厚銅板阻焊制作流程優(yōu)化研究

丁敏達(dá) 廉澤陽 李艷國 黃振倫

（泰和電路科技（惠州）有限公司，廣東 惠州 516006）

0 前言

厚銅板應(yīng)用領(lǐng)域及需求量在近年得到了迅速的擴(kuò)大，現(xiàn)已成為具有很好市場發(fā)展前景的一類“熱門”印制電路板（PCB）品種；厚銅板絕大多數(shù)為大電流基板。大電流基板主要應(yīng)用領(lǐng)域是兩大領(lǐng)域：電源模塊（功率模塊）和汽車電子部件。它的主要終端電子產(chǎn)品領(lǐng)域，有的相同于常規(guī)PCB（如攜帶型電子產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)用產(chǎn)品、基站設(shè)備等），也有的有別于常規(guī)PCB領(lǐng)域，如汽車、工業(yè)控制、電源模塊等。

大電流基板與常規(guī)PCB在功效上有所差異。常規(guī)PCB主要功效是用于構(gòu)成傳遞信息的導(dǎo)線。而大電流基板是有大電流通過的，承載功率器件的基板，主要功效是保護(hù)電流的承載能力和使電源穩(wěn)定。這種大電流基板的發(fā)展趨勢是承載更大的電流，更大的器件發(fā)出的熱需要散出，因此通過的大電流越來越大，基板所有的銅箔厚度越來越厚?，F(xiàn)在制造的大電流基板銅厚210 μm都成了常規(guī)化。

為了滿足厚銅板的一個絕緣保護(hù)需求，其所需的阻焊油墨厚度要求對阻焊絲印的挑戰(zhàn)也越來越大，一般銅厚≥75 μm時，為了滿足其線路拐角油墨厚度的需求，阻焊工序通常采用二次或多次阻焊流程制作，比較常用的為線路遮蓋（Line Mask）流程或二次油流程，第一次起油墨填充基材的作用，第二次印刷時再保證線路拐角掛油等，其操作流程冗長，同時存在假性露銅、阻焊偏位、用錯資料的風(fēng)險（如圖1所示為假性露銅示意圖），生產(chǎn)操作難度大。

圖1 阻焊三次印刷后邊緣漏銅

本文通過對油墨預(yù)烤、感光性能及絲印網(wǎng)版目數(shù)的探究，輸出了厚銅板在阻焊制作的新方案，并將新方案與常規(guī)二次油方案進(jìn)行優(yōu)劣對比，為厚銅板在阻焊的制作方式提供一定的參考。

1 實(shí)驗

1.1 試驗材料與儀器

（1）實(shí)驗材料。

板材：FR-4，完成銅厚200 μm；

油墨型號：A型號；

稀釋劑：PMA（丙二醇甲醚醋酸酯）稀釋劑；

阻焊絲印網(wǎng)板：目數(shù)為36T、39T、43T的橫網(wǎng)；

（2）實(shí)驗儀器。噴砂前處理設(shè)備、雙臺面半自動絲印機(jī)、LED半自動曝光機(jī)、水平顯影線、熱風(fēng)循環(huán)立式烤箱、自動切片取樣機(jī)、金相顯微鏡。

1.2 試驗流程

前處理→絲印→預(yù)烤→絲印→預(yù)烤→曝光→顯影→后烤。

1.3 試驗原理

阻焊油墨在100～140 ℃后固化步驟中利用該反應(yīng)增加樹脂的交聯(lián)度，從而改善阻焊油墨的性能，如耐熱性、耐化學(xué)性、黏附性和涂膜的分辨率，但是在預(yù)烤時應(yīng)避免此類反應(yīng)的發(fā)生，由文獻(xiàn)可知[1]，當(dāng)預(yù)烤溫度＜80 ℃時，該反應(yīng)很難發(fā)生，基于以上原理，可以研究75 ℃下油墨的耐預(yù)烤性能來達(dá)到阻焊2次印刷的目的。

2 流程優(yōu)化研究

2.1 油墨耐預(yù)烤性能研究

使用板厚1.2 mm的光銅板，正常過噴砂前處理后使用39T白網(wǎng)在其表面絲印一層油墨（油墨型號A）并放入立式烘箱烘烤，溫度設(shè)定75 ℃，并設(shè)置不同的預(yù)烤時間來研究75 ℃下A油墨的耐預(yù)烤性能（見表1所示）。采用顯影效果和小孔堵孔效果對油墨耐預(yù)烤性能進(jìn)行表征，由表1實(shí)驗結(jié)果可以看出，阻焊絲印油墨A在75 ℃預(yù)烤條件下耐預(yù)烤性能優(yōu)良，預(yù)烤1.75 h，預(yù)烤后顯影前停留12 h，顯影時間85 s，未出現(xiàn)顯影不凈等品質(zhì)異常，但預(yù)烤時間過長會導(dǎo)致小孔通孔內(nèi)油墨難以顯影導(dǎo)致堵孔異常?？梢愿鶕?jù)PCB實(shí)際孔徑要求，對阻焊預(yù)烤時間、停留時間和顯影時間進(jìn)行選擇合適的參數(shù)。

