205.7mm底銅厚銅PCB板制作工藝開發(fā)

焦其正 曾志軍

（東莞生益電子有限公司，廣東 東莞 523039）

1 前言

近年來(lái)，隨著汽車電子的技術(shù)發(fā)展，需要線路板滿足其元器件向高速、高頻、電流容量增大、小型化發(fā)展的要求。同時(shí)隨著電子設(shè)備，通訊基站等大型電子電氣設(shè)備電源轉(zhuǎn)換模塊的小型化、多功能化，平面變壓器的大量使用，要求搭載多塊動(dòng)力元器件的印制板具備多層、內(nèi)導(dǎo)通孔（IVH）化。厚銅箔線路板由于具有能導(dǎo)通大電流以及散熱性能優(yōu)良的特點(diǎn)，較好地滿足汽車電子類電路板和電子電氣設(shè)備中的電源模板等類型電路板的市場(chǎng)的需求，因此具有廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景。

厚銅箔線路板由于具有特殊的功能和用途，因此成為一種高端的特種PCB，此類PCB主要特點(diǎn)是，線路銅厚（≥102.9 mm），可靠性要求高，大多設(shè)計(jì)有平面繞阻線圈.目前制作的厚銅板主要是層數(shù)6-12層，銅厚102.9 mm ～ 205.7 mm。鑒于厚銅箔PCB的技術(shù)特點(diǎn)及其廣闊的市場(chǎng)前景，和我司主要客戶華為和中興的需求，決定進(jìn)行厚銅箔PCB的技術(shù)和工藝開發(fā)。

通過(guò)厚銅線路板的工藝開發(fā)使我司掌握最大銅厚205.7 mm的厚銅板的制作工藝，具備厚銅板的批量制作能力。

2 制作難點(diǎn)與研究方法

對(duì)比普通的線路板我們可以發(fā)現(xiàn)：底銅厚≥102.9 mm的厚銅線路板，由于底銅厚度的增加帶來(lái)以下幾個(gè)制作流程的加工難點(diǎn)：（1）內(nèi)外層厚銅線路的制作（2）厚銅線路芯板的層壓，包括層壓線路樹脂填充和整體板厚的控制（3）厚銅芯板對(duì)層壓后的板的鉆孔方法的影響（4）后厚銅線路的表面阻焊制作。

2.1 內(nèi)外層厚銅線路的制作

對(duì)于厚銅板的芯板主要采用兩種方式獲得，一是先采購(gòu)銅厚較薄的芯板，然后通過(guò)整板電鍍，鍍到所需的銅厚，一種是直接采購(gòu)所需底銅的厚銅芯板（生產(chǎn)廠商直接用相應(yīng)的底銅的銅箔壓制而成）第一種成本較低，但是難以保證整板的銅厚均勻性，第二種銅厚均勻，成本高。為了保證線路蝕刻的均勻性和層壓填膠的充分和均勻，盡量采用第二種芯板。

對(duì)于外層厚銅線路，除了使用厚銅芯板層壓而成的外層蝕刻外，還有一種新的工藝可以制作精細(xì)線路，這種工藝稱之為連續(xù)線路增迭技術(shù)。其制作示意圖如圖1。

此工藝的主要特點(diǎn)是使用償方法，在外層線路蝕刻完成后使用樹脂絲印填平線路，然后整平，整平后再次電鍍和蝕刻線路，因此此方法適合使用普通底銅的板料，常見的蝕刻設(shè)備和工藝控制方法來(lái)制作精細(xì)線路，但是存在流程長(zhǎng)和，對(duì)位能力和整平工藝對(duì)線路制作影響大的問(wèn)題（圖2）。

采用厚的底銅進(jìn)行外層圖形制作主要的制作難點(diǎn)在于外層蝕刻工藝的控制。

（1）制作難點(diǎn)

①因設(shè)備制作能力的限制，為達(dá)到厚銅板的內(nèi)外層線路的制作要求，一次蝕刻線寬間距難以做到。

②受到蝕刻藥水體系的限定，為保證蝕刻量，蝕刻速度較慢，整板的線路均勻性無(wú)法保證，造成線路制作能力低。

（2）制作方法

①內(nèi)層使用抗蝕性強(qiáng)的HN-240干膜，曝光時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)，曝光后靜置時(shí)間大于30 min。

