可剝網(wǎng)狀銅箔的制作及應(yīng)用

黃明安 胡小義 溫淦尹

（四會(huì)富仕電子科技股份有限公司，廣東 肇慶 526236）

0 前言

PCB要求尺寸小、布線密度高，線路設(shè)計(jì)越來越細(xì)。因?yàn)槲g刻是一種化學(xué)藥水的腐蝕作用，在垂直銅面的方向上蝕刻的同時(shí)也必然會(huì)對(duì)側(cè)向腐蝕，即使采用真空蝕刻、二流體蝕刻也只能減小側(cè)蝕，所以布線密度與銅厚是相矛盾的，布線密度越高，銅厚需要越薄，反之亦然，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值和蝕刻因子的約束條件，表面銅厚度一般小于最小線間距的一半，例如最小線間距為50 μm，那么底銅厚需小于25 μm。

為了保證通孔的可靠性，電路板通孔孔銅厚度一般要求在25 μm，通孔電鍍時(shí)只有在整板進(jìn)行電鍍時(shí)才有比較好的均勻性，但孔內(nèi)電鍍25 μm銅厚時(shí)，底銅也會(huì)電鍍加厚25 μm以上, 再加上底銅18 μm，那么表面銅厚會(huì)大于4 μm，線間距就只能做到86 μm。也就是說孔內(nèi)銅厚度需要達(dá)到較厚的同時(shí)，底銅厚要盡可能不要增厚而仍舊保持較薄，例如：孔內(nèi)銅厚鍍到高于25 μm時(shí)，底銅厚最好低于25 μm的厚度，為此電路板行業(yè)的工程技術(shù)人員開發(fā)了多種方法。

最先想到的方法就是鍍孔工藝，把表面用抗鍍膜保護(hù)起來，只留下孔進(jìn)行電鍍，然而孔壁的面積很小、孔的分布也不均勻，電鍍時(shí)會(huì)產(chǎn)生電流過大、過小、電鍍燒灼的問題，無法實(shí)際運(yùn)用。接著想到的是把表面的銅采用減銅的方法，采用樹脂塞孔的方法，先把孔內(nèi)用樹脂塞滿，再進(jìn)行研磨表面樹脂、減蝕表面的銅，這種方法樹脂塞孔和研磨的成本很高，而且還存在表面電鍍不均、研磨不均、減銅蝕刻不均的問題。

中國專利文獻(xiàn)CN104135825A公開了一種印刷電路板的減銅工藝，通過在減銅步驟前用干膜掩蓋孔環(huán)而保護(hù)孔銅，進(jìn)而保證孔銅厚度；然而電鍍存在不均勻、減銅蝕刻也存在不均勻的狀況，減銅后的表面銅厚均勻性卻很差，不能完全滿足表面銅厚均勻性的要求。

中國專利文獻(xiàn)CN 107613671 A公開了一種改善PCB減銅均勻性的方法：在PCB板表層和孔壁上形成第一銅層；在除孔環(huán)的部分上形成第一阻蝕層；在所述第一阻蝕層和所述孔壁上形成第二銅層；去除所述第一阻蝕層上的第二銅層；去除所述第一阻蝕層；由此，通過一次形成表面銅，多次形成孔銅，能夠通過以第一阻蝕層的形成來控制減銅量，通過第一阻蝕層的蝕刻控制減銅的均勻性，有效保證了表面銅的厚度和均勻性；這種方法流程復(fù)雜、制造時(shí)間很長、成本也很高。

1 原理發(fā)現(xiàn)

觀察切片的時(shí)候可以看到，在銅層之間總有一條細(xì)線（見圖1）。

圖1 銅層之間存在的分界線

這一條細(xì)線是兩層銅之間的分界線，類似于樹木的年輪，當(dāng)表面那一層銅受到外界足夠大的剝離力之時(shí)，會(huì)從此分界線處分離。

如果在表面制作成網(wǎng)狀銅箔，在剝離的時(shí)候結(jié)合處受到的剝離力是平面銅箔的兩倍以上，而銅箔與底銅的結(jié)合力又會(huì)降低至平面銅箔的一半以下，所以在剝離的時(shí)候會(huì)形成相差4倍以上的剝離效果，網(wǎng)狀銅箔與底銅之間的結(jié)合層是最薄弱之處，在剝離的時(shí)候網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成均勻的剝離效果。

在表面的底銅電鍍上一層可剝網(wǎng)狀的銅箔，這層網(wǎng)狀的銅箔在電鍍的時(shí)候起到均勻分布電流的作用，從而保證孔內(nèi)和表面都均勻地電鍍上一層銅。

為了增加孔內(nèi)電鍍銅與孔壁銅的結(jié)合力，孔壁銅需要進(jìn)行微蝕粗化加大結(jié)合力，為了減小表面網(wǎng)狀銅箔與底銅的結(jié)合力，需要對(duì)表面的底銅在電鍍前進(jìn)行拋光。

孔壁銅粗化之后與電鍍銅結(jié)合緊密，因?yàn)橛锌篆h(huán)抗鍍膜的隔離作用，剝除表面網(wǎng)狀銅箔時(shí)對(duì)孔內(nèi)電鍍銅沒有剝離力，剝除網(wǎng)狀銅箔之后就達(dá)成了孔內(nèi)銅厚大于25 μm，而表面銅厚小于25 μm的要求。

剝離網(wǎng)狀銅箔之后，為了增加電鍍銅與孔內(nèi)壁銅的結(jié)合強(qiáng)度，需要進(jìn)行烘烤，以讓結(jié)合面的銅互相擴(kuò)散，形成更強(qiáng)的結(jié)合力（見圖2）。

