談局部厚銅板的制作流程

蔣 華 張 宏 何艷球 張亞鋒 郭 宇

（勝宏科技（惠州）股份有限公司，廣東 惠州 516211）

0 前言

局部厚銅是一種提高印制電路板（PCB）散熱及過(guò)大電流的技術(shù)可以直接過(guò)大電流，導(dǎo)熱效率高，可延長(zhǎng)PCB的使用壽命。但此類(lèi)型PCB與普通的厚銅基板在制作流程上有很大的區(qū)別，特別是壓合時(shí)很容易產(chǎn)生銅皺，壓膜時(shí)容易產(chǎn)生氣泡造成滲蝕，曝光時(shí)吸真空不足造成曝光不良。

以汽車(chē)電源系統(tǒng)為例，該模塊密度高、功率大，會(huì)產(chǎn)生更多熱量，特別是混合動(dòng)力和全電動(dòng)汽車(chē)會(huì)越來(lái)越多，所以需要更多先進(jìn)的電源管理系統(tǒng)。

這意味著對(duì)散熱和大電流的需求會(huì)越來(lái)越高，必須增加PCB導(dǎo)體銅厚度，來(lái)滿(mǎn)足對(duì)散熱和大電流的需求。局部厚銅板產(chǎn)品與普通的厚銅板在制作流程上有很大的區(qū)別，文章通過(guò)對(duì)不同的流程及方案的可行性進(jìn)行驗(yàn)證，總結(jié)出可以生產(chǎn)該類(lèi)型板的制作方法。

1 局部厚銅板與普通厚銅板的區(qū)別

局部厚銅板指在板內(nèi)即有薄銅區(qū)域，又有厚銅區(qū)域，普通厚銅板指板內(nèi)有銅區(qū)域全部為厚銅（如圖1）。

2 產(chǎn)品基本信息

產(chǎn)品基本信息見(jiàn)表1，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2所示。

圖1 局部厚銅板

表1 基本信息

圖2 壓合疊構(gòu)

3 流程設(shè)計(jì)

3.1 局部厚銅的銅面制作

3.1.1 方案一：直接采用DES蝕刻線(xiàn)控深蝕刻的方式制作

（1）制作流程。

開(kāi)料→鉆定位孔→壓膜→曝光→DES蝕刻

（2）流程說(shuō)明。

①根據(jù)厚銅位置銅厚選擇基板，此產(chǎn)品厚銅位置需要140 μm（4 oz），選用140 μm基板生產(chǎn)。

②薄銅區(qū)為35 μm（1oz），需要減去105 μm（3 oz），蝕刻補(bǔ)償需按105 μm銅厚進(jìn)行補(bǔ)償；

③曝光PE值設(shè)定±50 μm，防止與后續(xù)的局部厚銅線(xiàn)路不匹配；

④使用真空蝕刻線(xiàn)以少量多次的方式生產(chǎn)，蝕刻線(xiàn)以最快線(xiàn)速（7.2 m/min），噴壓調(diào)整為：0.098 Mpa，生產(chǎn)前量測(cè)銅厚，過(guò)一次蝕刻線(xiàn)后量測(cè)一次銅厚，根據(jù)蝕刻咬蝕量確定過(guò)蝕刻次數(shù)，薄銅區(qū)減到35 μm±2.5 μm內(nèi)。

⑤銅基板蝕刻時(shí)，嚴(yán)格管控蝕刻深度及厚銅區(qū)域線(xiàn)或Pad的尺寸，確保蝕刻后厚銅位置比其它位置高105 μm左右（見(jiàn)表2）。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

厚銅區(qū)域尺寸無(wú)影響，實(shí)際測(cè)量蝕刻后厚銅區(qū)域線(xiàn)路寬度正常，均在±5%以?xún)?nèi)。因厚銅板蝕刻深度較深，薄銅區(qū)域銅厚均勻性較難管控，薄銅區(qū)域R值為0.01 mm～0.02 mm，R值較大（見(jiàn)表2），后制程的線(xiàn)路制作影響較大，驗(yàn)證失敗。

