超厚铜半埋型PCB制造技术研究.pdf

-30-印制电路信息2023No.8特种板Special PCB超厚铜半埋型PCB制造技术研究卢赛辉吴永德侯代云张建林（惠州中京电子科技有限公司，广东惠州5190 2 9）摘要超厚铜多层印制电路板（PCB）产品应用于强电流连接传输及强弱电混合连接的部件。探究一种埋入式的0.49mm超厚铜PCB制作技术，其产品应用于新能源系统及新式大型智能装备总线等具有大电流特点的设备。控深蚀刻技术可解决超厚铜板图形制作的蚀刻难点，多层板压合白斑、分层及流胶异常问题，超厚铜的多次电镀、多次干膜制作及阻焊图形制作有高低差等困难。超厚铜产品制作技术起源于北美地区，国内涉及较少。利用该技术方法成功完成超厚铜多层板制作，为国内未来特殊的多层超厚铜板制作提供基础。关键词超厚铜；压合；控深蚀刻；阻焊中图分类号：TN41文献标志码：A文章编号：10 0 9-0 0 9 6 2 0 2 3)0 8-0 0 30-0 3Research on manufacturing technology of ultra thickcopper half buried PCBLUSaihuiWU YongdeHOUDaiyunZHANGJianlin(Huizhou China Eagle Electronic Technology Co.,Ltd.,Huizhou 519029,Guangdong,China)Abstractt Ultra thick copper multilayer printed circuit board(PCB)products are applied to components withstrong current connection transmission and mixed strong and weak current connection.This article mainly explores a0.49 mm ultra thick copper PCB.production technology.Its product applications include new energy systems,newlarge-scale intelligent equipment buses,etc.,which have the characteristics of high current.Using depth controlledetching technology can solve the etching difficulties in the production of ultrathick copper plate graphics,effectivelysolving the problems of white spots,layering,and abnormal glue flow in multi-layer plate pressing,solving thedifficulties of multiple electroplating and dry film production of ultrathick copper,and solving the difficulties of heightdifferences in the production of solder mask graphics.The production technology of ultrathick copper productsoriginated in North America and is less involved in China.Using this technical method,we have successfullycompleted the production of ultrathick copper multi-layer plates,providing a foundation for the future production ofspecial multi-layer ultrathick copper plates in China.Key wordsultrathick copper;pressing;depth controlled etching;solder mask作者简介：卢赛辉（1991一），男，高级工程师，本科，主要研究方向为高频高速材料，厚铜、超厚铜工艺及产品制作31特种板SpecialPCB印制电路信息2023No.80引言随着汽车电子技术以及电源通信技术的快速发展，超厚铜箔印制电路板（printedcircuitboard，PCB）具有广阔市场前景，受到越来越多的关注。在电子领域，设备对PCB的功能要求也越来越高，有的PCB不仅为电子元器件提供必要的电气连接以及机械支撑，同时也被赋予了电源集成、提供大电流、散热等附加功能，高可靠性的超厚铜箔印制板逐渐成为PCB行业研发的热门产品。本文探究一种半埋人式0.49mm超厚铜PCB产品的制作方法。