具有等离子体沉积金属碳化物涂层的刀头制造技术

一种刀头，包括：具有纵轴的圆柱体。在能够围绕所述纵轴旋转所述圆柱体的工具啮合的所述体的一个末端上提供工具啮合端。在与所述工具啮合端相对的所述体末端上提供的工作端。工作端上提供的等离子体沉积金属碳化物涂层。在使用中，有涂层的工件末端用于在ＰＣＢ板中钻孔。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及具有涂层的刀头，具体涉及在制造印刷电路板(这里称为“PCB”)中使用的涂有金属碳化物层的刀头。
技术介绍
对PCB的加工操作必须精确并且非常符合公差要求。对于使用钻头或其它类似的旋转钻探装置的镗孔操作，公差是根据镗孔直径、轴准直度和钻孔深度而测量的。PCB的衬底通常由与钻头(即玻璃纤维)不同的材料制成，其对在PCB制造期间使用的钻头和其他旋转钻探装置具有很高的要求。例如玻璃纤维的材料非常粗糙且易于使钻头末端相对较快地变钝。这会导致钻头未能满足公差标准，从而导致在PCB板的制造过程中出现尺寸错误。为了克服与钻头高磨损率相关的问题，已知的方法是利用硬涂层例如硬化碳钢涂上钻头，以防止钻头钝化。然而，由于PCB板材料的磨损性，在硬化碳钢被磨损且必须被替换之前，大部分的硬化碳钢PCB钻头具有约500到2000转之间的寿命。因此需要提供一种能够克服或至少改进一个或多个上述缺点的刀头。
技术实现思路
根据第一方面，提供一种刀头，包括具有纵轴的圆柱体； 位于所述圆柱体上一个末端上的工具啮合端，与能够围绕所述纵轴旋转所述圆柱体的工具啮合；位于所述圆柱体的另外一个末端上的工作端，与所述工具啮合端相对；以及在所述工作端上形成的等离子体沉积金属碳化物涂层，随着所述圆柱体围绕其纵轴旋转，其中所述涂层工作端在工件中钻孔。有利的是，当刀头用于在PCB材料中钻孔时，等离子体沉积金属碳化物相对于已知的硬涂层显著地延长了刀头的循环寿命。硬涂层可以具有由250nm到3000nm、250nm到2500nm、250nm到2000nm、250nm到1500nm、250nm到1000nm、500nm到3000nm、500nm到2500nm和1000到2000nm构成的组中选出的厚度。硬涂层可以具有至少10Gpa的硬度。可选地，硬涂层具有10Gpa到35Gpa或15Gpa到25Gpa的硬度。在一个实施例中，硬涂层包括在所述工作端上提供的初始层和在所述初始层上提供的第二层，其中第二层的硬度大于所述初始层的硬度。可选择地，初始层具有5Gpa到10Gpa的硬度，所述第二层具有10Gpa到35Gpa的硬度。在一个实施例中，初始层和第二层分别具有在250nm到1500nm、500nm到1500nm和800nm到1500nm范围内的厚度。金属碳化物的金属可以是过渡金属。所述过渡金属碳化物的过渡金属可以从Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Ru、Os及它们的组合物构成的组中选择。在一个实施例中，过渡金属碳化物是碳化钽。硬化涂层可以使用来自过滤阴极真空电弧(filtered cathodicvacuum arc)的等离子体源沉积。在一个实施例中，刀头是印刷电路板(PCB)钻头。在另一实施例中，刀头是印刷电路板(PCB)刨槽(router)刀头。圆柱体可以具有从由0.05mm到3mm、0.05mm到2mm、0.05mm到1mm、0.05mm到0.5mm和0.05mm到0.25mm构成的组中选出的直径。在一个实施例中，刀头包括在所述工作端和所述硬涂层之间设置的金属层。金属层的厚度可以从250nm到1500nm。在一个实施例中，圆柱体包括碳化钨和碳化钴。在一个实施例中，提供一种刀头，包括具有纵轴的圆柱体；与能够使圆柱体围绕所述纵轴旋转的工具啮合的所述体的一个末端上的工具啮合末端；在与所述工具啮合末端相对的所述体末端上的工作端；在所述工作端上提供的等离子体沉积金属层；在所述金属层上提供的等离体沉积初始金属碳化物涂层；在所述初始金属碳化物涂层上提供的等离子体沉积第二金属碳化物涂层，其中所述第二金属碳化物涂层的硬度相对于所述初始金属碳化物涂层更硬；其中在使用中，随着圆柱体围绕其纵轴旋转，所述涂层工作端钻孔到工件中。