3.1.2 方案二：直接采用局部減銅的方式制作

（1）制作流程。

開(kāi)料→鉆定位孔→壓膜→曝光→顯影→減銅

（2）流程說(shuō)明。

①選用140 μm（4 oz）基板生產(chǎn)，減銅資料需按105 μm（3oz）銅厚進(jìn)行補(bǔ)償，曝光PE值設(shè)定±50 μm；

②減銅線(xiàn)以3 m/min的線(xiàn)速生產(chǎn)，生產(chǎn)前量測(cè)銅厚，過(guò)一次減銅線(xiàn)后量測(cè)一次銅厚，正反交替的方式生產(chǎn)，直到薄銅區(qū)減到35 μm±2.5 μm內(nèi)。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

實(shí)際量測(cè)蝕刻后厚銅區(qū)域線(xiàn)路寬度正常，均在±5%內(nèi)，薄銅區(qū)域銅厚R值為4.8 μm～5.3 μm，見(jiàn)表3，R值正常，驗(yàn)證OK。但生產(chǎn)此類(lèi)局部厚銅板，從140 μm（4 oz）銅厚，減銅厚至35 μm（1 oz），次數(shù)較多，費(fèi)時(shí)，費(fèi)力，產(chǎn)能?chē)?yán)重不足，此生產(chǎn)方只適于樣品及小批量，不適應(yīng)量產(chǎn)。

3.1.3 方案三：采用DES蝕刻線(xiàn)控深蝕刻+減銅的方式制作

（1）制作流程。

開(kāi)料→鉆定位孔→壓膜→曝光→DES蝕刻→減銅

（2）流程說(shuō)明。

①選用140 μm銅厚的（4 oz）基板生產(chǎn)，減銅資料需按105 μm（3 oz）銅厚進(jìn)行補(bǔ)償，曝光PE值設(shè)定±50 μm；

②使用真空蝕刻線(xiàn)以少量多次的方式生產(chǎn)，蝕刻線(xiàn)以最快線(xiàn)速7.2 m/min，噴嘴壓力調(diào)整為1.0 kg/cm2，正反面交替過(guò)蝕刻線(xiàn)，直到所剩銅厚在35 μm±15 μm以?xún)?nèi)，再以5 m/min的速度過(guò)減銅線(xiàn)，減到35 μm+/-2.5 μm內(nèi)。

③實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

實(shí)際量測(cè)蝕刻后厚銅區(qū)域線(xiàn)路寬度正常均在±5%內(nèi)，薄銅區(qū)域R值為5～6 μm，見(jiàn)表4所示，R值正常，驗(yàn)證沒(méi)問(wèn)題。

表2 方案一控深蝕刻后銅厚及線(xiàn)寬數(shù)據(jù)（單位：mm）

表3 方案二減銅后銅厚及線(xiàn)寬數(shù)據(jù)（單位：mm）

表4 方案三減銅后銅厚及線(xiàn)寬數(shù)據(jù)（單位：mm）

3.2 線(xiàn)路制作

3.2.1 方案一：正常方式制作

（1）制作流程。

前處理→壓膜→曝光→顯影→蝕刻

（2）流程說(shuō)明。

①線(xiàn)路補(bǔ)償按照薄銅銅厚35 μm（1 oz）補(bǔ)償；

②正常壓膜、曝光；

③按照薄銅銅厚設(shè)定蝕刻參數(shù)進(jìn)行蝕刻。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

因局部銅厚，銅面高低差較大，壓膜結(jié)合力較差。壓膜后易造成干膜貼合不良（圖3），厚銅與薄銅相交處有氣泡，導(dǎo)致蝕刻后該區(qū)域因滲蝕造成品質(zhì)異常及損傷熱壓滾輪，驗(yàn)證失敗。

3.2.2 方案二：防焊方式制作

（1）制作流程。

前處理→防焊→曝光→顯影→蝕刻

（2）流程說(shuō)明。

①線(xiàn)路補(bǔ)償按照薄銅銅厚補(bǔ)償；

②絲印防焊油墨作為抗蝕層，曝光使用自動(dòng)曝光機(jī)生產(chǎn)；

③按照薄銅銅設(shè)定蝕刻參數(shù)進(jìn)行蝕刻。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

