350μm厚铜印制电路板阻焊生产工艺.pdf

-46-特种板Special PCB印制电路信息2023No.8350m厚铜印制电路板阻焊生产工艺郭荣青叶陆圣朱雪晴廖润秋胜宏科技（惠州）股份有限公司，广东惠州516 2 11摘要新能源汽车快速发展，对充电桩印制电路板（PCB）的要求越来越高，面铜需厚达350 m，阻焊品质是其主要影响因素之一。使用传统的网印方式阻焊，会出现印不上油、线路假性露铜等外观不良现象，已无法满足超厚铜板的品质需求。通过对低压喷涂+印刷、曝光资料、前处理方式、抽真空、后烤流程进行研究，最终确定了厚铜PCB阻焊制作方案，解决了厚铜板线路假性露铜、气泡、起皱等问题，确保产品达到客户品质需求。关键词厚铜印制电路板；阻焊；低压喷涂；抽真空中图分类号：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 46-0 4Discussion on the production process of solder mask for350 m-thick copper PCBGUO RongqingYE LushengZHU XueqingLIAO RunqiuVictory Giant Technology(HuiZhou)Co.,Ltd.,Huizhou 516211,Guangdong,ChinaAbstractthe rapid growth of new energy vehicles,the charging pile printed circuit board requires a surfacecopper thickness of 350 m.Solder mask quality is one of the main control factors in technology.If the traditionalscreen printing method is used for solder mask,it may result in poor appearance such as inability to remove oil andfalse copper exposure in the circuit,which cannot meet the quality requirements of ultra-thick copper plates.Throughexploration of low-pressure spraying+printing,exposure data,pre-treatment methods,vacuum pumping,and postbaking,the production plan for thick copper plate solder mask was finally determined,solving problems such as falsecopper exposure,bubbles,and wrinkling in thick copper plate circuits,ensuring that the product meets customerquality requirements.Keywordsthick copper printed circuit board;solder mask;low-voltage spraying;vacuum pumping0引言新能源汽车充电时间一般为6 12 h，已无法满足车主30 min左右可充8 0%10 0%电量的需求，快充技术的出现及发展成为必然趋势。因此，对充电桩印制电路板（printed circuitboard，PC B）的主板性能也提出了更高要求。中国快充标准分为直流（direct current，D C）快充和交流（alternatingcurrent，A C）快充。其中，DC快充最高输出电压作者简介：郭荣青（19 8 1一），男，工程师，本科，主要研究方向为湿制程相关工艺、新产品技术开发与批量导人。47-特种板Special PCB印制电路信息2023 No.8为7 50 V，最高输出电流为40 0 A，充电功率为30 0kW；A C 快充最大输出电压为50 0 V，最大输出电流为2 50 A，充电功率为12 0 kW。这些充电桩主板的铜厚均需要350 m，才可承受超高压及大功率的充电输出效率。厚铜PCB因铜面与基材落差极大，如依照传统的网印方式进行阻焊，生产过程很难控制，容易出现阻焊起皱、油墨分层脱落、假性露铜及阻焊气泡等不良现象，无法满足品质需求。本文基于油墨特性及阻焊流程分析，通过不同方法的研究，对线型掩模低压喷涂次数+印刷、曝光资料、前处理方式、抽真空、后烤进行探究，最终解决了厚铜PCB阻焊问题，确定了制作方案，确保产品达到客户品质需求。