1.前言

隨著汽車電子以及電源通訊技術(shù)的快速發(fā)展，4-10OZ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(lái)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(lái)越廣，設(shè)備對(duì)印制板的功能要求也越來(lái)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，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(mén)產(chǎn)品，該產(chǎn)品多用于軍工產(chǎn)品。

目前行業(yè)內(nèi)做的比較多的印制板的銅箔厚度通常在1OZ～3OZ之間，而對(duì)于成品銅厚達(dá)10OZ及以上的超厚銅PCB的制作報(bào)道卻幾乎沒(méi)有，捷多邦PCB主要針對(duì)10OZ超厚銅PCB的制作工藝以及制作過(guò)程中一些關(guān)鍵工序的控制了跟進(jìn)，最終找到了較為理想的制作超厚銅PCB的工藝路線和工藝條件。

在線路板設(shè)計(jì)中，對(duì)于高電壓大電流的產(chǎn)品而言，捷多邦PCB線路板的銅箔厚度起到極其關(guān)鍵的作用，那么我們?cè)趺粗牢覀儾少?gòu)回來(lái)的電路板銅厚是否達(dá)到了要求呢？

在深圳線路板生產(chǎn)廠家中，我們表達(dá)銅箔厚度的單位是oz，oz是ounce的縮寫(xiě),中文是“盎司”的意思,它是重量單位，1OZ=28.35g。而在線路板行業(yè)中，1 ounce(oz)定義引申為：一平方尺面積單位覆蓋銅箔重量1oz(28.35g)的銅層厚度，根據(jù)銅的密度及質(zhì)量等關(guān)系，可以求得結(jié)果為：1oz=1400微英寸也就是35.56um 。所以在線路板行業(yè)中，oz被變成了厚度單位，1oz代表35um的銅箔.

在PCB采購(gòu)時(shí)，有雙面板，多層板，那么我們?cè)趺粗繮CB每一層的銅箔是多少呢？有一種很直白的表示方法：在有銅的那一層寫(xiě)成數(shù)字，沒(méi)有的寫(xiě)“0”，每一層之間用“/”隔開(kāi)。比如：1/1OZ就表示兩層1OZ的銅箔，也就是說(shuō)，雙面板，每層銅箔為1OZ；1/2/2/2/2/1OZ，有六個(gè)數(shù)字，代表六層板，最外層兩個(gè)“1”，代表外層為1OZ，中間四個(gè)“2”，代表內(nèi)層有四層，并且都是2OZ的銅箔；而如果是1/2/1/1/2/1oz，則代表六層板，外層為1OZ，內(nèi)層第2，5層為2OZ，內(nèi)層3，4層為1OZ，直接按順序數(shù)就好了。還有我們平時(shí)會(huì)見(jiàn)到“H/Hoz"代表什么呢？H是英文“HALF”的縮寫(xiě)，代表一半，也就是1/2OZ。

如果全部以“um”做單位，結(jié)果如下： Hoz=17.5um;1oz=35um;2oz=70um;3oz=105um;4oz=140um,依此類推。

銅箔厚度的檢測(cè)方法有二： 一是物理破壞法，把線路板的邊角位置切一小塊下來(lái)，通過(guò)做切片的方式，灌膠，研磨，然后在顯微鏡下面進(jìn)行測(cè)量，這種方法測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，結(jié)果是要進(jìn)行破壞性實(shí)驗(yàn)，只要執(zhí)行就意味著報(bào)廢，并且時(shí)間長(zhǎng)，相應(yīng)配套設(shè)備要求多；二是直接用專用的面銅測(cè)厚儀 - CMI 165進(jìn)行測(cè)量，具有測(cè)量精確簡(jiǎn)易，質(zhì)量可靠的特點(diǎn)。直接手持在銅面壓下去就可以，對(duì)于一般客戶要求而言，CMI165面銅測(cè)厚儀足以達(dá)到要求。