②內(nèi)層采用正反面兩次蝕刻的方式，蝕刻速度和補(bǔ)償量依據(jù)目前的68.6 mm ～ 102.9 mm底銅的線路板設(shè)定。

③蝕刻速度依據(jù)蝕刻速度和蝕刻次數(shù)，在相應(yīng)的速度的基礎(chǔ)上通過(guò)首板調(diào)整。

④內(nèi)外層蝕刻速度在68.6 mm ～ 102.9 mm底銅的基礎(chǔ)上設(shè)定，依據(jù)首板測(cè)量值適當(dāng)調(diào)整，保證線路蝕刻干凈，線路圖形在理論設(shè)定值范圍內(nèi)。

2.2 層壓制作

（1）制作難點(diǎn)

對(duì)于厚銅板，因其線路底銅厚度大，層壓制作過(guò)程需要保證樹脂能夠充分填充線路圖形之間的縫隙，同時(shí)需要保證壓板的介質(zhì)層厚度滿足要求。層壓疊層設(shè)計(jì)時(shí)需要控制整板的壓板板厚滿足要求，同時(shí)厚銅板對(duì)可靠性也提出較高的要求，由此可以看出對(duì)于厚銅板層壓是一個(gè)關(guān)鍵且重要的工藝流程。

內(nèi)層芯板線路銅厚大，填膠量大，同時(shí)對(duì)可靠性的要求高，因此需要考慮板材類型的選擇和疊層方式的設(shè)定，保證厚底銅填膠充分，封閉繞線圈內(nèi)無(wú)空洞和氣泡殘留。板料選擇時(shí)需考慮可靠性良好和電性能優(yōu)異的板料，粘結(jié)片選用樹脂含量高（≥60%）和流動(dòng)性強(qiáng)（≥40%）的種類，同時(shí)考慮疊層結(jié)構(gòu)和厚度控制。

（2）制作方法

①選定含有填料，可靠性良好的厚銅箔PCB專用板材PLX為厚銅板的板料，半固化片選擇原則106＞1080＞2116，疊層數(shù)需充分考慮填膠量足夠和介質(zhì)層厚度的要求。

②依據(jù)選定的板材和疊層，設(shè)定合適的壓板程序，考慮到填膠和樹脂流動(dòng)充分的問(wèn)題，在壓板程序開始階段設(shè)定一個(gè)中壓段，保證樹脂充分流動(dòng)和填充。

表1 板材基本特性參數(shù)

2.3 鉆孔制作

（1）制作難點(diǎn)

由于內(nèi)層芯板均為＞102.9 mm底銅的芯板，鉆孔時(shí)采用普通鉆刀鉆孔，容易出現(xiàn)孔壁粗糙度大的問(wèn)題。同時(shí)由于排屑不順暢，容易出現(xiàn)銅絲纏繞鉆刀的問(wèn)題，最終導(dǎo)致斷刀，鉆孔效率底下，孔壁質(zhì)量差的問(wèn)題。

（2）制作方法

①采用特殊設(shè)計(jì)的鉆刀來(lái)鉆孔，鉆刀設(shè)計(jì)的特點(diǎn)為，增大螺旋角和頂角，增大排屑能力防止厚銅板鉆孔中的銅絲纏絲；減小第一面角角度增大刀刃與板材的接觸面積，增大切削力。

②對(duì)于0.5 mm以下的小孔采用分步鉆孔的方式，適當(dāng)?shù)慕档娃D(zhuǎn)速，落速和回刀量。

2.4 阻焊制作

2.4.1 制作難點(diǎn)

外層線路銅厚大，銅面與基材面落差大，線路拐角處容易出現(xiàn)油薄和白點(diǎn)，油厚均勻性難以控制。

對(duì)于外層線路銅厚大于100 mm的線路的阻焊制作可以采用多種方法制作，一般采用先絲印一次線路油墨，增加線路之間的基材區(qū)的阻焊厚度，然后制作阻焊線路?；膮^(qū)絲印通常稱之為L(zhǎng)INE MASK印油，使用的油墨有普通油墨，也可使用一些特殊的油墨，如ATOTECH的厚銅填充膏DSF 2706/2707 UV。

