[发明专利]一种硬质合金基体纳米复合涂层印刷线路板微钻及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及印刷线路板（PCB）通孔微钻纳米复合涂层领域，特别涉及到一种硬质合金基体纳米复合涂层印刷线路板微钻及其制备方法。 

背景技术

随着全球信息技术(IT)硬件制造产业向国内的转移，中国已成为IT硬件核心组件印制电路板(PCB)的全球化制造基地。每年消耗量达数十亿支的PCB导通用微钻的品质成为PCB制造技术革新的核心问题。随着PCB产业的发展，微钻转速趋高（20万转/分钟）、小孔径通孔密度增加、线路板层数增多、难加工无卤素PCB板大量采用，使微钻通孔加工的条件更加苛刻，需要对微钻的性能进行改进。并且随着移动电话、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促进作用。PCB的孔径越来越小，布线密度越来越密，加工速度越来越快，这样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，Ф0.1mm-Ф0.4mm的微孔钻头磨损、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。 

一般而言，与传统的刀具涂层类似，利用PVD或CVD技术对微钻进行表面涂覆类金刚石（DLC）、过渡金属氮化物、碳化物等硬质涂层可能是提高其使役寿命和加工性能的有效方法。但是，和传统大尺寸钻头或刀具相比，微钻直径小至0.1mm，使用过程中产生的微曲变形和振动使表面的脆性涂层产生微裂纹，尺寸细小的合金微钻对表面裂纹极为敏感，加工过程中容易发生脆断。微钻是否会发生断钻与微钻的排屑能力有非常密切的关系，光洁性高、和被切削材料亲和性低的涂层具有低的摩擦系数，有利于排屑能力的提高。 

 为了克服微钻在使用过程中产生的上述问题，开发一种复合镀层越来越重要，因为复合金属镀层是一种高硬度、高塑性、低磨损率、耐高温、抗氧化的纳米梯度复合镀层，镀层微钻的使用寿命可以提高原使用寿命的数倍，可节约成本，而且还可大量节省原材料和人力，具有明显的经济效益，故该镀层工艺在PCB微钻上有较大的推广应用前景。 

     本发明就针对通孔微钻的切削特点设计了一种韧性好、硬度高、摩擦系数小的高性能氮化锆(ZrN)/类金刚石(DLC)复合的双相涂层。ZrN的硬度在1600-2200Hv之间，韧性好，热膨胀系数为7.2×10^-6/K，弹性模量为510kN/mm²。热膨胀系数及弹性模量与PCB通孔微钻基体接近，热匹配性、化学匹配性好,但单一ZrN涂层硬度较低。设计ZrN/DLC两相纳米复合涂层,通过固溶强化、纳米强化和复相强化，可以使复合涂层硬度和韧性显著提高，而涂层中DLC相的存在可以大大降低涂层的摩擦系数，提高刀具排屑性能，降低切削力。 

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的上述缺陷，通过选择合适的涂层材料以及沉积方法来提高微钻的使用寿命以及改善其各个方面的使用性能，从而一方面为印刷电路板的制造节省成本，提高经济效益，另一方面为印制电路板小型化、精细化的发展起到很好的促进作用。 

本发明通过对ZrN和DLC进行复合设计，利用界面强化、固溶强化、双相强化和纳米强化，获得一种结合力强、硬度高、韧性好、摩擦系数低以及使用寿命高的PCB通孔微钻用复合涂层。 

  

为实现本发明的以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种硬质合金基体纳米复合涂层印刷线路板微钻,所述印刷电路板微钻的基体为硬质合金，其表面上沉积有作为内层和外层的双层复合结构，所述内层为过渡层，所述过度层的材料为ZrN，其厚度为0.1-0.5微米；所述外层为复合层，所述复合层的材料为ZrN/DLC，其厚度为0.5-5微米。