CN101692757A - 12oz厚铜多层线路板制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种12OZ厚铜多层线路板的制造工艺，其中内层蚀刻工序中，控制酸性氯化铜蚀刻液中的CU2+浓度为150±20g/l，温度为50±3℃，总酸度为2.8±.6N，比重1.30±0.10，蚀刻速度为1.2±0.3m/min，蚀刻次数为4次；压板工序包括热压步骤和冷压步骤，其中热压时间为200min，系统在第5-95min之间抽真空绝压10mbar，控制最大压板压力为21.42Kgf/cm2，温度为190℃；冷压时间为110min，最大压板压力控制为18.36Kgf/cm2，当预钻孔直径在2.0mm≤D＜4.8mm时，使用直径为d≤1.7mm的钻咀预钻2个孔，然后用直径为D的钻咀重钻成孔；当预钻孔直径D≥4.8mm时，使用直径d≤1.7mm的钻咀预钻4个孔，然后用直径为D的钻咀重钻成孔。本发明的优点是：提高了内层板料蚀刻因子，减少了侧蚀效应，压板效果好，钻孔不会出现铜屑塞孔的现象。

Description

12OZ厚铜多层线路板制造工艺
技术领域
本发明涉及一种铜线路板的制造工艺，尤其是涉及多层线路板的制造工艺。
背景技术
线路板是用于承托电子元件并提供电路将其连接的板。线路板从原料到成品出货包括以下主要制程：内层开料、内层干菲林、内层蚀刻、内层自动光学检查、黑化、压板、钻孔、沉铜、板面电镀、外层干菲林、线路电镀、外层蚀刻、外层自动光学检查、湿绿油、白字、外型加工、电测试、表面处理、最后检查、包装。12OZ厚铜多层线路板作为汽车电子部件特别是应用在发动机电源供应部分部件汽车中央电器供电系统，要求线路板具有耐热老化性、耐高低温循环和高玻璃化温度等高可靠性特性。
现有线路板的制造工艺中，内层板料经过内层干菲林制作工序和显影后，在一整张完整的铜面上覆盖上干膜电路图形。内层蚀刻就是利用酸性氯化铜蚀刻液将铜面上无干膜覆盖的铜蚀掉，然后将干膜褪掉，便得到所需的内层电路。衡量其蚀刻能力的指标就是蚀刻因子，蚀刻因子越大，其蚀刻能力就越强。现有的内层蚀板流程为：入板→显影→水洗→视检→蚀刻→水洗→视检→褪膜→水洗→水洗→防氧化→水洗→热风吹干→收板。在现有的内层蚀刻工艺下，一般在一次过拉的情况下，只能蚀刻铜厚为3OZ以下的内层板料，两次过拉最多也只能蚀刻铜厚为6OZ的内层板料，当用于蚀刻12OZ超厚铜层时，会产生较大的侧蚀效应，影响线路的有效截面形状，表现为蚀刻因子过低的状况，甚至出现无法完全蚀掉铜层的情况，严重影响品质要求。
压板工序是将铜箔、半固化片和氧化处理后的内层板按顺序叠合后压合制成多层板。其中的半固化片中的树脂为半硬化的材料，在受到高温后会软化及流动，填充至线路间的空隙中，经过一段软化而流动的时间后，又会逐渐吸收能量而发生聚合反应，使得其粘度增大至硬化，将两层铜箔粘合起来。叠板方式以钢质载盘为底盘，一般情况下，放入十二张牛皮纸及一张铜箔基板，中间以一层镜面钢板一层板材的方式，叠入十二层板材，上面再加一层镜面钢板及一张铜箔基板和十二张牛皮纸，再盖上钢质盖板。但是由于12OZ厚铜版在内层叠压时，线路间需要填充树脂的空间大，而线路本身厚度大，阻隔效应明显，不利于填充，而且层数较多，传热不均，容易出现气泡和压合不良等问题。
钻孔工序就是利用高精密钻机在压好的版上钻出导通孔和非导通孔，已建立线路层之间以及元件与线路之间的连通，对于普通内层铜厚的线路板，常规采用一次成孔的方式来钻出通孔，但是对于12OZ厚铜板，每个孔钻出的铜屑会比普通的多出4-24倍，尤其是在钻直径大于2.0mm的孔时，将会出现铜屑塞孔的问题，不仅会使钻咀加速磨损或者折断，而且会使线路板产生披峰，影响孔的品质。
发明内容
本发明的目的是提供一种12OZ厚铜多层线路板的制造工艺，其可以提高12OZ厚铜多层线路板的内层线路的蚀刻因子，避免产生较大的侧蚀效应，填充效果好，压力分布均匀，而且钻孔容易，温升小，加工容易。