2.4.2 制作方法（圖3）

（1）阻焊采用Line mask+正常兩次印油的方式，油墨粘度控制在100 dpc ～ 120 dpc。

（2）Lins mask使用普通油墨，印油后需要顯影，曝光，烘板，然后再次磨板和印油。

（3）每次印油后水平放置，靜置放板30 min，然后預(yù)烘。

3 制作結(jié)果分析

3.1 內(nèi)外層線路圖形

內(nèi)外層線路均能滿足公差±20%要求，CPK≥1.33內(nèi)層4 oz最小線寬/間距可做到8 mil/8 mil，6 oz底銅最小線寬/間距可以做到12 mil/12 mil，外層5 oz底銅最小線寬/間距可以做到12 mil/12 mil。

3.2 層壓制作

3.2.1 介質(zhì)層厚度

從介質(zhì)層厚度測(cè)量結(jié)果來(lái)看（表3），壓合層介質(zhì)層厚度均偏厚25 mm左右，疊層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到板厚，同時(shí)填膠量大且不是很確定，所以P片數(shù)量偏多?？紤]到每張106P片中玻纖的理論厚度約為40 mm，實(shí)際切片中的厚度按照張數(shù)計(jì)算平均28 mm，為了保證可靠性和填膠量，因此建議按照以下的介質(zhì)層厚度要求設(shè)計(jì)厚銅板：

137.2mm底銅芯板之間介質(zhì)層厚度≥0.15 mm；205.7mm底銅芯板之間介質(zhì)層厚度≥0.20 mm。

表2 內(nèi)外層線路制作能力分析

表3 壓板介質(zhì)層厚度測(cè)量

3.2.2 壓板板厚

理論壓板厚度3.2 mm，公差±10%，板厚控制較好，最小3.214 mm，最大3.337 mm，平均3.271 mm，均在3.2 mm ～ 3.3 mm之間，接近理論中值（表4、圖4）。

表4 壓板厚度測(cè)量

層壓制作樹脂填膠充分，無(wú)空洞和干花出現(xiàn)，密集線路和封閉繞線圈內(nèi)樹脂均能完全填充。

3.3 鉆孔制作（圖5）

鉆孔孔壁質(zhì)量良好，孔粗均能滿足≤15 mm，滿足客戶的要求（≤35 mm）。

3.4 阻焊制作（圖6）

表5 可靠性測(cè)試結(jié)果

綠油厚度：銅面≥45 mm，拐角≥10 mm，基材區(qū)≥140 mm 無(wú)油薄、起皺、發(fā)白等缺陷。

3.5 蝕刻因子（圖7）

蝕刻因子：內(nèi)層137.2 mm底銅≥2.6；205.7 mm底銅≥3.1；外層171.5 mm厚底銅≥2.6。

3.6 可靠性測(cè)試

4 結(jié)論

通過(guò)工藝研究制作出底銅最厚205.7 mm的厚銅板，最大層數(shù)12層，最大尺寸450 mm×600 mm，板厚3.3 mm，最小孔徑0.35 mm，最小間距0.75 mm，芯板介質(zhì)層最小厚度0.1 mm，蝕刻因子≥2.6，在CPK≥1.33條件下137.2 mm底銅最小線寬/間距0.2 mm/0.2 mm，171.5 mm底銅最小線寬/間距0.25 mm/0.25 mm，205.7 mm厚底銅最小線寬/間距0.3 mm/0.3 mm，板料能夠滿足無(wú)鉛焊接的制作要求，可靠性良好。

通過(guò)制作工藝開發(fā)，制作出最大底銅厚度205.7 mm厚銅線路板，各項(xiàng)性能滿足客戶要求。

[1]周群. 厚銅箔印制板的工藝控制[J]. 印制電路信息,2007,2:54-56.

[2]何金蘭. 關(guān)于厚銅板連續(xù)線路增迭技術(shù)的討論[J].設(shè)計(jì)與研發(fā),2003,12.

[3]魏峰論. 厚銅多層板層壓制作[J]. 特種印制線路板,2002,6:40-42.

[4]強(qiáng)婭莉. 厚銅箔印制板制作工藝的改進(jìn)[J]. 火控雷達(dá)技術(shù),2008,9:100-102.