超厚銅印制板制造技術(shù)研究

謝長文 張小強(qiáng) 肖湘輝

深圳市牧泰萊電路技術(shù)有限公司

1 前言

隨著汽車電子以及電源通訊技術(shù)的快速發(fā)展，銅箔厚度為350μm及其以上超厚銅箔電路板逐漸成為一類具有廣闊市場(chǎng)前景的特殊PCB板，受到越來越多的線路板制造商的關(guān)注，同時(shí)伴隨著印制電路板在電子領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣，設(shè)備對(duì)印制板的功能要求也越來越高，我們的印制電路板將不僅要為電子元器件提供必要的電氣連接以及機(jī)械支撐，同時(shí)也逐漸被賦予了更多的附加功能[1]，而能夠?qū)㈦娫醇?、提供大電流、高可靠性的超厚銅箔印制板逐漸成為PCB行業(yè)研發(fā)的熱門產(chǎn)品，前景廣闊。

本文討論的是一種高導(dǎo)熱、高載流量線路板。在普遍應(yīng)用的線路板中，線路板表面銅厚主要要求在18μm、35μm、70μm、105μm左右，部分板件要求140μm。但隨著產(chǎn)品要求的不斷提高，PCB的導(dǎo)熱性能和載流量也需進(jìn)一步加強(qiáng)，因此有時(shí)需要銅厚更厚以及用金屬基板作為底座的板件，下圖為導(dǎo)線與載流量之間的關(guān)系：

圖1 18um銅厚PCB上通過電流示意圖

圖2 35μm銅厚PCB上通過電流示意圖

2 超厚銅板制作難點(diǎn)

現(xiàn)研究超厚銅板制作的廠家越來越多，很多的制作難點(diǎn)急需我們的解決，歸納下來主要有以下幾點(diǎn)：

（1）材料購買。對(duì)于銅厚要求在350μm及以上的板材，市場(chǎng)無法購買，而如果采取薄銅板直接加厚成厚銅板工藝時(shí)，不僅鍍銅時(shí)間長，成本高，且銅厚不均勻，對(duì)板件質(zhì)量構(gòu)成影響。

（2）圖形制作與蝕刻技術(shù)。對(duì)于銅厚超厚板件，由于側(cè)蝕效應(yīng)嚴(yán)重，蝕刻后線寬較難保證，在設(shè)計(jì)線路時(shí)，布線密度受到極大限制。

（3）層壓技術(shù)。銅箔太厚層壓前需要進(jìn)行填膠，容易造成厚度不均勻和介質(zhì)層過薄的現(xiàn)象。

（4）鉆孔與去鉆污技術(shù)。一般超厚銅板孔徑較大，孔數(shù)較少，必須采用專用的鉆孔參數(shù)進(jìn)行鉆孔。

（5）阻焊技術(shù)。銅箔太厚導(dǎo)致阻焊制作時(shí)會(huì)造成線邊嚴(yán)重堆油、線與線間不下油等異常。

3 常見制作方法分析

由于以上難點(diǎn)的約束，目前大多數(shù)廠家使用三種方法制作超厚銅印制板，按照制作特點(diǎn)本文對(duì)其分別命名為：電鍍積層法，銅皮層壓法，銅皮蝕刻層壓法；

3.1 電鍍積層法[2]

此方法是使用常用的銅厚為140μm的FR-4板材，制作成品銅厚達(dá)350μm的雙面印制電路板，具體的實(shí)驗(yàn)流程如圖3所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)流程圖

3.1.1 制作方法分析

此種方法下料后先不進(jìn)行鉆孔而是把線路和阻焊做出來，然后通過在阻焊上反復(fù)沉銅電鍍的方法使銅厚依次加成，至銅厚達(dá)到270μm左右時(shí)再進(jìn)行鉆孔，之后按正常雙面板流程制作，最終得到我們需要的350μm左右超厚銅印制板，如圖4所示：

圖4 銅厚示意圖

3.1.2 加工重點(diǎn)分析

（1）阻焊：此制作流程中，在最后一次印阻焊之前，前期印刷的阻焊油墨主要是用來鋪平板面以利于后期干膜能貼緊，因此油墨高度與銅面高度應(yīng)盡量保持一致。

（2）阻焊后的沉銅板電：因?yàn)榇朔N制作方法需要在阻焊上重復(fù)的沉銅板電，故板在過除溶脹和除膠渣缸時(shí)需手動(dòng)操作以控制浸泡時(shí)間，一般以浸泡4分鐘左右為宜，浸泡時(shí)間過長容易導(dǎo)致油墨脫落。

（3）各階段的圖形轉(zhuǎn)移：對(duì)圖形對(duì)位的精度要求非常高，因?yàn)樾枰啻螌?duì)位，很容易出現(xiàn)對(duì)偏，銅層移位的等現(xiàn)象，在實(shí)際制作時(shí)可借助LDI等設(shè)備來提高我們的對(duì)位精確。