2.2 阻焊連印可行性研究

阻焊連印即為在阻焊第一次雙面絲印后預(yù)烤一定時間后再次送至阻焊絲印房正常雙面印刷第二次，具體效果如下。

圖2 光敏樹脂（組分A）和環(huán)氧化合物（組分B）組成的阻焊油墨的熱固反應(yīng)示意圖

表1 A油墨不同時間預(yù)烤下顯影效果

2.2.1 不同目數(shù)印刷效果

在生產(chǎn)過程中，通常采用不同目數(shù)網(wǎng)版來控制PCB板面油墨厚度，阻焊常用網(wǎng)版目數(shù)為36T、39T、43T；試驗采用同一型號生產(chǎn)板（銅厚0.05±0.01 mm），使用阻焊油墨A及36T、39T、43T不同目數(shù)網(wǎng)版，印刷一次、兩次及連印，最終進(jìn)行固化（見表2所示）。

圖4 39T阻焊連印大銅油墨厚度

表2 36T、39T、43T網(wǎng)版絲印厚度統(tǒng)計

通過切片分析，采用金相顯微鏡量測其油墨厚度（見圖3、圖4所示），探究網(wǎng)版目數(shù)及絲印方式對大銅面油墨厚度的影響。

圖3 39T二次印刷大銅油墨厚度

由實(shí)驗數(shù)據(jù)可以看出，阻焊采用多次印刷流程其大銅面油墨厚度是累加增長，但采用阻焊連印方式會明顯增加大銅油墨厚度，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為使大銅面油墨厚度≤50 μm，需調(diào)整網(wǎng)印時油墨黏度或采用不同的網(wǎng)版目數(shù)連印來達(dá)到客戶需求。

2.2.2 阻焊連印對線路拐角掛油的研究

生產(chǎn)過程中由于油墨有流動性，厚銅線路拐角油厚難以控制，阻焊工序極易產(chǎn)生油薄等品質(zhì)異常；阻焊絲印油墨大體由感光樹脂、光引發(fā)劑、溶劑、熱固化劑等組成，其濕膜厚度與干膜厚度比值大概在1:0.7，即10 μm濕膜厚度，經(jīng)阻焊后烤后PCB板面厚度在7 μm左右（油墨黏度不同其比值存在差異）。根據(jù)此原理，第一次預(yù)烤后板面油墨未經(jīng)后固化可起到更好的PCB板面填充作用，第二次印刷時厚銅線路更易掛油（見表3所示）。由試驗結(jié)果可知，單次印刷時阻焊絲印受油墨黏度、絲印參數(shù)的影響，特別是當(dāng)銅厚超過175 μm、210 μm時，使用39T網(wǎng)版絲印時其線路拐角油墨厚度難以控制（見圖5：3～20 μm），采用阻焊連印方式明顯對厚銅線路拐角油墨厚度有明顯改善（見圖6：12～30 μm）。

表3 36T、39T網(wǎng)版不同絲印方式拐角厚度統(tǒng)計表

圖5 39T二次印刷拐角油墨厚度

圖6 39T阻焊連印拐角油墨厚度

表4 阻焊連印與阻焊二次油優(yōu)劣對比表

2.3 加工過程控制

由于阻焊連印油墨預(yù)烤時間較長，且完成連印后油墨厚度偏厚，對阻焊堤制作能力、顯影性能是一個比較大的挑戰(zhàn)，生產(chǎn)時應(yīng)著重注意此類不良的產(chǎn)生。阻焊厚銅板采用連印方式制作后發(fā)生基材顯影不凈的品質(zhì)異常，圖7展示了連印后堤位油墨厚度及側(cè)蝕情況。

圖7 連印后的堤位側(cè)蝕

針對顯影不凈的品質(zhì)異常，需及時準(zhǔn)確地控制阻焊連印的間隔時間，要求間隔時間≤4 h，減輕底層印刷油墨受環(huán)境溫濕度的影響，可有效避免基材位置顯影不凈；

針對堤位油墨偏厚的品質(zhì)異常，在絲印時可通過增加堤位擋點(diǎn)等方式減輕阻焊堤下墨量，改善油墨厚度保證阻焊堤位制作能力（如圖8所示）。

圖8 降低堤位油厚改善堤位側(cè)蝕量

2.4 阻焊連印與阻焊二次油優(yōu)劣勢對比

阻焊連印與阻焊二次油優(yōu)劣勢對比表，見表4所示。

3 總結(jié)

（1）采用此方法后厚銅板在阻焊工序生產(chǎn)效率提升約40%，成本降低約20%；

（2）采用此方法連印對厚銅線路掛油效果有明顯改善，可有效避免厚銅板阻焊制作時線路假性漏銅異常，提升厚銅板在阻焊制作時的一次良率；

（3）該方式生產(chǎn)過程中曝光顯影時油墨厚度會偏厚導(dǎo)致阻焊堤制作能力降低、PTH（鍍通孔）孔油墨入孔、大銅面油墨厚度超標(biāo)等異常，需根據(jù)PCB板實(shí)際結(jié)構(gòu)更改連印網(wǎng)版目數(shù)、擋點(diǎn)網(wǎng)規(guī)則、油墨黏度等參數(shù)來達(dá)到阻焊連印的目的。