圖2 擴(kuò)散界面的形成過程

2 試驗(yàn)過程

制作網(wǎng)狀銅箔，看是否可以輕易的剝離掉網(wǎng)狀銅箔。

在內(nèi)層覆銅板上涂覆濕膜，并制作50 μm的方盤，再電鍍33 μm的銅，電鍍后退膜然后手工剝離網(wǎng)狀銅箔。剝離操作非常容易，剝離面干凈無殘留，剝離下來的銅箔背面狀態(tài)（見圖3）。

圖3 剝離下來的銅層背面狀態(tài)（孔眼50 μm）

3 具體制作方法

為實(shí)現(xiàn)制作出孔銅厚度大于25 μm而表面銅厚度小于25 μm的要求，采用流程是：S1沉銅和電鍍第一銅→S2微蝕粗化孔銅和拋光表面→S3在表面制作出點(diǎn)狀和孔環(huán)抗鍍膜→S4電鍍第二銅形成網(wǎng)狀銅箔→S5退膜、剝離網(wǎng)狀銅箔后進(jìn)行烘烤→S6研磨表面后繼續(xù)進(jìn)行外層線路的制作。流程說明如下：

S1：按照正常生產(chǎn)流程進(jìn)行到外層沉銅后的板，底銅厚度為18 μm，進(jìn)行電鍍第一層銅，電鍍銅厚度為5 μm。

S2：對(duì)整板進(jìn)行微蝕粗化，微蝕量1 μm；微蝕后采用針?biāo)?duì)表面進(jìn)行拋光，針?biāo)⒛チ项w粒為600目碳化硅顆粒。

S3：采用30 μm厚度的干膜進(jìn)行正常生產(chǎn)（貼膜、曝光、顯影），干膜圖形為距金屬化孔邊100 μm的位置抗鍍膜形成100 μm的孔環(huán)，孔環(huán)以外的位置分布均勻的200 μm的方塊（見圖4）。

圖4 可剝網(wǎng)狀銅箔的干膜圖形

S4：進(jìn)行電鍍第二次銅，電鍍厚度為25 μm，在孔內(nèi)電鍍上一層銅，表面也電鍍上了一層銅，表面的電鍍銅形成網(wǎng)狀銅層。

S5：退膜、手工剝離表面網(wǎng)狀的銅層，對(duì)剝離后的板進(jìn)行烘烤，烘烤溫度150 ℃、1 h（見圖5、圖6）。

圖5 退膜后的網(wǎng)狀銅層

圖6 手工剝離了的網(wǎng)狀銅層及底銅

S6：進(jìn)行普通的表面不織布研磨，不織布研磨砂粒為600目，把銅面研磨平整，進(jìn)入普通外層線路的制作流程。

4 驗(yàn)證

在以上S5中有一個(gè)烘烤的行為，是為了增加電鍍銅與孔內(nèi)壁銅的結(jié)合強(qiáng)度，需要進(jìn)行加溫加壓，以讓結(jié)合面的銅互相擴(kuò)散，形成更強(qiáng)的結(jié)合力。

為此進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證：

（1）剝除掉部分網(wǎng)狀銅箔，然后把沒有剝除網(wǎng)狀銅箔的部分進(jìn)行烘烤150 ℃、1 h，再手工剝除。結(jié)果：剝除不掉。

（2）把電鍍后形成網(wǎng)狀銅箔的板放入真空層壓機(jī)進(jìn)行常規(guī)層壓，壓力最大：3 Mpa（30 kg/cm2），溫度最高180 ℃，時(shí)間3 h；然后進(jìn)行切片觀察，結(jié)果分界線正常無分離（見圖7）。

圖7 可剝網(wǎng)狀銅箔與底銅的分界線

5 應(yīng)用前景

經(jīng)過本方法的處理，可以把孔銅的厚度做到很大而表面銅厚做到很小（見圖8）。

圖8 孔上電鍍切片

本方法的制作過程簡單，直接采用一般線路板廠所常用的設(shè)備、材料和加工參數(shù)。本方法還可以用來運(yùn)用在盲孔電鍍板、填孔電鍍板上，也可以使用在電鍍銅柱、凸臺(tái)等等類型的電路板上。

采用類似的方法，還可以制作出鋰電池用的網(wǎng)狀銅箔（見圖9），相對(duì)于中國專利文獻(xiàn)CN 108950608 B的方法，具有更加簡單和成本更低的優(yōu)勢。采用網(wǎng)狀銅箔充當(dāng)負(fù)極集流體可大幅降低鋰電池中所需銅箔重量的同時(shí)，極大通過三維結(jié)構(gòu)的方式提高了電極材料與集電體的粘合性，且增大質(zhì)量比表面積進(jìn)而增加表面電極材料涂覆量，提高鋰離子電池的容量和循環(huán)性能，長期使用也能確保電池的可靠性。

圖9 鋰電池用網(wǎng)狀銅箔

采用本方法制作出的網(wǎng)狀銅箔不僅可以運(yùn)用在電路板行業(yè)作為減薄表面銅箔厚度，電鍍銅柱，開辟了一個(gè)新的工藝方向；而且還可以用來作為鋰電池行業(yè)的電極、電磁屏蔽的網(wǎng)狀銅箔，甚至可以利用導(dǎo)電和微米級(jí)篩分作用，用來消毒、微濾和微電解協(xié)同作用進(jìn)行自來水凈化和污水處理等，具有極其廣闊的應(yīng)用前景。