本发明的技术解决方案是：一种12OZ厚铜多层线路板的制造工艺，包括内层蚀刻、压板和钻孔工序，
其中内层蚀刻工序中，控制酸性氯化铜蚀刻液中的CU2+浓度为150±20g/l，温度为50±3℃，总酸度为2.8±.6N，比重1.30±0.10，蚀刻速度为1.2±0.3m/min，蚀刻次数为4次，每次蚀刻后翻转板面一次；
在压板工序中，包括热压步骤和冷压步骤，其中热压时间为200min，系统在5-95min之间抽真空绝压10mbar，控制最大压板压力为21.42Kgf/cm2，温度为190℃；冷压时间为110min，最大压板压力控制为18.36Kgf/cm2；
在钻孔工序中，当预钻孔直径在2.0mm≤D＜4.8mm时，使用直径为d≤1.7mm的钻咀预钻2个孔，然后用直径为D的钻咀重钻成孔；当预钻孔直径D≥4.8mm时，使用直径d≤1.7mm的钻咀预钻4个孔，然后用直径为D的钻咀重钻成孔。
作为一种优化方式，在所述压板工序的热压步骤中，热压10min后，温度升至200℃，80min后，温度降至190℃；热压第5min时，压板压力从0升至7.65Kgf/cm2；第16min时，压力升至17.85Kgf/cm2，保持4min后压力降至14.28Kgf/cm2，保持4min后再升压至17.85Kgf/cm2，如此操作3次，在第40min时压力升至21.42Kgf/cm2，维持至第180min后降至5.1Kgf/cm2。
在所述压板工序的冷压步骤中，前30min内，压力维持在18.36Kgf/cm2，31-60min内，压力维持在15.2Kgf/cm2，61-90min内压力维持在5.1Kgf/cm2，91min起至冷压结束，压力维持在2.04Kgf/cm2。
本发明的优点是：利用现有设备的生产能力，提高了12OZ厚铜内层板料蚀刻因子，减少了侧蚀效应，通过层压结构和叠板方式的设计，配合升温加压控制，使流胶填充均匀，压力分布均匀，钻孔容易，特别是钻2.0mm直径的孔时，不会出现铜屑塞孔的现象，保证了孔的品质。
附图说明
附图1为蚀刻因子的示意图；
附图2为本发明方法中热压步骤中的温度时间对应图；
附图3为本发明方法中热压步骤中的压力时间对应图；
附图4为本发明方法中热压步骤中的真空度时间对应图；
附图5为本发明方法中冷压步骤中的压力时间对应图；
附图6为本发明方法中钻孔工序中预钻孔直径在2.0mm≤D＜4.8mm时钻孔示意图；
附图7为本发明方法中钻孔工序中预钻孔直径D≥4.8mm时的钻孔示意图。
具体实施方式
实施例
一种12OZ厚铜多层线路板的制造工艺，包括内层蚀刻、压板和钻孔工序，
其中内层蚀刻工序中，控制酸性氯化铜蚀刻液中的CU2+浓度为150±20g/l，温度为50±3℃，总酸度为2.8±.6N，比重1.30±0.10，蚀刻速度为1.2±0.3m/min，蚀刻次数为4次，每次蚀刻后翻转板面一次；
在压板工序中，包括热压步骤和冷压步骤，其中热压时间为200min，系统在5-95min之间抽真空绝压10mbar，控制最大压板压力为21.42Kgf/cm2，温度为190℃；冷压时间为110min，最大压板压力控制为18.36Kgf/cm2；
在钻孔工序中，当预钻孔直径在2.0mm≤D＜4.8mm时，使用直径为d≤1.7mm的钻咀预钻2个孔，然后用直径为D的钻咀重钻成孔；当预钻孔直径D≥4.8mm时，使用直径d≤1.7mm的钻咀预钻4个孔，然后用直径为D的钻咀重钻成孔。
在压板工序的热压步骤中，热压10min后，温度升至200℃，80min后，温度降至190℃；热压第5min时，压板压力从0升至7.65Kgf/cm2；第16min时，压力升至17.85Kgf/cm2，保持4min后压力降至14.28Kgf/cm2，保持4min后再升压至17.85Kgf/cm2，如此操作3次，在第40min时压力升至21.42Kgf/cm2，维持至第180min后降至5.1Kgf/cm2。