等离子体沉积金属碳化物涂层可以具有约0.3到约1或约0.5到约0.8的拉曼(Raman)强度值。根据第二方面，提供一种有涂层的刀头，包括具有纵轴的圆柱体、与能够使圆柱体围绕所述纵轴旋转的工具啮合的所述体的一个末端上的工具啮合末端、在与所述工具啮合末端相对的所述体末端上的工作端，该方法包括步骤(a)在所述工作端上沉积等离子体金属离子和碳离子以在其上形成金属碳化钨层。有利地是，等离子体金属离子和碳离子基本没有大粒子。该方法可以，在步骤(a)之前，步骤(b)在惰性气体中或在真空下从阴极真空电弧源产生包括金属离子和碳离子的等离子体束；和(c)过滤所述等离子束以基本除去所有的大粒子。在步骤(a)期间，该方法可以包括，以下步骤(d)对所述刀头的工作端施加交替的偏压脉冲，所述偏压脉冲在相对高的负偏压脉冲和相对低的负偏压之间变换。该方法可以包括步骤(d1)从由-1800到-4500V和-2000V到-2500V的范围构成的组中选择所述高负偏压脉冲。该方法可以包括步骤(d2)从由-50V到-500V和-100V到-200V的范围构成的组中选择所述低负偏压脉冲。该方法可以包括步骤(e)以将近10KHz的频率在衬底上施加脉冲偏压的步骤。脉冲步骤(e)可以包括从1KHz到3KHz范围选择频率的步骤(e1)。脉冲步骤(e)可以包括从由从1μs到50μs、从1μs到25μs和从5μs到10μs构成的组中选择的脉冲持续时间的步骤(e2)。根据第三方面，提供制造印刷电路板(PCB)的刀头的用途，该刀头包括 具有纵轴的圆柱体；位于所述圆柱体上一个末端上的工具啮合端，与能够围绕所述纵轴旋转所述圆柱体的工具啮合；位于所述圆柱体的另外一个末端上的工作端，与所述工具啮合端相对；在所述工作端上提供的等离子体沉积金属层；其中在使用中，随着圆柱体围绕其纵轴旋转，所述涂层工作端钻孔到所述PCB中。根据第四方面，提供制造刀头的方法，包括以下步骤(a)提供一种刀头，包括具有纵轴的圆柱体、与能够使圆柱体围绕所述纵轴旋转的工具啮合的所述体的一个末端上的工具啮合末端、在与所述工具啮合末端相对的所述体末端上的工作端；和(b)在所述工作端上沉积等离子金属离子和碳离子以在其上形成金属碳化物层。根据第五方面，提供一种印刷电路板(PCB)钻头或刨槽刀头，包括具有纵轴的圆柱体；与能够使圆柱体围绕所述纵轴旋转的工具啮合的所述圆柱体的一个末端上的工具啮合末端；在与所述工具啮合末端相对的所述圆柱体末端上的工作端；在所述工作端上提供用于随着所述圆柱体围绕其纵轴旋转在所述PCB中钻孔的等离子体沉积金属层。根据第六方面，提供一种在印刷电路板(PCB)制造期间，用于在板中钻孔的刀头，该刀头包括 具有纵轴的圆柱体；与能够使圆柱体围绕所述纵轴旋转的工具啮合的所述圆柱体的一个末端上的工具啮合末端；在与所述工具啮合末端相对的所述圆柱体末端上的工作端；和在所述工作端上且具有约1.5μm或更小厚度的碳化钽涂层，其中在使用时，随着圆柱体围绕其纵轴旋转，所述涂层在所述PCB中钻孔。根据第七方面，提供一种具有一个或多个已经通过如第一方面中所描述的刀头钻出的孔的印刷电路板(PCB)。根据第八方面，提供一种在印刷电路板(PCB)的衬底中钻孔的方法，包括步骤(a)利用钻头或刨槽刀头在PCB衬底中钻孔，所述刀头的末端包括其上具有等离子体沉积的金属碳化钨涂层。定义下文使用的下述词或术语具有所示的含义术语“刀头”，在本说明书的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种刀头，包括：具有纵轴的圆柱体；位于所述圆柱体上一个末端上的工具啮合端，与能够围绕所述纵轴旋转所述圆柱体的工具啮合；位于所述圆柱体的另外一个末端上的工作端，与所述工具啮合端相对；以及在所述工作端上形成的等离 子体沉积金属碳化物涂层，随着所述圆柱体围绕其纵轴旋转，其中所述涂层工作端在工件中钻孔。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：史旭，谢丽康，
申请(专利权)人：纳峰科技私人有限公司，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]