2.實(shí)驗(yàn)

2.1實(shí)驗(yàn)物料及設(shè)備

   （1）FR-4基材，其中板厚為1.6mm，銅厚為4OZ；

   （2）我司制作PCB的常規(guī)設(shè)備；

2.2流程設(shè)計(jì)

本次實(shí)驗(yàn)是制作成品銅厚達(dá)10OZ的雙面印制電路板，具體的實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示：

圖1 整體制作流程

對(duì)于流程中 “圖形轉(zhuǎn)移▲→圖形電鍍▲”，本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了三種制作方案：

       方案一：濕膜法

       其主要制作思路為：利用濕膜良好的填充性將板面鋪平然后進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)移，接下來(lái)電鍍兩個(gè)循環(huán)，加厚大約2OZ的厚度，也即是以2OZ的厚度疊加，具體流程如圖2所示。

圖2 濕膜法

Fig.2 Wet film method

       方案二：一次干膜法

       其主要制作思路為：貼干膜之后進(jìn)行LDI線路制作，然后再電鍍一個(gè)循環(huán)，加厚大約1OZ的厚度，即以1OZ的厚度疊加，具體流程如圖3所示。

圖3 一次干膜法

Fig.3 Dry film once

       方案三：兩次干膜法

        其主要制作思路為：第一次貼干膜之后進(jìn)行LDI線路制作，然后電鍍一個(gè)循環(huán)（大約有1OZ的厚度），此時(shí)干膜與線條基本水平，接下來(lái)再次貼干膜進(jìn)行LDI線路制作，然后再電鍍一個(gè)循環(huán)（大約1OZ的厚度），即以2OZ的厚度疊加，具體流程如圖4所示：

圖4 兩次干膜法

Fig.4 Dry film twice

3.結(jié)果與討論

   3.1工藝流程的優(yōu)化

圖5 濕膜法疊加一次的線路切片圖

         圖5為方案一所設(shè)計(jì)的濕膜法疊加一次所得到的線路切片圖，從圖中可以看到線路呈典型的“蘑菇狀”，且兩次線路出現(xiàn)比較明顯的錯(cuò)位，分析兩次線路產(chǎn)生錯(cuò)位的主要原因在于用濕膜進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)移時(shí)需要用到菲林，而人工用菲林對(duì)位時(shí)其對(duì)準(zhǔn)度難以得到保證；而線路呈現(xiàn)“蘑菇狀”主要是由于人工印刷的濕膜厚度較?。?/3OZ左右），后期電鍍上的銅（厚度為2OZ左右）凸出線條造成的。

圖6兩次干膜法疊加兩次的線路切片圖

圖7兩次干膜法疊加三次的線路切片圖

圖8 10OZ線路切片圖

圖9 10OZ線路切片圖

圖6為方案三所設(shè)計(jì)的兩次干膜法疊加兩次所得到的線路切片圖，圖7為方案三所設(shè)計(jì)的兩次干膜法疊加三次所得到的線路切片圖，圖8、圖9為方案三所設(shè)計(jì)的兩次干膜法疊加四次所得到的10OZ線路切片圖，從這幾個(gè)圖中可以看出線路的對(duì)準(zhǔn)度良好且沒(méi)有出現(xiàn)“蘑菇狀”的線條，相比于濕膜法制作的線路得到了很大的改觀，分析其原因在于用干膜法制作線路時(shí)用的是LDI對(duì)位，在線路的對(duì)準(zhǔn)度上能夠得到保證，且由于干膜的厚度為1OZ左右，而電鍍一個(gè)循環(huán)也只能加厚1OZ左右的厚度，因而電鍍的時(shí)候基本不會(huì)出現(xiàn)“蘑菇狀”線路。