在压板工序的冷压步骤中，前30min内，压力维持在18.36Kgf/cm2，31-60min内，压力维持在15.2Kgf/cm2，61-90min内压力维持在5.1Kgf/cm2，91min起至冷压结束，压力维持在2.04Kgf/cm2。
由于需要对每个步骤分别验证效果，由于测量线粗/线隙不会损坏板材，而检测蚀刻因子、压板效果和钻孔效果均需要做切片，会破坏线路板，因此，在压板时按照前述步骤制作35块PCB电路板，压板后随机选取10块板测量线粗/线隙，选取10块做切片观察压板效果，取2块板做热应力测试，取10块板做剥离强度测试，钻孔后，随机选取10块板做切片观察孔壁品质。
下面的技术说明是以内层板铜厚为12OZ的4层板为例，说明内板蚀刻、压板和钻孔三个难点工序，其他工序可以使用现有技术。
一、内层蚀刻工序中，按照以下方式控制蚀刻：
1、蚀刻生产线：宇宙设备有限公司 ISSVE NO A294
以4次循环蚀刻处理内层板，每次蚀刻速度一致，蚀刻速度控制范围1.2±0.3m/min，每次蚀板翻转板面一次，以保证两面蚀刻的均匀性。
2、蚀刻段控制参数及条件如下：
Cu2+含量：150±20g/l，
总酸度：2.8±0.6N，
氧化还原值：500±100mv，
温度：50±3℃，
比重：1.30±0.10，
药水压力：2.4±0.3bar(2.448±0.306kgf/cm2)，
参阅图1所示，用于衡量蚀刻能力的关键指标是蚀刻因子(Etch factor)＝V/X，参见附图1，其中板料1为上覆有铜板的基材，其上设置有铜层2，铜层2表面设有阻蚀层3，在蚀刻时，铜层2的侧面由于没有阻蚀层3的保护，会发生蚀刻，蚀刻因子中的V是铜层厚度，12oz约为400μm，X是侧蚀宽度，从图中可以看出，蚀刻因子越大，表示蚀刻能力越好，侧蚀效应就越低。
3、测试：线粗/线隙及蚀刻因子
线粗/线隙  使用百倍镜检测；
百倍镜  PEAK 2009/D；
蚀刻因子  做切片用显微镜观察测量；
显微镜  LEICA 贝嘉 DM2500M；
随机选取10块板测量线粗/线隙及蚀刻因子获得如下数据：
3.1、线粗要求39.4±6mil，线隙要求35.4±6mil，实测值如表1
表1  线粗/线隙测量结果表
从表1中可以看出，采用本发明方法蚀刻参数制成的线路板的线粗/线隙数据均符合设计要求，证明本发明方法中的蚀刻参数选择有效。
3.2、蚀刻因子要求≥2.0，实测值如表2
表2  蚀刻因子测量结果
Figure G2009101920518D0000052
从表中可以看出，蚀刻因子的最小值均大于2.0，蚀刻效果良好。
二、压板工序
1、压板机：lauffer压板机VEK20/10型。
2、压板采用4层结构线路板结构，其中第1和第4层线路层用2OZ厚铜箔，第2和第3层线路层用12OZ厚铜箔，第1线路层和第2线路层之间依次放置3张型号为PCL-FR-370106型的半固定片以及2张型号为PCL-FR-3701080型的半固定片，第2线路层和第3线路层位于内层板上，板料厚度为6.0±1mil，型号为PCL-FR-370型，第3线路层和第4线路层之间依次放置2张型号为PCL-FR-370 1080型的半固定片以及3张型号为PCL-FR-370 106型半固定片，其中1mil为25.4μm，1OZ约为1.35mil，即约为34.29μm。
3、压板的参数的选择对于12OZ铜厚的内层板压板很关键，使用不适当的压板参数容易产生气泡、压板不良、线痕等缺陷；其中气泡、压板不良为不合格产品，线痕可能引起外层线路的剥离强度不足，严重的线痕使在钻孔工序产生钻孔披峰。最终确定压板参数如表3所示：
表3  压板工艺参数
Figure G2009101920518D0000061
热压步骤中的温度和时间对应关系见图2，压力和时间对应关系见图3，真空度和时间对应关系见图4，冷压步骤中压力和时间对应关系见图5。
4、压板效果检测：
4.1、线痕：目视检查；
整批板有轻微线痕，不会导致钻孔产生披峰。
4.2、做切片用显微镜观察，所用显微镜为LEICA贝嘉DM2500M型。
选取10块板做切片，未发现气泡、压板不良等问题。