3.2 銅皮直接層壓法

顧名思義，此方法是用層壓的方法直接壓一張350μm的銅皮到基材上，具體流程見圖5所示：

圖5 實(shí)驗(yàn)流程圖

3.2.1 制作方法分析

由于市場(chǎng)上幾乎找不到350μm銅厚的覆銅板，而350μm左右的紫銅板卻很容易能采購到，因此此種方法用厚銅皮層壓來制作一個(gè)雙面板，層壓完后走正常雙面板的流程，如圖6所示：

圖6 層壓示意圖

3.2.2 加工重點(diǎn)分析

（1）工程制作：此種制作方法在工程做線路補(bǔ)償時(shí)一定要根據(jù)公司能力進(jìn)行合理的補(bǔ)償，以免蝕刻后側(cè)蝕或到位而連接。

（2）鉆孔：鉆孔時(shí)要注意防止孔內(nèi)銅刺，鉆孔參數(shù)要根據(jù)機(jī)器等條件適當(dāng)降低，防止斷鉆頭和機(jī)器移位。

（3）蝕刻：因銅厚太厚需多次蝕刻，蝕刻時(shí)要注意毛邊過大及流錫的問題。

（4）阻焊：阻焊制作是一個(gè)難點(diǎn)，因銅厚過厚，基材和銅有較大的落差，絲印無法達(dá)到刮刀推1至2刀使阻焊油填滿基材，刮刀次數(shù)過多會(huì)造成油墨入孔，故必須先制作檔點(diǎn)網(wǎng)只印基材位置。絲印時(shí)先以不同方向各印2至3次后檢查絲印效果，需油墨填滿基材位置，如未填滿基材需印白紙清潔網(wǎng)版后，刮刀以不同方向再進(jìn)行印兩刀后檢查。每印一片板后需印白紙清潔網(wǎng)版再印下一片，以免油墨入孔，印完之后必須水平放置4小時(shí)以上才能預(yù)烤。建議阻焊制作流程：使用只印基材的網(wǎng)版印單面基材→單面白網(wǎng)印刷→靜置→預(yù)烤→單面曝光→顯影→檢驗(yàn)→單面固化→使用只印基材的網(wǎng)版印另一面基材→單面白網(wǎng)印刷→靜置→預(yù)烤→單面曝光→顯影→檢驗(yàn)→固化→第二次雙面印阻焊→正常制作。

3.3 銅皮蝕刻層壓法

銅皮蝕刻層壓法是“4.2中的銅皮層壓法”的一個(gè)改進(jìn)，此方法是先把厚銅皮在層壓之前蝕刻掉2/3左右銅層厚度，然后再進(jìn)行層壓。具體流程見圖7：

圖7 實(shí)驗(yàn)流程圖

3.3.1 制作方法分析

此制作方法也是用銅皮來層壓一個(gè)雙面板，但是此法在銅皮層壓之前先進(jìn)行蝕刻，即同一層銅皮進(jìn)行正反面蝕刻，如圖8所示。

圖8 層壓示意圖

3.3.2 加工重點(diǎn)分析

（1）工程制作：此種制作方法在工程做線路時(shí)要在同一層設(shè)計(jì)兩套菲林（一套鏡像和一套不鏡像）來進(jìn)行蝕刻，見圖8。

（2）蝕刻：第一次蝕刻銅皮時(shí)蝕刻深度應(yīng)控制在210μm ～ 250μm，蝕刻過深容易造成層壓板面不平，過淺容易造成阻焊時(shí)難以下油。

（3）層壓：層壓前必須進(jìn)行填PP粉，填PP粉烘烤后判定標(biāo)準(zhǔn)為樹脂不會(huì)掉粉，可凝結(jié)在一起即可，以防止多次烤板造成烤板時(shí)間過長，樹脂老化凝結(jié)，在后續(xù)的層壓中流動(dòng)性差或不流動(dòng)，出現(xiàn)層壓后樹脂微裂紋，空洞等問題。

（4）鉆孔：鉆孔時(shí)要注意防止孔內(nèi)銅刺，鉆孔參數(shù)要根據(jù)機(jī)器等條件適當(dāng)降低，防止斷鉆頭和機(jī)器移位。

（5）阻焊：按此方法制作在阻焊工序難度相對(duì)單面蝕刻法要小很多，因第一次蝕刻掉的銅皮在層壓后填滿了膠，因此絲印阻焊時(shí)銅厚只有120μm左右，按一般產(chǎn)品控制即可。

3.4 制作方法對(duì)比

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圖9 蝕刻示意圖

圖10 蝕刻示意圖

5 結(jié)論

綜合以上分析，得到結(jié)論如下：

（1）本文對(duì)超厚銅的三種制作方法進(jìn)行了分析對(duì)比，各廠家可根據(jù)自身情況選擇適合自己的制作方法。

（2）雖然超厚銅的制作方法多種多樣，但是制作過程仍存在很多的問題需要解決，離批量化生產(chǎn)還有一定的難度,就以上三種方法而言，“銅皮蝕刻層壓法”的難度適中，產(chǎn)品制作周期較短，是現(xiàn)階段小批量生產(chǎn)較為理想的制作方法。

[1]周群. 厚銅箔印制板的工藝控制[J]. 印制電路信息, 2007.

[2]李得家等. 超厚銅PCB的制作工藝探討[C]. 2010年秋季PCB技術(shù)/信息論壇.