立體鍍金插頭印制電路板的研制

楊存杰

（蘇杭電子有限公司，江蘇 昆山 320583）

我公司有一個客戶生產(chǎn)用車載設(shè)備，其系統(tǒng)中有幾塊印制電路板（PCB）與系統(tǒng)的連接采用板邊插頭的方式相連接。由于設(shè)備裝載在車上、船上，長年處于野外作業(yè)環(huán)境，使用環(huán)境惡劣，受溫、濕度變化很大，不斷受到振動、沖擊等機械外力的作用，采用常規(guī)的鍍金插頭連接方式，鍍金插頭插座中的彈簧片會產(chǎn)生疲勞變形，彈簧片與鍍金插頭的接觸壓力不夠，出現(xiàn)松動，會偶發(fā)鍍金插頭部位連接不良、通訊信號中斷的故障。圖1為常規(guī)的板邊鍍金插頭PCB實樣。

圖1 常規(guī)板邊鍍金插頭PCB實樣例

為了解決產(chǎn)品連接可靠性問題，客戶要求我公司研制一種新型的印制電路板產(chǎn)品，解決鍍金插頭部位連接不良問題。我們與客戶一起商討，提出研制一種新型立體鍍金插頭印制電路板，與客戶的長方形立體插座進(jìn)行配套，可以解決鍍金插頭部位連接不良的問題，確保產(chǎn)品的可靠性，做到設(shè)備連接零故障。圖2為一款立體鍍金插頭印制電路板成品圖片。

圖2 立體鍍金插頭印制電路板

1 產(chǎn)品制作工藝流程

該立體鍍金插頭印制電路板的技術(shù)特點是立體鍍金插頭，難點在于插頭是鏤空的，每一個插頭的四個面及其頂端面，均包裹金屬銅并鍍上鍍金層，使鍍金插頭的尺寸與相配合的插座的尺寸呈過渡配合狀態(tài)，保證不管在什么振動狀態(tài)下，立體鍍金插頭與插座均能很好的配合，接觸良好，故障為零，滿足國防軍用產(chǎn)品的特殊需求。圖3為立體鍍金插頭印制電路板示意圖。

圖3 立體鍍金插頭印制電路板各部分結(jié)構(gòu)示意圖

該立體鍍金插頭印制電路板產(chǎn)品，使用原來生產(chǎn)線的設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)。工藝流程以常規(guī)多層板生產(chǎn)流程為基礎(chǔ)，根據(jù)該板子的結(jié)構(gòu)特點，最終形成的工藝生產(chǎn)流程（見圖4）。

圖4 立體鍍金插頭PCB工藝流程

2 關(guān)鍵工藝技術(shù)

該立體鍍金插頭印制電路板產(chǎn)品，有幾個比較特別的工序有別于常規(guī)工藝流程，需要進(jìn)行重點管控，分述如下。

2.1 立體鍍金插頭的四個面及頂部絕緣層沉積上導(dǎo)電銅層

研究通過何種方法使印制電路板的立體鍍金插頭部分的四個面及頂部絕緣層沉積上導(dǎo)電銅層，使導(dǎo)電銅層與絕緣基材融為一起，連接可靠。為實現(xiàn)這個目的，我們采用銑沉銅槽的方式，將一個一個鍍金插頭分割開來，暴露出鍍金插頭側(cè)面的絕緣基材，使其在后續(xù)化學(xué)沉銅時沉積上銅層，變成完全被銅層包裹的鍍金插頭。

2.2 鍍金插頭分割開來形成獨立的鍍金插頭網(wǎng)絡(luò)

通過化學(xué)沉銅后，所有的立體鍍金插頭的導(dǎo)電銅層是互相相連的，因此必須要研究用何種加工方法將一個一個鍍金插頭分割開來，形成一個一個獨立的鍍金插頭網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)電路設(shè)計要求的功能，而且在鍍金插頭上不殘留金屬毛刺。為了達(dá)到這個目的，我們采用了在圖形電鍍后，堿性蝕刻之前，增加了一道銑半孔的流程，將板側(cè)面鍍金插頭與鍍金插頭之間相連的銅層去除，達(dá)到將所有鍍金插頭分割開來的目的。