4.3、热应力冲击测试：
选取2块板，经过4小时155℃焗板预处理，将测试板浸于288±5℃的锡炉中10±1s，放置冷却后观察无爆板缺陷。
4.4、剥离强度测试
取完成后的板，以50mm/min的速度剥离25mm长度的铜皮，所用设备为万能材料测试机 德国 BZ2.5/TNIS型。
剥离强度要求≥1.0N/mm
取10块板做剥离强度测试，获得数据如表4所示：
表4  剥离强度测试结果表
Figure G2009101920518D0000081
从表4中可以看出，十块板的剥离强度都远大于要求值，证明使用本发明方法的压板参数设置具有显著的效果。
三、钻孔工序
钻机选用日立的ND-6L180E型。
钻孔时孔径越大，在钻孔中产生铜丝越多，产生的铜丝易缠绕在钻咀上从而导致断钻咀。而对于12OZ的厚铜板这样的问题特别严重，我们设计一孔多钻(预钻)的方法，具体步骤为，如图6所示，当预钻孔直径在2.0mm≤D＜4.8mm时，使用直径为d≤1.7mm的钻咀预钻2个孔，然后用直径为D的钻咀重钻成孔；如图7所示，当预钻孔直径D≥4.8mm时，使用直径d≤1.7mm的钻咀预钻4个孔，然后用直径为D的钻咀重钻成孔。例如，1块板上有孔径为0.4mm，0.8mm，1.0mm，1.6mm，2.4mm，5.4mm，6.0mm的孔，那么钻0.4mm，0.8mm，1.0mm，1.6mm孔用相应直径的钻咀，2.4mm孔用1.0mm钻咀钻2个小孔再用2.4mm钻咀钻孔，5.4mm，6.0mm孔用1.6mm钻咀钻4个小孔再用相应的钻咀钻孔。这样有效减少了大钻咀产生的钻屑量而减少缺陷的产生。
采用这种一孔多钻的方法在生产中体现了良好的效果，整批无发现铜丝缠绕钻咀导致断钻咀现象。
取10块板做切片观察孔壁品质，钻孔粗糙度要求≤20μm，经过检测，结果如表5所示：
Figure G2009101920518D0000091
从表5中可以看出，使用本发明钻孔方法钻出的孔，孔壁粗糙度符合要求，达到了预期的效果。

Claims (3)

1.一种12OZ厚铜多层线路板的制造工艺，包括内层蚀刻、压板和钻孔工序，其特征在于：
其中内层蚀刻工序中，控制酸性氯化铜蚀刻液中的CU2+浓度为150±20g/l，温度为50±3℃，总酸度为2.8±.6N，比重1.30±0.10，蚀刻速度为1.2±0.3m/min，蚀刻次数为4次，每次蚀刻后翻转板面一次；
在压板工序中，包括热压步骤和冷压步骤，其中热压时间为200min，系统在第5-95min之间抽真空绝压10mbar，控制最大压板压力为21.42Kgf/cm2，温度为190℃；冷压时间为110min，最大压板压力控制为18.36Kgf/cm2；
在钻孔工序中，当预钻孔直径在2.0mm≤D＜4.8mm时，使用直径为d≤1.7mm的钻咀预钻2个孔，然后用直径为D的钻咀重钻成孔；当预钻孔直径D≥4.8mm时，使用直径d≤1.7mm的钻咀预钻4个孔，然后用直径为D的钻咀重钻成孔。
2.根据权利要求1所述的一种12OZ厚铜多层线路板的制造工艺，其特征在于：在所述压板工序的热压步骤中，热压10min后，温度升至200℃，80min后，温度降至190℃；热压第5min时，压板压力从0升至7.65Kgf/cm2；第16min时，压力升至17.85Kgf/cm2，保持4min后压力降至14.28Kgf/cm2，保持4min后再升压至17.85Kgf/cm2，重复操作3次，在第40min时压力升至21.42Kgf/cm2，维持至第180min后降至5.1Kgf/cm2。
3.根据权利要求2所述的一种12OZ厚铜多层线路板的制造工艺，其特征在于：在所述压板工序的冷压步骤中，前30min内，压力维持在18.36Kgf/cm2，31-60min内，压力维持在15.2Kgf/cm2，61-90min内压力维持在5.1Kgf/cm2，91min起至冷压结束，压力维持在2.04Kgf/cm2。
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