在厚薄銅交接處，因底片與油墨之間吸真空不良，導(dǎo)致顯影后該區(qū)域曝光不良（圖4），驗(yàn)證失敗。

3.2.3 方案三：防焊方式制作，底片打孔

（1）制作流程。

前處理→壓膜→曝光（底片打孔）→顯影→蝕刻

（2）流程說(shuō)明。

①線(xiàn)路補(bǔ)償按照薄銅銅厚補(bǔ)償；

②絲印防焊油墨作為抗蝕層，曝光使用自動(dòng)曝光機(jī)生產(chǎn)，曝光前底片開(kāi)孔；

③按照薄銅銅設(shè)定蝕刻參數(shù)進(jìn)行蝕刻。

圖3 壓膜后截面圖

圖4 曝光截面圖

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

底片打孔，有利于曝光吸真空，顯影后未發(fā)現(xiàn)曝光不良等品質(zhì)異常，蝕刻后品質(zhì)正常，驗(yàn)證沒(méi)問(wèn)題（如圖5）。

圖5 底片打孔示意圖

3.3 壓合制作

3.3.1 方案一：正常壓合

（1）采用銅箔與基板直接壓合方式制作（如圖6）。

圖6 方案一層壓圖

（2）制作流程：棕化→預(yù)疊→壓合

（3）流程說(shuō)明：①正常棕化，預(yù)疊，壓合；②使用高膠半固化片壓合。

（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)果：因厚薄銅位置有高低差，壓合有失壓，缺膠，起皺現(xiàn)象，驗(yàn)證失敗（如圖7）。

圖7 厚薄銅位置實(shí)物圖

3.3.2 方案二：半固化片開(kāi)槽壓合

（1）采用銅箔與基板直接壓合方式制作，疊構(gòu)（如圖8）。

（2）制作流程。

圖8 方案二層壓圖

半固化片：開(kāi)料→鉆孔→銑槽→鉚合→壓合

基板：鉚合→壓合

（3）流程說(shuō)明。

①根據(jù)厚薄銅區(qū)域?qū)牍袒O(shè)置為兩部分，一部分為薄銅區(qū)域半固化片，將厚銅對(duì)應(yīng)位置開(kāi)槽，銅厚極差作為開(kāi)槽半固化片的理論介厚；另一部分為厚銅區(qū)域半固化片，根據(jù)總介厚設(shè)定厚銅區(qū)域半固化片的理論厚度；

②半固化片開(kāi)槽的尺寸比厚銅位置的大小單邊大0.2 mm（如圖9）；

③將開(kāi)槽的半固化片與基板鉚合在一起，防止壓合的過(guò)程中開(kāi)槽位置與厚銅位置錯(cuò)位，再將未開(kāi)槽的半固化片預(yù)疊好直接使用相對(duì)應(yīng)的壓合程式壓合（如圖10）。

圖9 半固化片開(kāi)槽實(shí)物圖

圖10 鉚合后實(shí)物

（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

壓合后未發(fā)現(xiàn)缺膠、皺折等品質(zhì)異常，壓合后品質(zhì)可滿(mǎn)足客戶(hù)品質(zhì)要求。

4 結(jié)論

（1）厚薄銅制作時(shí)建議采用控深蝕刻加減銅的方式生產(chǎn)，可有效避免因銅厚不均勻性導(dǎo)致的線(xiàn)路問(wèn)題，并可提高生產(chǎn)效率。

（2）線(xiàn)路制作時(shí)建議采用線(xiàn)路油墨加底片開(kāi)透氣孔的方式生產(chǎn)，可有效避免因厚薄銅的高低差導(dǎo)致的壓膜貼膜不良及曝光吸真空不良問(wèn)題。

（3）壓合制作時(shí)建議采用半固化片開(kāi)窗填平銅厚高低差，再加正常半固化片的壓合方式生產(chǎn)，可有效避免因銅厚高低差導(dǎo)致的失壓、缺膠、皺折等品質(zhì)問(wèn)題。局部厚銅作為PCB散熱及通過(guò)大電流的技術(shù)之一，可延長(zhǎng)PCB的使用壽命，在汽車(chē)電子、照明等領(lǐng)域?qū)?huì)得到廣泛應(yīng)用。