2.3 控制立體鍍金插頭尺寸的精度

研究如何控制立體鍍金插頭尺寸的精度，保證插頭與插座能夠可靠配合。通過工藝試驗，找出影響立體鍍金插頭尺寸的因素，在銑沉銅槽時，進(jìn)行尺寸預(yù)補償，使最終完成的鍍金插頭尺寸控制在要求范圍內(nèi)，保證鍍金插頭與立體插座之間呈過渡配合狀態(tài)。

為了保證鍍金插頭的尺寸精度，我們做了多組工藝試驗，對鍍金插頭的寬度進(jìn)行補償，按照客戶要求的鍍金插頭成品寬度尺寸要求，縮小0.06 mm，編制銑沉銅槽程序，以保證制成品的立體鍍金插頭與插座之間達(dá)到過渡配合的要求。

為了保證鍍金插頭邊緣光滑平整，不可用常規(guī)加工內(nèi)槽的加工方式編程。一般銑床加工內(nèi)槽時，采用順銑的方式加工，當(dāng)加工到下圖中鍍金插頭上側(cè)面（或左側(cè)面）時，由于鍍金插頭毛坯尺寸較小，呈懸臂狀態(tài)，強度不夠大，會產(chǎn)生晃動或變形，使其側(cè)面不光滑或者尺寸偏差。因此要采用逆銑的方式編程，消除要保留的鍍金插頭在加工時呈懸臂狀態(tài)的問題，使加工出的鍍金插頭側(cè)面光滑平整。銑沉銅槽的加工路徑圖（見圖5）。

圖5 銑沉銅槽路徑圖（逆銑）

2.4 控制電鍍銅層厚度均勻性

進(jìn)行電鍍銅層厚度均勻性的研究，使每一個立體鍍金插頭的四個面和頂端的鍍層厚度一致，均勻和平整，尺寸變化完全受控。為了保證每一個鍍金插頭的鍍銅厚度均勻，必須控制鍍銅電流密度在1.3 A/dm2～1.5 A/dm2內(nèi)，夾板方式采用豎夾（我公司用的夾具為夾棍），每飛巴兩邊必須添加不小于150 mm的陪鍍板，消除電鍍邊緣效應(yīng)對板內(nèi)鍍金插頭部位鍍銅層厚度不均的影響。

2.5 立體鍍金插頭的金層加厚

使用工藝導(dǎo)線法，將立體鍍金插頭的金層加厚，并具有良好的導(dǎo)電性和耐磨性。如果客戶立體鍍金插頭的鍍金層厚度有特殊要求，比如要求金厚度0.1 μm以上，單一采用化學(xué)鍍鎳金的工藝，就會滿足不了客戶要求。在工藝設(shè)計時，就要添加鍍金工藝導(dǎo)線，在表面進(jìn)行化學(xué)鍍鎳金處理后，對立體鍍金插頭進(jìn)行電鍍金，使其鍍金層厚度滿足客戶要求。為此，在工藝流程上需要適當(dāng)變更，例如增加印可剝膠流程、掩蓋工藝導(dǎo)線等等，電鍍金完成后，再用堿性蝕刻法去除掉工藝導(dǎo)線，完成整個產(chǎn)品制作過程。

3 總結(jié)

我們研制成功的立體鍍金插頭印制電路板，產(chǎn)品已獲得客戶的認(rèn)可，成品經(jīng)客戶試樣生產(chǎn)，進(jìn)行5項環(huán)境試驗，幾個月的跟車、跟船試驗，產(chǎn)品故障率為零。這項技術(shù)研發(fā)的成功，大大提高了鍍金插頭印制電路板的連接可靠性，將我公司的生產(chǎn)技術(shù)水平向前推進(jìn)了一大步。

我們研制的立體鍍金插頭印制電路板，結(jié)構(gòu)新穎，工藝先進(jìn)，已申請了實用新型專利，并獲得批準(zhǔn)，專利號為CN 208273348 U。

該立體鍍金插頭印制電路板，經(jīng)過數(shù)輪工藝試驗，進(jìn)行小試、中試，不斷改進(jìn)，最終形成批量生產(chǎn)能力。

本項目產(chǎn)品的成功開發(fā)，為提高鍍金插頭印制電路板的連接可靠性打下了堅實的基礎(chǔ)?？蛻魧⒖梢愿判牡貙㈠兘鸩孱^印制電路板的設(shè)計應(yīng)用到更多的產(chǎn)品中。現(xiàn)在，我司已經(jīng)有幾家客戶將這項技術(shù)，運用到10多種產(chǎn)品上，創(chuàng)產(chǎn)值數(shù)十萬元，為公司創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益。