1产品信息解析1.1产品信息PCB为4层板，成品厚度（3.8 0 0.15）mm，表面处理化厚金，应用领域为智能装备。PCB叠构如图1所示。L1层阻焊膜/厚金厚铜0.49mmL2层PP10804RC70%21161RC 55%芯板 2.36 mm铜箔35/35umL3层PP2216x1RC55%1080 x4RC70%厚铜0.49mm阻焊膜/厚金L4层图1PCB产品叠构示意1.2工艺方案流程1.2.1方案1：铜板预处理工艺内层芯板流程（L2/L3）：L 2/L 3层裁板一内层湿膜一曝光一显影蚀刻剥膜(developetch strip,DES）自动化光学检测(automated opticalinspection，A O I）冲孔棕化。铜板流程（L1/L4）：L 1/L 4层铜板裁板机械钻孔干膜贴膜一曝光显影负片DES一AOI棕化。聚丙烯（polypropylene，PP）流程：PP裁切包PP数字控制（computer numerical control,CNC）机床外形PP开窗一PP清洁。主流程：预排压合一机械钻孔电镀加超厚铜干膜图形一图形电镀退膜、蚀刻、退锡A0I阻焊1后烤1阻焊2 后烤2 阻焊3后烤3文字盲钻化金CNC盲铣控深斜边电测最终检验（finalquality control,FQC)包装。1.2.2方案2-常规工艺主流程：裁板机械钻孔干膜图形1一图形电镀1（重复干膜图形+图形电镀）干膜图形8图形电镀8 退膜、蚀刻、退锡一AOI阻焊1后烤1阻焊2 后烤2 阻焊3后烤3文字盲钻化金一CNC盲铣控深斜边电测FQC包装。对比2 种方案，方案2 涉及8 次干膜图形和图形电镀，操作困难，过程控制难。方案1比方案2流程更短，用时更少，可以极大优化产品制作的工作量。因此本文采用方案1流程工艺制作，探究产品制作的可行性。以下对方案1的工艺进行详细介绍。采用方案1制作，针对铜板预处理控深蚀刻技术、铜板压合技术、阻焊工艺技术进行重点研究，其他流程按照常规设计制作。2铜板预处理工艺铜板设计：先将2 片0.45mm铜板钻机械孔用于压合排气，然后将所需的图案通过干膜曝光（图形转移），如图2 所示。将图2（a）产品图案转移到铜板反面，正面用干膜盖住曝光保护铜面不被后工序咬蚀。再将图2（d）产品图案转移到铜板上正面；反面用干膜盖住曝光保护铜面不被后工序咬蚀。用负片蚀刻的方式，蚀刻出所需的产品图案，并控制铜板蚀刻区域的残留铜厚为（0.2 0 0.0 5）mm。蚀刻后的产品易变形，需全程用木垫板搬运，再经过AOI设备扫描产品，检查是否有异常部分，检查完成后将铜板转移至压合流程，做板面棕化处理3铜板压合工艺3.1铜板压合技术压板过程是将前面预处理好的2 种图形铜板和裁切好的PP与内层芯板叠合成“三明治”形状，再使用压合热熔机把板边融合，铆钉将板子铆合，形式牢固平整的板；使用清洁蜡布将外露面的铜面清洁干净，产品送人高温压机进行高温压合2 0 5min，再转人冷压机6 0 min，最后将压制32图2铜板图案转移(c）铜板b正面保留铜面(b）铜板a反面制作图形特种板Special PCB印制电路信息2023 No.8(a）铜板a正面保留铜面好的板子经过打靶、铣边，做成半成品超铜板3.2压合工艺设计3.2.1压合程式压合程式设计见表1，确保产品能充分压制，可靠性稳定。表1压合程式程式名多张PP高T板料压合程式温度/140140160170190210 210210140压力/psi50100200320 430430 430 430200时间/min2444812864020注：1 psi6.895kPa。3.2.2叠板和压合铣PP时，将产品图形区域的PP通过CNC的方式去除，设计的CNC资料需比产品图案单边增加0.2mm，避免高温压合时流胶过多；压合叠板时，铜板蚀刻保留区域和PP铣空区域契合，形成半埋式叠板。压合前后叠板和压合方式如图3所示。4超厚铜板阻焊工艺超厚铜板对阻焊层的要求较高，由于铜厚较厚，铜面和基材面的高度差较大，通常1次阻焊难以满足要求。本产品采用3次阻焊加工方式，第1次通过阻焊网印和曝光的方式，选择性地曝光基材区域，铜面区域不曝光，显影后将铜面阻焊层去除，通过150 C的高温将极低区域的阻焊固化。第2 次重复阻焊网印和曝光，待第2 次完成后，基材区域和铜面的高度接近，再进行第3次阻焊网印和曝光制作。曝光时将所需的图案保留在产品上，此时铜面和基材面基本处于同一高度水平，从而完成阻焊层的制作。详细参数见表2。(d）铜板b反面制作图形蚀刻的铜板a正面铣空的PP完整的PP铣空的PP蚀刻的铜板b反面(a)压合前铜板a介质层(PP)铜板b(b)压合后图3压合前和压合后图示表2阻焊制作参数前处理是否高项目图形补偿制作区域类型温固化火山灰+超第1次阻焊正常补偿板内无铜区是粗化第2 次阻焊正常补偿火山灰板内无铜区是单边多补板内图形第3次阻焊火山灰是偿0.0 5mm区域5结语对厚铜PCB进行预控深蚀刻，采用半埋入式压合方法，结合多次阻焊技术进行制作，有效解决了流程中超厚铜导体制作困难、压合困难和阻焊层制作困难的问题，从而提升了产品的可靠性和制作能力。