1PCB阻焊层厚度要求PCB阻焊层厚度要求如图1所示。阻焊厚度为2 0 mH,2 0 m；面铜厚度为H,385.29m；底铜为350 m。HH385.29m(a)阻焊厚度(b）成品完成铜厚图1外层铜与阻焊油墨厚度关系2厚铜板阻焊工艺流程2.1验证板制作工艺全流程开料内层一压合一钻孔成型半铣一水平除胶一板电外层图电一外检阻焊一文字成型。2.2阻焊流程方案2.2.1连续2 次网印阻焊前站来料一阻焊前处理一36 T挡点连续网印2次预烤（7 5，45min）一正常曝光、显影一文字一后烤一出板。该流程采用2 次36 T网连续印刷，印刷后目视检验有明显的线路假性露铜、阻焊气泡，且基材上有未印下油现象，外观无法满足品质需求，印刷完后直接退洗处理2.2.2分开2 次网印阻焊前站来料一阻焊前处理一36 T挡点网印第1次预烤（7 5，45min）正常曝光、显影正常后烤正常阻焊前处理（关闭磨刷，只开喷砂）36 T挡点网印第2 次预烤（7 5，45min）一正常曝光、显影文字后烤出板。分开2 次正常阻焊36 T网版印刷正常至后烤，后检验线路上同样有假性露铜、阻焊气泡，基材上同样有未印下油现象，较连续2 次网印虽有改善，但仍无法满足品质需求。2.2.3分开2 次网印与不同曝光资料前站来料一阻焊前处理一36 T挡点网印第1次预烤（7 5，45min）基材位曝光、显影正常后烤正常阻焊前处理（关闭磨刷，只开喷砂）一36 T挡点网印第2 次预烤（7 5C，45min）正常曝光、显影文字后烤出板。第1次阻焊曝光时，仅对板面基材上面进行曝光，显影后出现露出铜面和线路部分；第2 次正常阻焊36 T挡点网印刷，使用正常资料曝光。分步2 次网印与不同曝光阻焊正常至后烤后检验基材上有未印下油现象，同样有假性露铜、阻焊气泡，无法满足品质需求。2.2.4分2 次线型掩模低压喷涂+正常印刷前站来料一阻焊前处理一第一次低压喷涂2遍预烤（7 5C，45m i n）基材位曝光、显影一正常后烤一阻焊前处理（不开磨刷）第2次低压喷涂2 遍预烤（7 5，45min）基材位曝光、显影一正常后烤一阻焊前处理（不开磨刷）36 T网印预烤（7 5，45min）正常曝光、显影文字后烤一出板。-48-印制电路信息2023 No.8特种板Special PCB第1、2 次阻焊曝光时，仅对板面基材上面部分进行曝光，显影后出现露出铜面和线路部分；第3次正常阻焊36 T挡点网印刷，使用正常资料曝光。分2 次线型掩模低压喷涂+正常印刷，正常至后烤后检验阻焊基材上下油饱满，但仍有线路假性露铜、阻焊气泡、起皱外观不良，无法满足品质需求；经内部阻焊三功能对4次试板结果分析后讨论，确定造成3个外观问题的主要原因：基材位经2 次低压喷涂后，与铜面高度差仍在100m左右，受高度差影响导致线角阻焊偏薄；第3次印刷油墨中细小气泡无法在静置中排除干净；第1、2 次低压喷涂印刷基材油墨较厚，正常预烤+后烤低温段预固化不足改善方案：对第1、2 次线型掩模曝光资料优化，将铜面线角分别增加0.30 mm和0.35mm盖油曝光，保证面油印刷后线角油厚，改善线路假性露铜问题；在第3次正常印刷后增加抽真空，将油墨表面残留气泡吸出；在第1、2 次线型掩模后烤前增加预烤6 5，6 0 min，提高基材油墨预固化效果。2.2.5分2 次线型掩模低压喷涂+网印+不同阻焊曝光资料+抽真空前站来料一阻焊前处理一第1次低压喷涂2遍预烤（7 5，45min）基材面及开窗铜面边缘0.30 mm盖油曝光一正常显影加烤（6 5，6 0 mi n）阻焊前处理（不开磨刷）第2次低压喷涂2 遍预烤（7 5，45min）基材面及开窗铜面边缘0.35mm盖油曝光正常显影加烤（6 5，6 0 min）一阻焊前处理（不开磨刷）36T网印抽真空预烤（7 5C，45m i n）正常曝光、显影一文字后烤一出板。第1、2 次阻焊低压喷涂各2 遍，每遍喷涂间隔10 min，喷涂后板子插架平放。第3次阻焊正常塞孔+36 T挡点网印刷，注意自检，避免印偏双开孔人油。第1次低压喷涂仅对基材区及线型掩模开窗铜面边缘0.30 mm进行曝光，第2 次低压喷涂仅对基材区及线型掩模开窗铜面边缘0.35mm进行曝光，其他开窗铜面和线面部分不曝光，确保显影后露出开窗铜面。第2、3次阻焊前处理优化，不开磨刷只开喷砂，保护铜面和线面的铜厚，防止出现面铜偏薄异常，确保铜面、油墨表面粗化效果。第3次印刷后抽真空参数：-75MPa抽真空10 min，确保油墨表面残留的气泡被负压吸出。第3次阻焊采用36 T挡点网正常生产1次，在已有阻焊层上再印上一层阻焊层，确保铜面和线路面上的阻焊厚度在2 0 30 m公差范围内，如图2 所示。图2（a）中，导线面L、L，为线角阻焊厚度，L,为线面厚度。图2（b）中L4为铜面阻焊厚度a。各阻焊厚度均在要求范围内。