外凸式阶梯厚铜板生产工艺探讨
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【摘 要】制作阶梯厚铜VIP孔板的关键控制点及难点是图形转移和蚀刻工序。本文主要介绍了阶梯厚铜VIP孔板制作过程中的关键控制工序及难点工序的制作方法,以供业界制作此类板件提供相应的参考。
【关键词】阶梯厚铜;图形转移;蚀刻
一、前言
随着电子产品技术的快速发展和多功能化的需要,为了提高产品性能、产品组装密度、减少产品体积和重量,PCB板的设计也日新月异,因此阶梯设计技术也应运而生。这种结构设计的重要特点是增加了空间的利用率,加大了元器件的安装密度,提高了PCB板的整体利用率和PCB板的散热能力,从而简化了电子产品的设计和制造程序,同时也为改进电子产品的性能提供了可能性。阶梯板一般有两种:一种是内凹式阶梯板,另一种是外凸式阶梯板。本文阐述的是一种外凸式厚铜阶梯印制板在制作中的关键控制点及难点工序的制作方法。
二、阶梯板的制作工艺
目前常见的阶梯板有两种:① 内凹式阶梯板 、② 外凸式阶梯板,它们主要由阶梯、背钻、密集散热孔及树脂塞孔等新技术新工艺相结合而设计。针对内凹式阶梯板制作工艺,目前常规的制作方法为:采用 Low-flow PP低流动度半固化片进行压合或者采用内层开槽填充硅胶等缓冲材料工艺进行生产。而对于外凸式阶梯板目前常见的制作方式是:采用减铜法,利用逐步减铜以完成阶梯凸台阶梯的制作。以下为两种不同阶梯板在制作工艺中的相关生产简图:
根据以上工艺流程特点,我们可以看出,内凹式阶梯板制作比较复杂,在操作流程上存在一定的局限性:
1. 内层芯板及Low-flow PP低流动度半固化片开槽压合,在压合参数、翘曲度、涨缩、阶梯槽位的流胶量控制等均需特别管控。
2. 对阶梯槽位进行填充缓冲材料,对阶梯槽的尺寸、形状等都有严格要求。
而对于外凸式阶梯板的制作,从流程简图上我们可以看出流程相对简单,但在操作制作流程中也存在一定的难点:
① 不同的阶梯圆环需分开进行蚀刻,同心度控制较难。② 阶梯铜厚较厚(一般3-6 OZ)采用减铜蚀刻出阶梯凸盘蚀刻参数控制、蚀刻预补偿、蚀刻精度控制较难。
本文重点介绍采用蚀刻减铜法制作阶梯凸铜的加工工艺方法,以供参考。
三、 制作工艺介绍及难点解决方案
1. 本文介绍的阶梯厚铜板如下图所示,产品有如下特点:
① 成品板厚:0.25±0.02mm,VIP 孔树脂塞孔,表面处理:化学沉金。② 阶梯凸铜最厚铜厚:4 OZ最薄铜厚:1 OZ,同心圆同心度:
2. 根据产品特点、品质要求初步设计流程如下所示:(见图3、4)
3. 加工难点分析:
A. 涨缩控制:
① 成品板厚:0.25±0.02mm,阴阳铜,一面铜厚:4 OZ;一面铜厚: 1 OZ;板材较薄且铜厚不均,蚀刻及生产过程易涨缩、变形。② 0.2mm的VIP孔树脂塞孔,塞孔树脂硬度大(7-8H)且板厚为0.25mm,在磨树脂时易导致板变形。
B. 同心度控制:
此板阶梯铜为二级阶梯圆环,最厚铜厚:4 OZ, 最薄铜厚:1 OZ,同心度要求:
C. 蚀刻精度控制:
此板C/S面最厚铜厚为:4 OZ,考虑蚀刻因子与侧蚀对线路的影响,且外环公差为±0.03mm蚀刻制作复杂且难度系数大,蚀刻预补偿不好控制。且此板为阴阳铜(一面铜厚4 OZ,一面铜厚H/H OZ),在制作过程中会出现不同程度的翘曲、变形。
D. 制作难点控制方案:(见表1)
四、 制作过程
4.1 烤板:为了消除板料的内应力,根据板料的TG值进行烤板。
4.2 钻孔:此板面铜较厚,最小孔径小(面铜4 OZ,最小孔0.2mm), 为保证钻孔品质钻孔参数需适当降低。
4.3 树脂塞孔:制作塞孔铝片,塞孔铝片孔径比实际孔径单边预大0.05mm,塞孔板采用陶瓷磨刷进行研磨。
4.4 蚀刻:
由于此板阶梯环的公差要求严格,因此在制作过程中,需调整蚀刻工艺参数(蚀刻液的温度、压力等),严格控制侧蚀、毛边。蚀刻时采用光板在前引导,蚀刻前对蚀刻因子与侧蚀量进行测试(蚀刻因子大于2.5),参考测试结果对线路菲林进行预补偿,本次S/S面线路菲林初步预补偿:0.03mm,C/S面初步预补偿:单边0.14mm左右,由于此板两面铜厚不对称(C/S面为4 OZ, S/S面为H/H OZ),因此在制作图形转移时C/S面与S/S面需分开做,先完成S/S面图形转移,再做C/S面的图形转移,在制作S/S面时,C/S面贴干膜完全曝光用以保护铜面,在制作C/S面图形转移时S/S面贴干膜完全曝光用以保护线路。在做S/S面图形转移前对菲林进行测量,在对位前对板件和菲林进行测量,防止因板件或菲林的胀缩而造成报废。为避免卡板和“水池效应”,采用光板引导S/S面朝下进行蚀刻。在C/S面图形转移及蚀刻时采用分部蚀刻法进行制作,第一次先蚀刻出③环,第二次蚀刻出①、②环,C/S面第一次蚀刻预补偿:外环要求3.7mm整体补偿0.28mm,内环要求0.8mm整体补偿0.28mm。
① 第一次蚀刻:
第一次蚀刻先蚀刻出中间小圆环和外部大圆环,蚀刻参数:0.8米/分钟,上压:2.1Kg/cm2,下压:1.7Kg/cm2,蚀刻后的数据如下所示;(见表2)
第一次蚀刻后各环数据如下所示:
② 第二次蚀刻:
第二次蚀刻出阶梯环,采用减铜法制作阶梯环从4 OZ蚀刻到1 OZ,蚀刻参数:0.95米/分钟,上压:2.1Kg/cm2,下压:1.7Kg/cm2,蚀刻后的各环数据如下所示:(见表3)
③ 阶梯环图形转移及蚀刻后的图形如下所示:(见图5)
④ 同心度测试:(见表4)
从以上数据我们可以看出各项指标均已OK,但在实际的操作过程中不同厂家应根据各司的设备现状进行适当调整。
4.5 阻焊:此板板厚为0.25mm,板厚较薄不便于钉床丝印,实际操作过程中可采取胶带固定法进行制作。
4.6 沉镍金:沉金按正常工艺进行制作。
沉金后的成品板图片如下所示:(见图6)
五、总结
本文介绍了阶梯厚铜VIP孔板的制作方法,通过对板料的涨缩、同心度及对位精度、蚀刻精度的控制,解决了客户端对同心度、阶梯环公差要求严格的问题。期望能够为业内同行提供一个参考,不完善之处敬请谅解。