主,垫板使用蜜胺木垫板和酚醛纸垫板。在台湾,目前的PCB钻孔加工中,选用盖板铝片、涂树脂铝盖板、冷冲板为主,垫板主要使用酚醛纸垫板及少量蜜胺木垫板、木纤板。
 
 
三、国内外盖/垫板市场情况
3.1 全球及中国内地不同类型盖垫板市场
        根据世界电子电路理事会(WECC)和结合2012年全球PCB产量的数据统计,以及我们对相关盖垫板市场调查的数据,从中可推算出了2012年全球PCB钻孔用盖垫板的市场情况(详见表3:2012年PCB钻孔用不同类型盖垫板市场量和表4:2012年PCB钻孔用不同类型盖垫板市场金额。全球PCB钻孔用盖板的总体需求量为177.35百万平方米,总销售额为34.30亿元人民币,其中铝片126.48百万平方米,金额为11.64亿元人民币;覆膜铝片32.07百万平方米,金额为19.65亿元人民币;冷冲板18.80百万平方米,金额为3.00亿元人民币。随着PCB技术的发展,PCB产品结构的不断升级,主要用于高端硬板钻孔方面的覆膜铝片和用于挠性板钻孔方面的冷冲板需求量将会进一步增多。
         垫板方面,012年全球PCB钻孔用垫板的总体需求量为88.67百万平方米,总金额为15.87亿元人民币,其中木浆板41.29百万平方米,金额为3.44亿元人民币;密胺板19.74百万平方米,金额为3.46亿元人民币 ;酚醛板27.65百万平方米,金额为8.96亿元人民币。木浆板主要用于低阶PCB钻孔加工,随着技术的不断升级,满足于中高端PCB钻孔需求的蜜胺板及酚醛板的用量将会明显增多。
 
表3  2012年PCB钻孔用不同类型盖垫板市场量
单位:百万平方米
类型 盖板 总计 垫板 总计
铝片 覆膜铝片 冷冲板 木纤板 蜜胺板 酚醛板
需求量 126.48 32.07 18.80 177.35 41.29 19.74 27.65 88.67
 
 
表4 2012年PCB钻孔用不同类型盖垫板市场金额
单位:百万元人民币
类型 盖板 总计 垫板 总计
铝片 覆树脂
铝片
冷冲板 木纤板 蜜胺板 酚醛板
需求量 1164.42 1965.01 300.95 3430.39 344.31 345.88 896.44 1586.63
3.2全球不同地区盖垫板市场
        从世界生产PCB的国家、地区分布来看,盖垫板市场量最大的毫无疑问是中国地区,其中盖板市场量109.74百万平方米,金额约为16.84亿元人民币;垫板市场量为54.87百万平方米,金额为7.99亿元;钻孔用盖垫板总金额约为24.83亿元人民币(见表5、表6)。
 
表5  2012年不同地区PCB钻孔用盖垫板市场量
单位:百万平方米
地区 美国 欧洲 日本 中国 亚洲(中日除外) 总计
盖板 3.95 3.85 13.69 109.74 46.12 177.35
垫板 1.97 1.93 6.85 54.87 23.06 88.67
 


表6 2012年不同地区PCB钻孔用盖/垫板市场金额
单位:百万元人民币
地区 美国 欧洲 日本 中国 亚洲(中日除外) 总计
盖板 75.85 59.22 518.88 1683.93 1092.51 3430.39
垫板 32.03 24.81 227.64 799.14 503.01 1586.63
总计 107.87 84.02 746.52 2483.08 1595.52 5017.02
 


        从表7 的2012年不同地区PCB钻孔用不同类型盖垫板需求量可以看到,每个地区使用的盖垫板在不同类型产品的需求存在着差异,这主要由于每个地区各种类型PCB板分布比例不同所致。

表7  2012年不同地区PCB钻孔用不同类型盖垫板需求量
单位:百万平方米
 
地区 盖板 垫板
铝片 覆树脂
铝片
冷冲板 总计 木浆板 蜜胺板 酚醛板 总计
美国 2.88 0.77 0.29 3.95 0.86 0.74 0.38 1.97
欧洲 3.17 0.46 0.23 3.85 1.38 0.28 0.27 1.93
日本 6.04 5.64 2.01 13.69 0.29 0.29 6.27 6.85
中国 88.80 12.67 8.28 109.74 32.67 12.42 9.77 54.87
亚洲(中日除外) 25.59 12.54 7.98 46.12 6.09 6.01 10.96 23.06
合计 126.48 32.07 18.80 177.35 41.29 19.74 27.65 88.67
 
四、国内外盖/垫板厂家现况 
        目前,境外生产PCB用盖/垫板厂家主要有:日本的三家生产规模较大的厂家利昌工业公司、三菱瓦斯化学公司、NIHON DECOLUXE公司;台湾主要有钜橡企业股份有限公司、欣岱实业股份有限公司;印度的Golden Laminate公司,美国的Laminating Company of America(LCOA)公司,韩国有柳源公司。
        目前在国内的盖板(铝片)专业生产厂家有明泰、万达、邵铝等;下垫板(木浆板)专业生产厂家有大亚、森华、吉象、高峰、东盾、东正、欣荣欣、绿源等。其他小类盖/垫板生产厂家不再此说明。专业经销商有中晨、柳鑫、和兆丰、保方、永昌德等。完全可以满足国内PCB行业的需求。