L=29.46um24.48umL=26元L3(a)导线面L=28.721m(b)大铜面图2流程优化后阻焊厚度分2 次进行线型掩模低压喷涂+网印+抽真空与不同资料曝光阻焊生产（3次不同资料曝光，分别对基材和开窗铜面0.3mm、0.35m m 曝光+1次正常资料曝光），正常后烤后，进行外观检验，无假性露铜、阻焊气泡、起皱现象，可满足客户品质需求。3优化后厚铜板阻焊制作工艺流程优化后正常生产的对应参数如下。第1次阻焊前处理：正常开启针刷+火山灰生产，线速3.5m/min，磨痕管控为（10 2）mm，确认板面粗化效果。第1次阻焊线型掩模低压喷涂，油墨黏度管控为50 dPaS，连续喷涂2 次，每次间隔10min，喷涂后插架平放，喷涂完成后生产出板，确认基材阻焊厚度为12 0 140 m，正常隧道炉预烤，预烤温度7 5，45min，确保板面烘烤初步固化。第1次曝光：采用激光直写（laserdirect49印制电路信息2023No.8特种板Special PCBimaging，L D I）曝光机，选用线型掩模M1资料进行生产。曝光能量6 0 0 7 0 0 mJ，光梯尺11格，曝光后静置15min。显影：依正常参数显影，经检验确认，显影后铜面和线路边缘有0.30 mm阻焊覆盖，其他铜面无阻焊层。第1次后烤：将显影板插铁架置在立式烤箱（6 5，6 0 min），再正常走文字隧道炉后烤；其目的为提升基材阻焊预固化效果，防止油墨起皱。第2 次阻焊前处理：关闭针刷仅开启喷砂生产，线速3.0 m/min确认板面粗化效果。第2 次阻焊线型掩模低压喷涂，油墨黏度管控为50 dPas，连续喷涂2 次，每次间隔10 min，喷涂后插架平放正常预烤，喷涂完成后，生产出板，确认基材阻焊总厚度在2 40 280m，正常隧道炉预烤（7 5，45min），确保板面烘烤初步固化。第2 次曝光：使用LDI曝光机选用线型掩模M2资料生产，与第1次曝光参数一致。显影：依正常参数显影，经检验确认显影后铜面和线路边缘有0.35mm阻焊覆盖，在M1曝光资料基础上，铜面和线路增加0.0 5mm阻焊覆盖，确保面油印刷后线角与线面油厚接近，其他铜面无阻焊层。第2 次后烤：将显影板插进铁架放置在立式烤箱内（6 5，6 0 min），再正常走文字隧道炉后烤；目的为提升基材阻焊预固化效果，防止油墨起皱。第3次阻焊前处理：与第2 次阻焊前处理参数一致。第3次阻焊印刷：正常铝片塞孔，塞孔油墨黏度36 0 dPaS；面油使用36 T挡点网，油墨黏度150 dPaS，油墨在搅拌机搅拌时间10 min，搅拌完成后静置15min再正常印刷。抽真空：第3次印刷后安排抽真空，抽真空参数-7 5MPa，10 m i n，主要作用为将油墨表面残留的细小气泡负压吸出。第3次曝光：使用LDI曝光机选用M3资料生产，与第1、2次曝光参数一致。显影：依正常显影参数生产，经检验确认，无线路假性露铜、气泡、起皱不良现象。文字后烤后切片确认阻焊油厚及进行可靠性测试。4厚铜板阻焊制作对应切片及可靠性测试（1）文字后烤对应切片分析数据见表1。其中，阻焊厚度要求2 0 30 m，面铜厚度要求 358 m。（2）文字后烤后相关可靠性测试结果见表2。表1阻焊切片实测数据单位：m阻焊厚度面铜厚度大铜面线面线角大铜面线面28.7329.4627.99378.52382.5227.2527.9829.01379.84381.8729.4628.9826.12380.45385.5527.9629.3228.34380.95382.3726.5128.4524.48381.62382.35表2相关可靠性测试结果测试项目测试条件判定标准检验结果判定无阻焊脱加烤150,6 0 m i n合格落及变色3M胶带拉力255无阻焊试锡测试同一处无阻焊合格浸锡10 s,3次脱落脱落及变色热冲击288无阻焊合格测试浸锡10 s,3次脱落10%H,S0,在室3M胶带拉力合格耐酸碱温下浸泡30 min无阻焊同一处无阻焊测试10%Na0H在室脱落脱落及变色合格温下浸泡30 min5结语综合对比上述生产方案，阻焊按2.2.5节方案可满足成品面铜358 m超厚铜板的生产需求，阻焊厚度可达到2 0 30 m的标准。同时，还可依据客户要求调整第3次印刷网版目数。经外观检验，线路无假性露铜、气泡及起皱等品质异常，可靠性测试均满足品质需求。此方案的作业流程相对较长，但可以确保超厚铜板品质满足客户需求。不同的工艺流程及参数生产厚铜板外观良率会存在差异，需持续优化阻焊工艺作业流程、作业参数及方法，不断提高产品外观良率，缩短生产周期，提升厚铜板的生产能力和市场竞争力，赢得更多发展机遇参考文献1郝永春.厚铜板薄阻焊生产工艺优化J.印制电路信息,2 0 2 3,31(2):2 1-2 4.2王优林.14oz的多层铜基板工艺浅谈J.印制电路信息,2 0 0 9(2)：42-43.3李鹏.具有喷涂丝印双层阻焊层的厚铜板的制造方法：CN202010905452.XP.2020-12-22.https:/.