方案二中的一次貼干膜法制作的線路在對(duì)準(zhǔn)度上相比于方案三中的兩次貼干膜法制作的線路要差一些，主要原因在于用一次貼干膜法制作線路時(shí)其阻焊對(duì)位為7次，而用兩次干膜法制作線路時(shí)其阻焊對(duì)位次數(shù)僅為4次，很明顯人工阻焊對(duì)位的次數(shù)越多，“線路的錯(cuò)位就越明顯，另外阻焊對(duì)位的次數(shù)越多，制作周期也就越長(zhǎng)，因而從品質(zhì)以及交貨期兩方面考慮，方案三要比方案二更可取一些。

通過(guò)以上的分析可以看出方案三（也即是兩次貼膜法）是制作超厚銅箔線路板的較為理想的工藝流程。

3.2特殊工序的控制

3.2.1 圖形電鍍

    通過(guò)圖形電鍍來(lái)加厚線路的銅厚，使得線路與干膜持平以利于下一次貼干膜。圖形電鍍的電流要比實(shí)際計(jì)算出的電流值略小一些，一般以小2～3A為宜，并且要適時(shí)的用手試一下板面的平整度，以免電鍍上的銅凸出線條而呈現(xiàn)“蘑菇狀”，另外在電鍍的時(shí)候要在板的周圍夾上分流條同時(shí)顛倒印制板的方向來(lái)提高鍍銅的均勻性。

3.2.2 阻焊

方案三的制作流程中，在最后一次印阻焊之前，前期印刷的阻焊油墨主要是用來(lái)鋪平板面以利于后期干膜能貼緊，如圖10所示：

具體操作時(shí)要控制好以下幾個(gè)方面：

① 采用兩次印油的方式做板，第一次使用43T的網(wǎng)版，靜止時(shí)間做適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng),以便于消除線路間的氣泡，預(yù)烘后再使用77T的網(wǎng)版進(jìn)行第二次印油，正常靜止后烤板。其中在靜置和烘板時(shí)，板子應(yīng)該水平放置，以防垂流。

② 曝光時(shí)，其能量要比普通板的曝光能量略低一些，曝光級(jí)數(shù)控制在10級(jí)左右，防止因光散射而產(chǎn)生顯影不凈,進(jìn)而導(dǎo)致油墨進(jìn)入圖形造成明顯“階梯狀”線路的產(chǎn)生。

3.2.3 阻焊后固化

阻焊后固化時(shí)，要進(jìn)行分段固化且在最高溫度（150℃）下要加烤30min。其原因在于阻焊之后的板子接下來(lái)要進(jìn)行沉銅，如果油墨后固化不充分，那么其耐熱、耐化學(xué)性能都會(huì)很差，沉銅槽中的強(qiáng)堿性物質(zhì)就會(huì)與油墨中沒(méi)有固化完全的酸性樹(shù)脂反生中和反應(yīng)，造成油墨脫落。

3.2.4 沉銅、板電

沉銅之前要過(guò)機(jī)械前處理，以提高板面的粗糙度，增大其比表面積，進(jìn)而提高沉銅層與板面的結(jié)合力。在沉銅的過(guò)程中，板子在溶脹槽和除膠渣槽中的時(shí)間不能太久，一般以5～7min為最佳，此時(shí)板子已有足夠的活性，如果時(shí)間再延長(zhǎng)，那么油墨就有可能耐不住強(qiáng)堿的侵蝕而造成阻焊層脫落。

板電之前要將板子放在100℃下烤1h，以除去沉銅層與阻焊層之間濕氣，進(jìn)而提高二者之間的結(jié)合力，防止板電之后銅層起泡而造成脫落。板電時(shí)，以1.2ASD的電流密度鍍一個(gè)循環(huán)，此時(shí)表面銅厚可以達(dá)到1/3OZ左右。

3.2.5 關(guān)鍵工序蝕刻

    一般覆銅箔板材，表面銅箔厚度為HOZ～2OZ，但對(duì)于厚銅箔印制板來(lái)說(shuō)，其表面銅箔厚度達(dá)到了3OZ以上，在進(jìn)行蝕刻時(shí)就不可避免的要采用多次蝕刻的方法，蝕刻的次數(shù)越多其側(cè)蝕也就越

嚴(yán)重， 對(duì)線路的精度影響也就越大。

對(duì)于本次實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)而言，后期逐層疊加上去的線路是在沉銅、板電（大約1/3OZ的銅厚）的基礎(chǔ)上制作的，也即是說(shuō)在進(jìn)行圖形蝕刻時(shí)，需要蝕刻掉的底銅厚度只有1/3OZ左右，此時(shí)基本上不存在側(cè)蝕。而需要重點(diǎn)考慮的是以4OZ的底銅下料進(jìn)行圖形蝕刻時(shí)的側(cè)蝕量，這就需要我們對(duì)線路進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，以彌補(bǔ)其側(cè)蝕量，使線條的精度滿足設(shè)計(jì)的要求。表1列出了銅箔厚度與單邊側(cè)蝕量之間的關(guān)系。

表1 銅箔厚度與單邊側(cè)蝕量之間的關(guān)系

Table.1 The relationship between copper foil thickness and unilateral erosion

一般來(lái)說(shuō)，我們以蝕刻因子作為定量衡量蝕刻質(zhì)量和蝕刻線蝕刻能力的指標(biāo)[2]，蝕刻因子越小表示側(cè)蝕量越大，反之，蝕刻因子越大則表示側(cè)蝕量越小，蝕刻因子的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)及方法如圖11所示：

圖11 蝕刻因子的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)及方法

Fig.11 The standards and methods of etch factor calculation

通?？蛻粢蟮奈g刻因子要達(dá)到3.0以上，圖12為4OZ底銅經(jīng)過(guò)圖形蝕刻之后的線路切片圖形，經(jīng)計(jì)算其蝕刻因子達(dá)到了3.5，線路的精度完全能夠滿足客戶設(shè)計(jì)的要求。

圖12  4OZ底銅制作的線路切片圖形

4.結(jié)  論

⑴ 通過(guò)貼兩次干膜逐層疊加線路的方法是制作超厚銅PCB板較為理想的工藝路線，其不僅能夠保證線路的對(duì)準(zhǔn)度，同時(shí)也能有效的避免“蘑菇狀”線路的出現(xiàn)。

⑵ 通過(guò)圖形電鍍來(lái)加厚線路的銅厚，其電流值要比實(shí)際計(jì)算出的略小2～3A；通過(guò)阻焊油墨鋪平板面，其曝光能量要比普通板略低一些；阻焊后固化時(shí)，要進(jìn)行分段固化且在最高溫度（150℃）下要加烤30min；沉銅之前要進(jìn)行機(jī)械前處理，并要適當(dāng)?shù)目s短板子在溶脹和除膠渣槽中的時(shí)間；以4OZ的底銅制作線路時(shí)，要對(duì)線路做適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，以彌補(bǔ)其側(cè)蝕量；在實(shí)際的生產(chǎn)制作過(guò)程中，必須控制好這些關(guān)鍵工序，這樣才能得到外形良好，線路精確的超厚銅PCB板。

5. 銅厚檢驗(yàn)

以下是捷多邦PCB厚銅PCB的切片報(bào)告
5.1雙面4oz銅厚PCB，面銅厚度138.92um,孔銅厚度64.36um(1.84oz)

5.2六層板4/1/1/1/1/4oz,面銅厚度135.5um  孔銅厚度達(dá)88.13um

5.3雙面板 頂?shù)讓鱼~厚6oz,面銅厚度達(dá)223.72um，孔銅厚度達(dá)184.64um

5.4雙面板10OZ銅厚，面銅厚度達(dá)345.77um,孔銅厚度達(dá)264.23um

5.5四層板銅厚6/5/5/6oz